Proč disková pole?

Málokdo ví, ale časem prověřené technologie mohou pomoci při upgradu hardwaru domácích a kancelářských počítačů! Technologie RAID, vytvořená před více než 30 lety, tedy může výrazně změnit fungování diskového subsystému. „Jak to může být užitečné?“ – ptáš se.

Za prvé, navzdory skutečnosti, že počítačová výbava je každým rokem lepší a výkonnější, provozní rychlost pevných disků je stále omezena rychlostí otáčení mechaniky (vřetena) na 7200 ot / min (samozřejmě 10-15 tis. ot/min, ale jedná se o velmi hlučné, horké a drahé modely). A za druhé, můžete dosáhnout požadovaného výkonu a zajistit spolehlivost osobních údajů jednoduchým spojením práce několika pevných disků.

Máte zájem? Pak zjistěte více!

Co je pole RAID

RAID (z anglického Redundant Array of Independent Disks – redundantní pole nezávislých disků) je technologie pro spojení více pevných disků za účelem zlepšení jejich výkonu. Souborový systém počítače vnímá každý disk jako sektor a samotné pole jako jeden prvek.

Pro vytvoření pole RAID budete potřebovat dva nebo více disků v závislosti na typu vytvářeného raidu a požadovaných funkcích.

Typy polí RAID

Existují takzvané úrovně RAID. Mohou být základní, kombinované a nestandardní (vylepšené).

Mezi základní úrovně patří:

• RAID 0 – informace jsou rozděleny do bloků a zapisovány postupně na všechny disky;
• RAID 1 – disky se navzájem duplikují a vytvářejí záložní kopie dat;
• RAID 2 – disky jsou rozděleny do dvou skupin: pro záznam dat a pro opravu chyb;
• RAID 3 – jeden z disků slouží k ukládání kopií dat, zbytek je rozdělen do bloků nebo bajtů pro zápis a čtení informací;
• RAID 4 je podobný RAID 3, ale disky jsou pouze rozděleny do bloků. Používá se k přenosu malého množství dat vysokou rychlostí;
• RAID 5 – data se zapisují symetricky na všechny disky s tím, že se disky vzájemně nahrazují, pokud jeden z nich selže;
• RAID 6 – tři disky se používají pro zápis a čtení informací a dva pro paritu. Pole bude pokračovat v provozu i po selhání jakýchkoli dvou disků současně.

Kombinované typy polí RAID představují vytvoření jednoho typu pole z několika dalších. Například RAID 10 je RAID 0 složený z několika RAID 1 a RAID 01 je RAID 1 složený ze dvou kombinovaných RAID 0.

Jednoduše řečeno, tato architektura je pole polí, protože segmenty vytvořeného pole nejsou samostatné disky, ale pole jiné úrovně.

Nestandardní nájezdy Existují různé modifikace základních a kombinovaných úrovní, některé z nich jsou dokonce registrované ochranné známky velkých společností.

Obecně je raidových konfigurací poměrně hodně a každá má svou podrobnou a obsáhlou literaturu. Většina z nich se používá na serverech velkých organizací, ale je možné použít i disková pole na domácích počítačích. Rád bych se proto podrobněji věnoval úrovním 0 a 1, jakožto nejběžnějším kombinacím ze všech. Nepoužívají složitou matematiku a jejich implementace je jednoduchá a spolehlivá.

Diskové pole RAID 0 – princip stripingu

K vytvoření a konfiguraci zero raid stačí dva nebo více pevných disků. RAID 0 se používá výhradně ke zvýšení rychlosti čtení/zápisu, takové pole nemá odolnost proti chybám. Systém RAID 0 však může několikanásobně zvýšit výkon a umožňuje využít plnou kapacitu všech zúčastněných disků. To je možné díky principu stripingu, kdy se informace zapisují postupně do každého bloku disku, rychlost čtení souboru se zvyšuje tolikrát, kolik disků je v poli použito.

Zrcadlené pole RAID 1

Raid první úrovně je naopak vytvořen za účelem spolehlivějšího ukládání informací, ale nebude možné jej použít pro velké zvýšení výkonu (pokud se nezvýší rychlost čtení), protože použitím několika disků v poli bude ve skutečnosti získán objem pouze jednoho z nich. Proto se princip fungování pole RAID 1 nazývá zrcadlení, protože pevné disky se navzájem kopírují a zajišťují nepřetržitý provoz, i když jeden z nich selže. Stojí za zmínku, že se jedná o nejdražší řešení, protože polovina disků se používá jako rezerva.

Jak vytvořit pole RAID

Vytváření diskového pole RAID lze provést několika způsoby, přičemž v jeho struktuře se používají jak HDD, tak SSD (raději ne současně). Zde bych chtěl okamžitě učinit výhradu, že je vhodnější vytvářet raidy z pevných disků než z pevných disků. SSD již samo o sobě poskytuje vysoký výkon a nevytváří takové problémy jako součást pole: potíže s aktualizací firmwaru, obtížné sledování výkonu, disky se opotřebovávají rovnoměrně, a proto existuje možnost jejich současného selhání. V domácím použití je proto lepší pracovat s SSD jako samostatný disk v režimu AHCI. RAID z SSD může být v některých případech užitečný, nejspíše pro firemní účely, kde je nutné čtení velkého množství dat.

Nyní se podíváme na to, jak zkombinovat disky do pole RAID. To vyžaduje speciální ovladač, který může být buď fyzický adaptér, nebo ve formě utility. V souladu s tím se rozlišují následující způsoby vytváření nájezdů:

• Plně hardware, kde je řadič RAID samostatné zařízení s vlastním softwarem.
• Polohardwarekdyž je ovladač zabudován do základní desky. V tomto případě se hardwarové pole RAID konfiguruje prostřednictvím systému BIOS.
• Program, když k vytváření polí dochází prostřednictvím nástrojů Linux mdadm nebo svazků rozložených Windows.

O výhodách a nevýhodách té či oné metody můžeme mluvit dlouho. Například na internetu můžete najít spoustu kritiky týkající se vytváření raidů programově, protože se věří, že systém utratí velké množství zdrojů na zajištění provozu nástroje. Soudě podle našich zkušeností to může platit pouze pro nájezdy z SSD disků a z běžných pevných disků se s úkolem vypořádá více či méně moderní počítač. Integrace RAID řadiče do desky s sebou podle našeho názoru nese větší rizika. Existuje možnost selhání základní desky, obtížné nastavení a správa pole atd. Kompletně hardwarová metoda je spolehlivá a široce používaná, ale finančně nejnákladnější. Kromě nákupu několika pevných disků budete muset za adaptér utratit v průměru 25 až 60 tisíc rublů.

Pro další informace k tématu se podívejte na naše speciální video, kde můžete v komentářích zahájit diskuzi a zeptat se na všechny své otázky:

Pokud dočtete tento článek až do konce, pak vás pravděpodobně zajímá vytvoření pole RAID na vašem domácím počítači nebo kanceláři. Náš tým má bohaté zkušenosti se správou systému a údržbou počítačů. Podobné služby můžeme v Petrohradu bez problémů poskytnout fyzickým i právnickým osobám.

Pokud se první částečně vyřeší přechodem na SSD a NVMe (byť s výhradami), tak druhý problém je katastrofa, ze které se chce rvát vlasy. Zvláště pokud se spolu s jednotkou ztratila čtvrtletní zpráva nebo dokonce databáze celého podniku.

Naštěstí lze oba problémy vyřešit implementací technologie RAID (Redundant Array of Independent Disks), o které bude řeč v tomto článku.

Typy polí RAID a úrovně RAID – 0, 1, 5, 6, 10, 50

Účel pole RAID

Kromě přeměny více disků na jeden disk RAID také pomáhá se zálohováním a zlepšuje odolnost systému. Mezi hlavní výhody uvádíme:

• Zvýšení objemu – vytvoření shluku větší kapacity. Od páru HDD pro 6 TB můžete získat jeden za 12 TB;
• Zvýšený výkon – propustnost disku se zvyšuje úměrně s počtem jednotek;
• Tolerance chyb – jedno nebo více zařízení je přiděleno jako záložní disk. Data se nahrávají na 2/4/6/8 disků současně, takže pokud jeden selže, informace se uloží na zbývající.

Tento přístup má ale i nevýhody. Nejprve zkomplikujete systém dalšími ovladači. Za druhé, RAID vyžaduje alespoň 2 disky stejné velikosti a vlastností, což také znamená dodatečné náklady.

stojí to za to? Jistě. Protože informace uložené na HDD/SSD často převyšují cenu disků v desítkách nebo dokonce stonásobcích. Připojištění proto neuškodí.

Podmínky realizace

Ne všechna zařízení již po vybalení podporují implementaci RAID. Základní deska musí být softwarově přizpůsobena technologii na úrovni BIOSu (sekce Konfigurace SATA – RAID). V některých případech toho lze dosáhnout flashováním UEFI, ale ne vždy.

Existuje další způsob, jak se z této situace dostat – nainstalovat hardwarový řadič s příslušným ovladačem od výrobce. Ve většině operačních systémů se instaluje automaticky, ale pro dosažení lepšího výkonu je lepší nainstalovat proprietární pro konkrétní model desky.

Základy RAID

Technologie paralelního úložiště je založena na několika pilířích, bez jejichž pochopení jednoduše nevytvoříte plnohodnotný cluster, který bude dlouhodobě fungovat stabilně.

Pojďme si ujasnit, s jakými koncepty technologie RAID pracuje:

• Array – spojení několika fyzických nebo virtuálních disků do megazordu – jeden velký disk s možností použití jednotné správy a nastavení formátování.
• Zrcadlení je jednou z možností, jak zvýšit spolehlivost při zachování dat. Informace na jednom ze zdrojových disků se „zrcadlí“ na druhý disk, který je součástí pole.
• Duplex je typ zrcadlení, který využívá dvakrát tolik jednotek než první možnost.
• Pruhování je zvýšení rychlosti a výkonu díky blokovému záznamu informací na disky (například 50 % na jednom a 50 % na druhém).
• Parita je technologie, která kombinuje zrcadlení a pruhování.

Když pochopíte tento základ, můžete přejít ke složitějším věcem.

Typy polí RAID

Obvykle lze pole rozdělit do 3 hlavních typů:

• Software je nejjednodušší a nejběžnější řešení pro domácí použití. Méně často – v malých podnicích. Pole je vytvořeno pomocí vestavěných schopností operačního systému a CPU je odpovědné za zpracování dat. Tato možnost je pomalá a slabá, protože uživatel je zcela závislý na funkcích operačního systému. Snižuje také celkový výkon a celkovou bezpečnost úložiště.
• Hardware – vytvořený na základě samostatného ovladače. Poslední jmenovaný má vlastní procesor a mezipaměť, a proto zcela odlehčuje CPU a umožňuje použít velké množství HDD/SSD k vytvoření plnohodnotného RAID. Metoda je drahá, ale extrémně účinná na velkou vzdálenost.
• Integrovaný (RAID-on-chip, fake-RAID) – kombinace metod softwarového a hardwarového zrcadlení. K implementaci systému je použit přídavný čip, připájený do základní desky a v přímém kontaktu s procesorem. Kompromisní varianta pro ty, kterým chybí možnosti softwarového řešení, ale ještě nejsou připraveni platit za hardwarové řešení.

Z toho plyne logický závěr – hardwarová řešení jsou nejspolehlivější. Nejste závislí na OS nebo přepětí na základní desce. Informace budou vždy spolehlivě chráněny, což je pro práci zásadní.

Úrovně RAID

O tento parametr jistě nejeden začínající správce systému zakopl. To je pochopitelné, bez praxe je téměř nemožné pochopit, která úroveň bude pro váš počet jednotek optimální.

Zde budeme hovořit o metodách tvorby, umístění informací, distribučních algoritmech a dalších. Obecně, pokud zahodíme konvence, průmysl zná pouze 2 základní principy: RAID 0 a RAID 1. Zbytek jsou deriváty založené na bázi.

RAID 0 (odstranění)

Úroveň je založena na rozdělení informací do bloků se současným záznamem různých bloků na různé disky. Technologie výrazně zvyšuje rychlost čtení a zápisu, přičemž uživatel může využít celkovou kapacitu všech mechanik. Má to jen jednu nevýhodu – odolnost proti chybám bývá nulová, tzn. Poškozený HDD/SSD již nebude možné obnovit.

Pro konstrukci RAID 0 se proto doporučuje používat pouze spolehlivé disky z firemního segmentu.

• Znatelné zvýšení rychlosti, které přímo závisí na celkovém počtu médií v systému. Pokud například jeden disk běží rychlostí 150 MB/s, pak pár poskytne 300 MB/s atd.
• Využití celého objemu bez výhrad. 4 4TB disky poskytnou 16 TB prostoru.

• Občasné problémy s odolností proti chybám, kvůli kterým se mohou některé operace zrušit při čtení/zápisu dat;
• Pokud disk selže, nebudete moci data obnovit, bez ohledu na to, jak moc se budete snažit.

RAID 0 je oblíbený v aplikacích pro vysokorychlostní výměnu informací a také pro ukládání dočasných souborů s rychlým přístupem. Je žádoucí, aby důležitost dat nebyla kritická.

RAID 1 (zrcadlový)

Tato metoda je založena na úplné duplikaci dat na několika médiích.

Princip je z hlediska spolehlivosti cool a železný, ale při použití dvou disků s kapacitou 2 TB získáte pouze jeden funkční. Druhý se stane pro systém neviditelným – pouze pro něj řadič RAID. Proces také neposkytuje žádné výhody rychlosti, ale odolnost proti chybám se několikrát zvyšuje. Pokud některý z HDD/SSD na dlouhou dobu vymřel, je jeho kompletní kopie umístěna na druhém médiu.

Procesy zápisu, mazání a kopírování probíhají paralelně. Z toho vyplývá jedna nuance: informace vymazané z jednoho HDD automaticky zmizí na druhém.

• prvotřídní spolehlivost úložiště;
• snadnost implementace úrovně;
• vysoký výkon čtení;
• K uspořádání RAID potřebujete pouze 2 stejné disky.

• celkově relativně nízká produktivita;
• kapacita je rozdělena na polovinu, zatímco druhý disk je ve skutečnosti nečinný;
• Chcete-li vyměnit vadné zařízení, musíte odpojit PC/server.

RAID 1 se osvědčil v systémech, které vyžadují vysokou spolehlivost úložiště, ať už jde o archivy, zálohy nebo sestavy.

RAID 5 (pruhovaný s paritou)

Tato technologie je považována za jednu z nejběžnějších a nejbezpečnějších, protože funguje na principu parity a alternace. K vytvoření pátého raidu musíte mít alespoň 3 disky. Maximální kapacita je 16 disků, resp.

Během záznamu jsou data rozdělena do bloků a platí zvláštní podmínka: informace pro další obnovu se zapisují na jeden z disků, tzv. paritní blok (Parity Drive/PD). Pro případ, že by se něco pokazilo vinou uživatele nebo obecně zastaralosti disků.

Výhodou RAID 5 je, že může být implementován jak hardwarově, tak softwarově, pomocí příslušných utilit dodávaných s OS. Každý chytrý specialista však řekne, že hardwarová varianta je mnohem bezpečnější.

• Zvýšená lineární rychlost čtení, protože data jsou sbírána z několika vláken pole najednou;
• Informace se neztratí, pokud selže jeden nebo dokonce několik disků;
• Při výměně jednoho z disků budou data automaticky obnovena kvůli zvláštnostem algoritmu RAID.

• Občas dochází k selhání disku;
• Proces obnovy dat je extrémně pomalý. Zkopírování snímku například ze 4TB HDD bude trvat asi den. Ale je to lepší než žádná rezerva;
• Ke spuštění pole jsou potřeba alespoň 3 disky.

RAID 5 kombinuje výhody úrovní 1 a 0, protože zvyšuje rychlost a spolehlivost ukládání dat. Vývoj je velmi často implementován při vytváření souborových serverů.

RAID 6 (prokládání s dvojitou paritou)

Tato technologie v mnoha ohledech duplikuje funkce RAID 5, ale data pro obnovu jsou zkopírována na dvě zálohovací média najednou.

Druhý paritní disk je v podstatě redundantní odkaz, jen pro jistotu. Princip jeho činnosti je založen na Reed-Solomonově kódu, a proto je druhý pohon označen jako Q nebo RS.

Díky tomuto principu může majitel serveru bezbolestně snášet předčasnou smrt páru HDD/SSD najednou. Ale k implementaci RAID 6 budete potřebovat 4 disky.

• Slušná rychlost čtení a lineárního zápisu dat;
• V nouzových případech může systém přežít výpadek dvou pohonů současně.

• Celková provozní rychlost je o 20 % nižší než u RAID 5;
• Existuje možnost selhání jednoho z disků, i když minimální;
• Obnova informací trvá neslušně dlouho, když je server nečinný;
• K implementaci bloku jsou potřeba alespoň 4 disky.

Rozsah použití RAID 6 je stejný jako u souborových serverů a velkých databází. Další věcí je, že díky vyšší spolehlivosti lze tomuto způsobu ukládání důvěřovat důležitější informace ve velkých objemech.

Kombinované úrovně RAID

Průmysl zná další příklady konstrukce pole. Říká se jim také variabilní, protože využívají některé ze základních úrovní RAID.

• RAID 10 (1+0);
• RAID 50 (5+0);
• RAID 60 (6+0).

Za zmínku také stojí

RAID 10

Tato technologie kombinuje výhody RAID 1 a RAID 0 v režimu virtualizace a poskytuje vysokou rychlost obnovy, vynikající spolehlivost a výkon.

Tento přístup je však zatížen vysokými náklady na implementaci a polovina pohonů bude muset být použita jako „zrcadlo“.

RAID 50/60

Tato konfigurace využívá všechny výhody RAID 5 (parita) a RAID 0 (proužek) ke zlepšení výkonu bez obětování ochrany. Ale pouze pokud máte 6 a více disků.

Organizace RAID vám umožňuje přežít selhání až 4 disků, pokud jsou v samostatném poli RAID 5.

Nevýhodou jsou požadavky na ovladač.

V RAID 60 je princip stejný, jen spolehlivost je ještě vyšší díky zdvojení „pojistkových“ disků.

Výsledky

Technologie RAID umožňuje plně odhalit takový parametr, jako je „bezpečnost“ dat, aniž by došlo ke snížení výkonu, a to kombinací několika fyzických svazků do jednoho logického modulu. Současně se zvyšuje odolnost proti chybám a zvyšuje se propustnost.

Chcete dostávat podrobné informace o organizaci úložiště? Ptejte se konzultantů Market.Marvel a získejte kvalifikované odpovědi kdykoli. Nabídneme také potřebné vybavení, které podporuje RAID a vykazuje nejlepší výsledky při organizování pole.