Что такое RAID хранилище?

Хранение данных — одно из основных применений компьютерной системы. Доступно несколько типов решений для хранения данных, и каждое из них имеет разные преимущества и варианты использования. Такие решения, как жёсткие диски (HDD), являются дешёвой, но примитивной альтернативой, в то время как твердотельные накопители (SSD) являются быстрыми, надёжными, но дорогими. Однако есть ещё одна альтернатива, которая сочетает в себе эффективность и стоимость и представляет собой идеальный выбор для малых предприятий — RAID.

Избыточный массив независимых дисков (RAID) — это способ объединения нескольких физических дисков в логический массив для обеспечения оптимальной защиты данных, производительности системы и пространства для хранения. Собранные вместе эти маленькие диски действуют как один мощный и дорогой диск. Технология RAID состоит из нескольких уровней, и каждый уровень предлагает компромисс между целевыми функциями — защитой данных, объёмом памяти и производительностью системы.

В этой статье мы рассмотрим, что такое RAID-хранилище, чем оно отличается от традиционного метода хранения и где его использовать. Прежде чем приступить ко всему этому, давайте сначала разберёмся с различными уровнями доступных хранилищ RAID.

Что такое RAID-хранилище?

RAID — это концепция объединения нескольких недорогих дисков для имитации более дорогого и мощного диска, который также может выдерживать отказ оборудования. В ситуациях, когда требуется повышенная надёжность данных или более быстрый доступ, система хранения RAID работает лучше, чем традиционные однодисковые системы хранения. Диски, составляющие систему хранения RAID, можно расположить по-разному. Эти механизмы называются уровнями, и каждый уровень фокусируется на предоставлении конкретных преимуществ, таких как повышенная надёжность, более быстрое чтение и повышенная надёжность.

Уровни хранения RAID

Хотя в RAID есть несколько уровней, не всё из них используются на практике. Такие уровни, как третий и четвёртый, являются промежуточными по сравнению с более популярными уровнями, такими как пятый и шестой. Ниже приведены некоторые из наиболее распространённых уровней хранилища RAID:

RAID 0 (чередование)

На этом уровне данные распределяются по большому массиву дисков, что обеспечивает большую скорость доступа. Эти более высокие скорости доступа доступны, потому что теперь данные могут быть сохранены и прочитаны сразу с нескольких дисков. Но на этом уровне нет избыточности данных, а это означает, что дубликаты сохранённых данных недоступны. Это также означает, что сбой любого из дисков приведёт к полной потере данных.

RAID 0 редко используется в производственной среде. Он находит своё применение в таких случаях, как кэширование, когда потеря данных менее важна, но скорость является главным приоритетом.

RAID 1 (зеркалирование)

RAID 1 основывается на концепции, представленной в RAID 0, но добавляет уровень дублирования в хранимых данных. Это означает, что все данные, хранящиеся в хранилище RAID 1, хранятся два раза и не теряются, пока одна копия не повреждена. RAID 1 полностью сосредоточен на надёжности данных.

RAID 1 также обеспечивает повышенную производительность чтения, поскольку одни и те же данные теперь можно найти в любой из двух копий. Однако это приводит к задержке при записи данных, так как они должны быть записаны на два диска.

RAID 5 (чередование с единой чётностью)

RAID 5 основан на идее RAID 0 для хранения данных в виде полос на нескольких дисках. Он добавляет к данным информацию о чётности, поэтому для построения системы RAID 5 требуется как минимум три диска. Эта информация о чётности, которая распределяется по дискам, может помочь в восстановлении данных в случае выхода из строя одного из дисков. Чётность относится к контрольной сумме, рассчитанной с использованием всех битов в выборке данных. Эта контрольная сумма помогает определить, произошла ли потеря данных в базе данных, и эту же информацию можно также использовать для восстановления потерянных битов.

RAID 5 обеспечивает значительную производительность чтения, как и RAID 0. Но производительность записи зависит от используемого RAID-контроллера, поскольку каждый контроллер вычисляет и сохраняет информацию о чётности своими собственными уникальными способами. RAID-контроллер — это устройство, которое управляет физическими дисками и подключает их к компьютеру как логические единицы.

RAID 5 — хороший вариант для веб-серверов, файловых серверов и других систем, в которых операции чтения выполняются чаще. Он не подходит для среды с большим объёмом записи.

RAID 6 (чередование с двойной чётностью)

RAID 6, как и RAID 5, основан на идее RAID 0 и распределяет данные по нескольким дискам. Он хранит информацию о двойной чётности с данными, поэтому для него требуются два дополнительных диска, что увеличивает минимальное количество необходимых дисков до четырёх. Информация о двойной чётности может помочь регенерировать данные быстрее, чем информация с одинарной чётностью.

RAID 6 предлагает улучшенную производительность чтения по сравнению с Raid 5. Но производительность записи и затраты на установку для RAID 6 ниже, чем у RAID 5, поскольку вам необходимо добавить дополнительный диск. Вычисления двойной чётности могут занять больше времени, чем вычисления одиночной чётности во время записи. А также RAID 6 является хорошей альтернативой для традиционных веб-серверов, файловых серверов и других сред с интенсивным чтением, но он не очень хорошо работает в сценариях использования с большим объёмом записи, таких как платформы социальных сетей и порталы общественных услуг.

RAID 10 (чередование с зеркалированием)

RAID 10 работает как минимум с четырьмя дисковыми накопителями и представляет собой комбинацию RAID 1 (зеркальное отображение) и RAID 0 (чередование).Он обеспечивает как скорость, так и избыточность данных. Обычно это оптимальный уровень для использования в сценариях, где вам нужен высокоскоростной доступ, но в то же время надёжность.

В минимальной конфигурации с четырьмя дисками два зеркальных диска хранят половину чередующихся данных, а два других зеркальных диска хранят другую половину. Это даёт вам возможность регенерировать все данные всего с двух из четырёх дисков. Это похоже на RAID 1 с точки зрения размера хранилища и производительности чтения / записи.

Преимущества использования хранилища RAID

Хотя хранилище RAID требует дополнительной настройки перед использованием, есть свои преимущества. Давайте посмотрим на некоторые из них:

Экономически эффективным

Хранилище RAID помогает имитировать дорогие и мощные диски за счёт использования нескольких недорогих дисков меньшего размера. Это значительно снижает затраты на инфраструктуру. Это особенно выгодно для небольших предприятий, которые не могут позволить себе создать огромную инфраструктуру.

Лучшая производительность

Благодаря дополнительному количеству дисков, а также определённым специальным методам доступа, большинство уровней RAID получают преимущества в производительности при чтении или записи данных. Повышение производительности напрямую связано с увеличением доходов для бизнес-вариантов использования, поскольку теперь система может обрабатывать больше запросов, чем обычно.

Повышенная доступность

Поскольку данные хранятся в нескольких копиях, отказ одной из копий не означает, что доступ к данным потерян. Система по-прежнему может направлять все запросы на работающий диск, пока неисправный диск заменяется и данные регенерируются.

Повышенная надёжность

Поскольку данные хранятся в нескольких копиях на любом уровне RAID, кроме 0, легко восстановить потерянные данные в случае сбоя инфраструктуры. Это делает систему более надёжной, а данные в приложении — более надёжными.

Проблемы с RAID-хранилищем

Хотя RAID-хранилище предлагает много преимуществ по сравнению с обычным однодисковым хранилищем, у них также есть несколько недостатков. Ниже приведены наиболее распространённые проблемы, с которыми сталкиваются при использовании хранилища RAID:

Сложные уровни RAID дороги

Простые уровни RAID, такие как RAID от 0 до 6, можно легко создать с помощью небольших дешёвых дисков. Но сложные уровни, такие как RAID 10, требуют дополнительного количества дисков, а также специального оборудования, такого как сложные контроллеры, для управления данными, чтения и записи. Эта установка может быть более дорогой, чем стандартная установка RAID.

Сбой данных может произойти на всех дисках

RAID полагается на концепцию по крайней мере одной копии данных, которая должна функционировать и восстанавливаться. Однако весьма вероятно, что из-за равномерного старения всех дисков они могут сразу выйти из строя. Это оставляет систему без надёжной резервной копии, к которой можно было бы вернуться.

Восстановление занимает много времени

Восстановление вышедших из строя дисков требует замены диска вручную, а затем восстановления данных, которые на нём были. Хотя перестроение легко для простых уровней, таких как 0 и 1, процесс становится сложным для продвинутых уровней, таких как 5 или 6, которые требуют обработки и рабочих данных для получения метаинформации, такой как чётность.

Когда диск выходит из строя, другие уязвимы

Дисковые накопители в RAID полагаются друг на друга для обеспечения избыточности и надёжности. Если диск выходит из строя, у рабочего диска, скорее всего, нет активной резервной копии, к которой можно было бы вернуться. Это означает, что если второй диск выходит из строя во время замены первого отказавшего диска, может произойти полная потеря данных. Этому можно противодействовать, отслеживая состояние всех дисков, создавая резервные копии данных и заменяя диски до того, как они выйдут из строя.

Где используется хранилище RAID?

Понимание того, где находятся различные аспекты хранилищ рейдов, позволяет увидеть, как они используются. Вот некоторые из основных вариантов использования RAID-хранилищ:

Когда требуется высокое время безотказной работы

Такие системы, как RAID, чрезвычайно полезны для предприятий, для которых важны время безотказной работы и доступность. Регулярное резервное копирование может помочь вам восстановить серьёзные потери данных, но это может занять несколько дней.

В реальных сценариях любой простой просто означает потерю бизнеса. Кроме того, организации заключают юридические соглашения со своими клиентами / заказчиками, чтобы обеспечить определённый уровень доступности. Такая система, как RAID, гарантирует, что данные будут доступны вашему приложению во время замены отказавшего диска.

Когда нужна высокая производительность

Системы хранения RAID включают в себя урезанные дубликаты данных. Это означает, что к одним и тем же данным могут обращаться сразу несколько клиентов. Таким образом, приложения, которые сталкиваются с большим объёмом доступа к базе данных, могут извлечь выгоду из хранилищ RAID, чтобы обеспечить большую пропускную способность доступа к данным.

Когда требуется более быстрое чтение / запись

Помимо поддержки больших объёмов доступа, RAID также обеспечивает более высокую скорость чтения и записи файлов. Поскольку данные доступны на нескольких дисках, их части можно читать параллельно одновременно, чтобы облегчить более быстрое чтение.

Будущее RAID

Концепция RAID существует с 1987 года, но до сих пор широко используется в компьютерной индустрии для создания надёжных и высокопроизводительных хранилищ данных.

Совсем недавно уровень использования RAID уменьшился благодаря появлению новых технологий, таких как стирающее кодирование и твердотельные накопители. Основная проблема с RAID заключается в увеличении объёма дисков, вероятность отказа также увеличивается, и в последнее время в отрасли наблюдается экспоненциальный рост ёмкости дисков.

Технология RAID кажется идеальной для современных потребностей в хранении данных. Благодаря дополнительным преимуществам в виде лучшей надёжности, улучшенной производительности и расширенной полосы доступа, RAID предлагает непревзойдённые возможности по сравнению с другими жёсткими дисками того же уровня. Несмотря на то, что отрасль смещается в сторону решений, которые лучше подходят для больших объёмов дисков, RAID по-прежнему остаётся основным игроком в области хранения данных.