Работа жесткого диска(винчестера) основана на двух операциях: чтении и записи. Его главная функция – хранить информацию. При таком бедном функционале, винчестер самая медленная и ломкая часть компьютера. Технологии RAID – попытка повысить быстродействие дисковой подсистемы и свести риск потери данных к минимуму. Подробнее о типах RAID и о том, как организовать простейший RAID программными или аппаратными средствами - далее.

Что такое RAID и как работает

RAID – массив связанных жестких дисков. Физически диски независимы, логически – одна система. Данные на них хранятся по принципу избыточности(резервирования), часть общего объёма дисков резервируется системой. При построении используется минимум 2 диска. В зависимости от преследуемых целей пользователь выбирает вид реализации.

Контроллер обращается к дискам в форме запроса (на чтение\запись). Запросы могут быть параллельными или последовательными(независимые).

При последовательном контроллер ведет запись на диски независимо. Один запрос – один диск. При последовательном – на все диски сразу, деля информацию на блоки или строчки. Тип запроса выбирается из отношения размера файла к размеру блока. Если больше размер файла, используется – параллельный тип, если меньше – последовательный.

Виды RAID

Существует 6 различных спецификаций(стандартов) RAID. Они отличаются принципом записи блоков данных и минимальным количеством устройств в системе. Реализации стандартов нумеруются от 0 до 6 и называют уровнем, например: RAID 1(RAID первого уровня). Комбинируются: RAID 0+1, RAID 1+0.

RAID 0

Требует более двух жестких дисков. Тип запросов – параллельный. Запись ведется блоками(стрипами) одновременно на все подключённые жесткие диски. Чтение с диска аналогично.

Производительность системы прямо пропорциональна количеству дисков. Массив не избыточный, дисковое пространство не резервируется. Надежность: ниже, чем у диска без RAID. Если из строя выйдет один диск – вся информация пропадет.

RAID 1

Количество дисков: минимум 2, максимум – количество портов для винчестеров на материнской плате или контроллере. Избыточность 100%. Принцип зеркалирования. Все данные идентичны на каждом подключенном устройстве, поэтому все диски системы – это один логический: Подключаете 6 винчестеров по 500 Гб? Будет доступно 500 Гб, а не 3,5 ТБ.

Данные на блоки не разбиваются. Если из строя выйдет один диск, данные сохранятся на остальных.

Считывание ведется параллельно с каждого устройства, отсюда выигрыш в производительности. 1 уровень используется, при высокой ценности хранимых данных. Скорость записи идентично подключению вне RAID.

Плюсы:

1. Высокий уровень сохранности данных

2. Высокая скорость чтения, хорошая скорость записи.

Минусы:

1. Цена системы прямо пропорциональна количеству устройств хранения.

RAID 2

Внутри Уровня диски разделяются: диски данных и диски ошибок. Количество дисков в системе рассчитывается по формуле: , где m – общее количество дисков, а n – дисков для коррекции ошибок.

С помощью кодов ошибок контроллер восстанавливает данные на лету (во время чтения), если на одном из дисков они повреждены или вышел из строя весь диск.

Тип запросов параллельный, данные считываются и записываются поблочно на все диски для данных одновременно, повышая производительность.

Плюсы:

1. Быстрое чтение и запись

2. Контроль ошибок «на лету»

Минусы:

1. Дорого. Минимальное количество устройств – 7(4 для данных, 3 для кодов ошибок).

RAID 3

В третьем уровне файлы данные разделяются побайтно, и каждый байт сохраняется на отдельном диске. Считывание ведется параллельно с каждого диска, а запись – последовательно. Один диск резервируется для хранения блоков четности(контрольных сумм).

В отличии от RAID 2 не восстанавливаются ошибки в данных при чтении, но, если один винчестер сломается – данные сохранятся. Минимум 3 диска в системе.

Плюсы:

1. Высокая скорость чтения.

Минусы:

1. Подходит только для хранения больших файлов, иначе производительность падает, время запросов (доступа к файлам) становится выше чем время чтения;

2. Нагрузка на диск с блоками четкости тем выше, чем больше устройств отведено для хранения данных. Результат – пониженная отказоустойчивость этого диска.

RAID 4

Реализация идентична RAID 3. Но запись ведется не побайтно, а поблочно (блоки из десятков байт). Блоки четности для отдельного диска формируются при записи.

Плюсы:

1. Нет падения производительности при чтении мелких фалов (несколько сотен килобайт).

Минусы:

1. Низкая скорость записи.

RAID 5

Отличие от 3 и 4 уровней в том, что разделения на диски данных и диск контроля четности нет. Запись и чтение данных с дисков поблочная параллельная. Минимальное количество устройств – 3.

Логически диск контрольных сумм распределен среди дисков данных, физически его нет. Данные и хранятся на одних дисках с контрольными суммами, которые вычисляются операцией XOR(логическое или).

Плюсы:

1. Высокая скорость чтения и записи

2. Возможность восстановления данных

Минусы:

1. Сложная процедура восстановления поломке одного диска, или добавления другого в массив

2. Невозможность контроля ошибок «на лету»

RAID 6

Реализация идентична RAID 5, кроме:

Минимум дисков – 4.

Используется два алгоритма расчета контрольных сумм: Рида-Соломона и XOR.

Плюсы:

1. Повышенная надежность, по сравнению с RAID 5. Если выйдут из строя два диска – данные восстановятся.

Минусы:

2. Сниженная на 15% производительность, по сравнению с RAID 5.

Реализации RAID. Программная и аппаратная

В аппаратном RAID вся дисковая подсистема управляется контроллером: запросы, чтение\запись, сервисные функции. На нем находится встроенный чип и входы для подключения устройств. Может быть встроен на материнской плате или продаваться как отдельный модуль.

Встроенный повышает стоимость системной платы на 50 долларов, а отдельный модуль обойдется от 300 до 1200 долларов.

Альтернатива – программный RAID. Производительность перекладывается на центральный процессор компьютера, а управление системой дисков на утилиты операционной системы и драйвера. Никаких трат, но низкая отказоустойчивость.

Аппаратный RAID 1 c помощью BIOS

Последовательность действий:

1. Зайти в BIOS

2. Найти пункт управления дисковыми устройствами (IDE\SATA Configuration) и изменить на RAID

3. Выйти из BIOS с сохранением изменений (SAVE and EXIT);

Компьютер перезагрузится, появится предложение войти в утилиту настройки RAID по нажатию контрольный клавиш (написаны в сообщении).

Нажать контрольные клавиши.

4. В утилите настройки ввести название массива

5. Выбрать тип массива (RAID 1)

6. Выбрать диски для включения в массив

7. Указать объём или оставить по умолчанию;

8. Нажать Enter

9. Нажать YES.

После перезагрузки компьютера будет создан зеркальный дисковый массив. Его можно разделять на разделы и устанавливать операционную систему. Файловая система любой операционной системы будет воспринимать два физических диска, как один логический.

Программный RAID 1 и 0 стандартными средствами Windows 7

Условия:

1. Для построения RAID 0 используются только динамические диски

2. На базе системного радела создается только RAID 1

3. Программный RAID поддерживают Windows 7: Professional, Enterprise и Server.

Последовательность действий:

1.Зайти в оснастку управления дисками

2. Преобразовать неразмеченное пространство разделов на разных физических дисках в динамические диски

3. Вызвать контекстное меню на любом динамическом диске и выбрать вариант массива: «создать чередующийся том» для RAID 0 или «создать зеркальный том» для RAID 1

4. В появившемся окне выбираем один или несколько динамических разделов, которые будут работать в паре с выбранным нами

5. Нажимаем ОК.

Если был выбран зеркальный тип, произойдет синхронизация разделов, если выбран чередующийся тип, может потребоваться перезагрузка.

На этом все. Надеюсь, теперь вы стали гуру рейдостроения!