Надежное хранение данных на сервере, правильная работа дисковых массивов – это все забота RAID-контроллеров. Сегодня компьютеры выполняют настолько большой объем задач, что встроенные диски с ними просто не справляются. Вот тут и приходит на помощь raid controller.
Что такое RAID-контроллер
Что бы понять, что это, нужно рассмотреть систему накопителей. Если в компьютер встроить один диск, он будет обрабатывать очень малое количество информации, и уж точно не сможет практически ничего сохранить. Напичкать его большим количеством накопителей – не вариант, потому что они быстро начнут отказывать. Выход – создать дисковый массив, то есть объединить встроенные жесткие диски и SSD (внешний жесткий диск) в одну структуру. Для системы они будут единым пространством.
Raid контроллер – это и есть тот элемент, который объединяет накопители.
Уровни RAID контроллеров
В зависимости от требований к дисковым массивам выбирается контроллер нужного уровня.
Базовые уровни RAID
Все контроллеры этого уровня, от 0 до 6, имеют и плюсы, и минусы. Чем больше номер массива, тем сложнее система, выше производительность и риски.
- Уровень 0 подразумевает деление данных на равные блоки и записывание их на диски поочередно.
Плюс – высокая скорость считывания файлов больших размеров.
Минус – отсутствие резервирования.
- RAID Контроллеры с настройками этого уровня объединяют диски в пары, которые «зеркалят» инфу.
Плюсы: при выпадении одного диска, информация сохраняется на другом; высокая скорость.
Минус – несмотря на то, что придется покупать два диска, объем памяти будет доступен только как на одном.
- В массивах типа RAID 2 распределение информации по носителям происходит по коду Хемминга. Создается две дисковые группы: для самой информации и для кодов коррекции ошибок.
Плюсы: информацию с вышедшего диска можно восстановить, а спецкоды сходу находят и исправляют ошибки; высокая скорость производительности.
Минус – изначально большое количество дисков (не меньше 7), что обойдется достаточно дорого.
- При создании RAID 3 разработчики пожертвовали программами исправления ошибок и резервирования, поэтому потерянные данные восстановлению не подлежат. Количество контрольных дисков сокращено до одного.
Плюсы: высокая скорость; для создания такого массива достаточно трех носителей.
Минусы – система эффективна только при работе с файлами больших размеров.
- В RAID 4 добились увеличения скорости передачи данных файлов небольшого объема благодаря тому, что разбивка файлов происходит на байты. Однако запись информации производится довольно медленно.
- RAID 5. Основное преимущество этого уровня – запись можно производить параллельно. Отпала необходимость в выделении диска для хранения контрольных сумм.
Плюсы: экономичность (можно стартовать от трех дисков), высокая скорость считывания.
Минусы:
– снижение производительности при рандомном записывании на 10-25 %;
– если выпадает один диск, надежность системы падает до нулевого уровня.
– на восстановление требуется много времени.
- RAID 6. Использование трех информационных и двух контрольных носителей делает массив более надежным, но менее производительным, в сравнении с предыдущей версией.
Комбинированные уровни RAID
Эти уровни контроллеров сочетают в себе несколько базовых. Например: RAID 1+0 (другой вариант написания RAID 10). Это значит, что контроллер уровня RAID 0 состоит из нескольких зеркалированых RAID -1 пар. Если используют RAID 51, это значит, что RAID 1 дублирует пару RAID 5.
Комбинированные уровни перенимают как достоинства составляющих, так и недостатки. А применяют их в зависимости от того, что приоритетней. Так, RAID 5+0 снабжен малой надежностью нулевого уровня, зато высокопроизводителен, как пятый.
Нестандартные уровни RAID
К таким уровням относятся:
- RAID 1Е – усовершенствованное зеркало для работы на нечетном количестве устройств.
- RAID 7 – надежный и высокопроизводительный, но по методике работы и батарее не отличается от предшественников.
- RAID-DP – модификация шестой версии. Основное его достоинство в высокой производительности за счет последовательностиопераций записи.
Типы RAID контроллеров
Устройства бывают трех видов: программные, интегрированные и аппаратные. Использовать их можно как самостоятельно, так и в комплексе.
Программные
Наиболее простые и, соответственно, недорогие из них – программные. Они нагружают центральный процессор, имеют низкую производительность и чаще других выходят из строя.
Интегрированные
Они встраиваются в материнскую плату. Несмотря на то, что отдельный чип выполняет ряд задач, процессор все равно несет нагрузку. У них может быть своя FLASH-память, они более производительны и универсальны. Их еще называют полуаппаратными.
Аппаратные
Аппаратный raid контроллер размещают вне сервера. У него есть свой процессор, и, в основном, память. Он может быть оснащен портами для соединения с внутренними или внешними накопителями.
Развитие идеи RAID
Методика объединения дисков так, что бы система определяла их как один, была представлена еще в 1987 году. Но это было слишком дорогое удовольствие, поэтому в массы она вышла недавно.
Сейчас разработано много разных систем, обеспечивающих работоспособность дискового массива по такой схеме, но их надежность недостаточна. Если же драйвер файловой системы «поймет», что накопителей несколько, можно добиться сохранения части инфы при отказе одного из дисков. Для этого структура каталогов настраивается так, что бы при «вылете» одного из носителей исчезали только данные, хранящиеся именно на нем. Все остальные части файла, разбросанные по другим накопителям, оставались доступными. В такой способ дисковая система станет более надежной и производительной, например, как в массивах JBOD.
Рассматривается вариант записывания файлов на отдельные диски целиком. Однако это негативно скажется на производительности. И если к информации небольших объемов такой подход обеспечит более быстрый доступ, то к большим файлам, умещенным на один носитель, он будет затруднен.
Недостатки RAID
Системное объединение дисков для записи и хранения данных дает намного больше возможностей. Но не обошлось и без недостатков.
Коррелированные сбои
Учитывая тот факт, что все диски массива почти всегда одного возраста и работают в одинаковых условиях, увеличивается риск одновременного отказа сразу нескольких носителей.
Невосстановимые ошибки чтения при восстановлении
Создавая дисковый массив для увеличения объема памяти, мы приводим к росту вероятности возникновения ошибок на дисках, когда производится восстановление всего RAID.
Увеличение времени восстановления и вероятности отказа
Чем больше емкость накопителей, тем больше времени уходит на их восстановление – не только часы, но и дни. В это время могут произойти сбои на других накопителях. А если массив продолжает работать, время на восстановление ограничивается.
Атомность
Сбои системы во время записи чреваты тем, что четность станет несовместимой с записываемыми данными из-за неатоматичности самого процесса. Поэтому ее использовать для восстановления нельзя. Проблема решается записью на запись.
Надежность кэша записи
Cache используется для временного хранения данных при исчезновении питания техники. Однако информация может повредиться, особенно если используется кэш обратной записи, еще до того, как попадет в энергонезависимое хранилище. Что бы этого избежать применяют механизм избыточного питания от батареи или сброс кэша при перезапуске.
Как выбрать RAID контроллер
Покупая raid-controller нужно опираться на потребности.
Если ваша цель – быстрая и безотказная работа компьютера, при этом вас не волнует вопрос сохранения данных, берите простейший контроллер и создавайте массив RAID 0 или 1.
Если для вас в приоритете большая емкость, остановите выбор на RAID 5 или 5+0. Покупайте контроллер со средней FLASH-памятью.
Для создания надежных массивов с высокой скоростью или больших хранилищ подходят только высокопроизводительные контроллеры с объемной памятью. Это тот случай, когда, сэкономив, можно потерять значительно больше.
Последний шаг – настройка raid контроллера. При загрузке сервера система сама подскажет, что и как делать, просто следуйте подсказкам.
