RAID (redundant array of independent/inexpensive disk) — избыточный массив независимых/недорогих жёстких дисков. Это массив из нескольких независимых дисков управляемых контролером и видимой внешней системой как единое целое. В зависимости от уровня RAID может обеспечить различные степени отказоустойчивости и быстродействия. Аббревиатуру RAID придумали Девид Петтерсон (David A. Patterson), Гарт Гибсон (Garth A. Gibson) и Ренди Катц (Randy H. Katz) в 1987 году.
С подачи Калифорнийского университета в Беркли были приняты следующие спецификации RAID:
- RAID 0 — массив без отказоустойчивости, для повышения быстродействия
- RAID 1 — зеркалирование
- RAID 2,3,4, — массивы, которые применяют код Хемминга.
- RAID 5 — использование четности для исправления одиночных неисправностей
- RAID 6 — используют чётность для защиты данных от двойных неисправностей
- RAID 10 — Комбинированный RAID 1 + RAID 0
- RAID 50 — Комбинированный RAID 0 + RAID 5
- RAID 60 — Комбинированный RAID 0 + RAID 6
Уровни RAID:
RAID 0 (Striping — «чередование») – Не обеспечивает отказоустойчивость, однако повышает быстродействие массива из-за того, что данные пишутся на два (или более дисков) одновременно.
RAID 0
Достоинство: высокая скорость работы с массивом (чем больше дисков включено в RAID 0, тем выше производительность)
Недостаток: Отсутствует отказоустойчивость, при выходе из строя хотя бы одного диска, теряется вся информация. Вероятность отказа равняется вероятности отказа любого диска.
RAID 1 (Mirroring «зеркалирование») – Один блок данных пишется параллельно на два (или более дисков).
RAID 1
Достоинство: Высокая надежность, с увеличение количества дисков увеличивается отказоустойчивость.
Недостаток: Высокая стоимость построения массива.
RAID 2 — В этом массиве все диски делятся на две группы — для данных и для кодов коррекции ошибок. Данные хранятся на n дисков, а n-1 дисков используется для сохранения кодов коррекции. Блоки данных сохраняются так же как в RAID 0 они записываются на диски предназначенные для хранения данных. Оставшиеся диски хранят коды коррекции ошибок, по которым можно восстановить информацию в случае возникновения порчи информации. Для коррекции одиночных и обнаружения двойных ошибок используется метод Хемминга.
RAID 3 — В массиве состоящем из n дисков n-1 диск используется для хранения данных, а 1 диск для хранения блоков четности. Данных разбиваются на блоки по 1 байту и поочередно пишется на все диски. RAID 2 использовал для этих целей n-1 диск, но большая часть их использовалась для исправления ошибок на лету. Для простого восстановления информации при выходе из строя одного из дисков достаточно всего одного выделенного диска. Для построения RAID 3 необходимо минимум 3 диска.
RAID 3
Достоинство: Высокая скорость работы массива, небольшая избыточность
Недостатки:
- время доступа к отдельномусектору, разбитому по дискам равно максимальному из интервалов доступа к секторам каждого из дисков, а время доступа намного больше времени чтения для блоков малого размера. Поэтому такой массив хорошо использовать при однозадачной работе с большими файлами.
- Очень высокая нагрузка на диск с четностью, что увеличивает его износ.
RAID 4 — Очень похож на RAID 3 за исключение того, что данные разбиваются на блоки большего размера чем 1 байт. Таким образом решилась проблема с работой файлов маленького размера. Однако запись производиться медленно, из-за того, что блок четности вычисляется в процессе записи блока данных и записывается на свой диск.
RAID 5 — Основным преимуществом данного массива является, то что нет выделенного диска для записи блоков четности. Вместо этого используется операция XOR (исключающее ИЛИ) для вычисления контрольной суммы и блоки данных вместе с контрольной суммой пишутся поочередно на все диски массива. Такой механизм позволяет равномерно распределить нагрузку по всем дискам RAID 5. При выходе из строя одного диска, данные хранящиеся на нем восстанавливаются путем вычисления из контрольных сумм находящихся на исправных дисках.
Для построения RAID 5 необходимо минимум 3 диска. Суммарный объем массива будет вычисляться по формуле X*(n-1), где X — объем каждого диска, n–1 количество дисков в массиве.
RAID 5
Достоинства:
- Отличная экономичность, для контрольной суммы используется объем одного диска из массива. С увеличение количества дисков возрастает коэффициент экономичности.
- Большая скорость чтения с массива, т.к. операция проводиться параллельно с нескольких дисков
Недостатки:
- Несколько медленнее происходит операция записи т.к. требуется операция вычисления контрольной суммы
- При выходе из строя одного из дисков резко падает общая производительность всего массива, т.к. происходит вычисление недостающих данных. При этом сам массив становиться RAID 0 со всеми его недостатками. Если в процессе восстановления массива выходит из стоя еще один диск, то теряется вся информация.
RAID 6 — Данный тип массива очень похож на RAID 5, однако обеспечивает работоспособность при отказе 2 дисков. Под контрольные суммы выделяется емкость 2 дисков в массиве. Контрольные суммы вычисляются двумя разными методиками. Для организации массива необходимо минимум 5 дисков и более мощный контроллер. Производительность по сравнению с RAID 5 ниже примерно на 10-15%, это связано с затратами на вычисление и запись дополнительной контрольной суммой.
RAID 6
RAID 7 — является зарегистрированной торговой маркой компании Storage Computer Corporation. Структура массива такова: на n-1 дисках хранятся данные, один диск используется для складирования блоков чётности. Запись на диски кешируется с использованием оперативной памяти. Для данного массива обязательно наличие ИБП. В случае перебоев с питанием происходит повреждение данных.
Комбинированные (nested) уровни рейд.
RAID 0+1 — это зеркалирование двух и более массивов RAID 0
RAID 0+1
Сочетает в себе скорость RAID 0 и отказоустойчивость RAID 1. Для построения необходимо минимум 4 диска. Как и в RAID 1 используется только половина всего объема массива.
RAID 1+0 — практически полный аналог RAID 0+1
RAID 1+0
Единственное отличие что это stripe (чередование) массивов RAID 0.
RAID0+1 и RAID 1+0 имеют общепринятое название RAID 10.
RAID 5+0 (50) — Гибрид из массивов RAID 5 и RAID 0. Обладает высокой скоростью передачи данных и обработки запросов. Средняя скоростью восстановления данных и хорошая стойкость при отказе. Комбинация RAID 0+5 применяется редко, т.к. дает мало преимуществ.
RAID 5+1 (51) — Сочетание зеркалирования и RAID 5. Так же вариантом является RAID 15 (1+5). Обладает очень высокой отказоустойчивостью. Массив 1+5 способен работать при отказе трех дисков, а 5+1 — пяти из восьми дисков.
RAID 6+0 (60) — Сочетание RAID 0 и RAID 6. Как уже говорилось применительно к RAID 0+5, RAID 60 не получил распространения (0+6). Подобные сочетания позволяют повысить скорость работы массива. Ещё одним преимуществом является то, что так можно легко повысить объём, не усложняя ситуации с задержками, необходимыми на вычисление и запись большего числа битов четности.
RAID 100 (10+0) — RAID 100, также известный как RAID 10+0, является чередование массивов RAID 10. Фактически, он схож с более широким RAID 10, где используется вдвое больше дисков. Такой структуре есть своё объяснение. Чаще всего RAID 10 делают аппаратным, силами контроллера, а уже чередование этих массивов делают программно. Такую схему используют, чтобы избежать проблемы, когда контроллеры имеют свои ограничения по масштабируемости. Программный же RAID 0 позволяет создать его на базе двух контроллеров, каждый из которых поддерживает RAID 10.