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!