Словарь терминов

Raid - это массив независимых жёстких дисков, воспринимаемых как единое целое. Использование Raid обеспечивается отказоустойчивость или производительность в зависимости от цели использования Raid. Для отказоустойчивости или болей надёжности,в случае поломки, повреждения или иной любой неисправности и выходе из строя одного из дисков, работает другой жёсткий исправный диск. В случае повреждения на одном из дисков данных они восстанавливаются автоматически.
Для обеспечения производительности используется метод когда данные записываются на несколько дисков одновременно, но, естественно, при этом страдает надёжность.

Определено и стандартизировано 8 уровней спецификации RAID, а также сущетсвуют комбинированные:
1. RAID 0
2. RAID 1
3. RAID 2
4. RAID 3
5. RAID 4
6. RAID 5
7. RAID 6
8. RAID 7
и
комбинированные уровни

RAID 0.
Этот уровень представляет из себя массив жестких дисков(от двух и более), информация(данные) на который поступают одновременно.
Т.е. если у Вас есть, например, два жёстких диска, то информация будет записываться следующим образом: данные будут разделяться на блоки(D1,D2...D6) и записываться на два диска(HDD1, HDD2) одновременно.



Как Вы видите из рисунка одни данные попадают на один жёсткий диск, другие на другой. Логично, что безопасность использования RAID 0 ниже, чем если бы мы не использовавали RAID вообще. В чем же плюсы RAID 0, спросите Вы.

Достоинства и недостатки RAID0

Плюсы:
1. Увеличивается производительность. Чем больше дисков задействовано в RAID0, тем быстрее массив данных будет записан на диски, поскольку запись происходит одновременно.
2. RAID 0 может быть также реализован программно.

Минусы:
1. Минус всего один и о нём мы уже упомянули выше. Он заключается в том, что вероятность того, что выйдет из строя один диск меньше, чем два или больше, а при использовании RAID 0, если хотя бы один диск из массива сломается, то все данные будут потеряны.
Чем больше жёстких дисков используются в RAID0, тем выше вероятность потерять данные, но тем более производительнее система.
Вероятность того, что система потерпит крах равна произведению вероятности поломки одного диска на количество дисков.


RAID 1.
Это массив независимых жёстких дисков еще называется Mirroring(Зеркальное), так как данные дублируются с одного диска на другой, как бы, один диск является зеркальным отражением другого.
В таком случае, если из строя выйдет один жёсткий диск, то второй сохранит данные. Если вышел из строя один диск необходимо восстановить в кратчайшие сроки избыточность, установив рабочий жёсткий диск в RAID.
Вероятность того, что система потерпит крах, т.е. выйдут из строя одновременно все диски, равна вероятности поломки одного диска, возведённая в степень равную общему количеству дисков, объединённых в RAID1.



Достоинства и недостатки RAID1

Плюсы:
1. Обеспечивается приемлемая скорость записи, а при чтении возможен выигрыш производительности при распараллеливании запросов.
2. Обеспечивается высокая надёжность, поскольку вероятность выхода из строя нескольких дисков одновременно существенна ниже поломки одного. Например, если вероятность выхода одного жёсткого диска равна 0,05,то вероятность выхода из строя RAID1 из двух подобных дисков будет равна 0,0025. При этом при оперативной замене вышедшего из строя диска на работающий вероятность того, что второй диск выйдет из строя за время замены, что в компании BeGet не превышает 12 часов, ничтожно мала, учитывая срок службы дисков.

Минусы:
1. К минусам можно отнести только повышенные затраты на оборудование. Поскольку в случае использования RAID1 общий объём памяти составляет только половину от реального при классическом случае RAID1 из двух жёстких дисков.



RAID 2

В массивах RAID 2 диски делятся на две группы:
диски для данных
и
диски для кодов коррекции ошибок

Если данные хранятся на N винчестерах, то винчестеров для кодов коррекции ошибок понадобится N-1. Запись данных происходит также как и в массивах RAID 0 на диски для записи данных. Диски для кодов коррекции ошибок хранят коды ошибок, по которым в случае сбоев винчестера возможно восстановление информации. Для исправления ошибок используется Метод Хемминга.
Массив RAID2 позволяет исправлять ошибки на лету, именно из-за этого необходима такая большая избыточность.



Достоинства и недостатки RAID2

Плюсы:
1. Обеспечивается приемлемая высокая скорость записи, меньше, чем у массива RAID 0, но больше чем у RAID 1.

Минусы:
1. Громоздкость структуры из почти двойного количества дисков. Именно этот минус не привел к распространению массив данного типа.



RAID 3

Структура массива RAID 3 такова: в массиве из n дисков данные разбиваются на блоки размером 1 байт и распределяются по n 1 дискам, а еще один диск используется для хранения блоков четности. В RAID 2 для этой цели стояло n 1 дисков, но большая часть информации на этих дисках использовалась только для коррекции ошибок на лету, а для простого восстановления в случае поломки диска достаточно меньшего ее количества, хватает и одного выделенного винчестера.



Достоинства и недостатки RAID3

Плюсы:
1. Обеспечивается приемлемая высокая скорость записи.
2. Для огранизации массива данного типа необходимо всего три диска. Т.е. N дисков под данные и всего один вспомогательный.

Минусы:
1. Массив этого типа хорош только для однозадачной работы с большими файлами, так как наблюдаются проблемы со скоростью при частых запросах данных небольшого обьёма.
2. Большая нагрузка на контрольный диск, что приводит к тому, что его надёжность сильно падает по сравнению с дисками с данными.



RAID 4

Массивы типа RAID4 похожи на массивы дисков RAID3, однако данные на диски записываются не байтами, а блоками, что позволило избавиться от проблемы медленной записи небольших объёмов данных.
Четность блока формируется во время записи и записывается на диск хранения чётности, что уменьшает время записи.



Массивы данного типа используются крайне редко.
Минусы и плюсы у RAID4 такие же как и у RAID3, за исключением вышеупомянутого замечания.



RAID 5

В отличии от RAID2, RAID3 и RAID4 в массивах типа RAID5 нет отдельного диска для хранения информации о чётности блока.
Скорость записи в RAID5 выше, чем в массивах RAID 2-4.
Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, отсутствует выделенный диск для хранения информации о четности.
Недостатки RAID 5 проявляются при выходе из строя одного из дисков — весь том переходит в критический режим, все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность.



RAID 6

RAID 6 (Advanced Data Guarding) — похож на RAID 5, но имеет более высокую степень надежности — под контрольные суммы выделяется емкость 2-х дисков, рассчитываются 2 суммы по разным алгоритмам. Требует более серьезный процессор контроллера — сложная материнская плата. Обеспечивает работоспособность после «смерти» одновременно 2-х дисков. Для организации массива требуется минимум 4 диска.



RAID 7

RAID 7 является зарегистрированной маркой компании Storage Computer Corporation. Как и в предыдущих некоторых видах RAID, только один диск из массива используется для записи блоков четности.
Однако, были добавлены элементы, которые повышают производительность массивов такого типа:
кэш данных;
быстрый контроллер, заведующий обработкой запросов.

Это позволило снизить количество обращений к дискам для вычисления контрольной суммы данных. В результате удалось значительно повысить скорость обработки данных.
К недостаткам же можно отнести сильно возросшую стоимость такой системы.



Комбинированные уровни

Существуют комбинированные уровни RAID 1 0(RAID 10), RAID 3 0(RAID 30), RAID 5 0( RAID 50). Производители каждый по разному интерпретирует комбинированные уровни. Например, RAID 1 0 — это сочетание зеркалирования и чередования.


Для реализации RAID можно применять не только аппаратные средства, но и полностью программные компоненты (драйверы). Например, в системах на ядре Linux существуют специальные модули ядра, а управлять RAID-устройствами в GNU/Linux можно с помощью утилиты mdadm.



ПРОГРАММНЫЙ RAID

Программный RAID имеет свои достоинства и недостатки. С одной стороны, он ничего не стоит (в отличие от хороших RAID-контроллеров, цена которых довольо высока). С другой стороны, программный RAID использует ресурсы центрального процессора, и в моменты пиковой нагрузки на дисковую систему процессор может до 50 % мощности тратить на обслуживание RAID-устройств.