Co je RAID?
RAID (redundantní pole nezávislých disků) je sestava skládající se z více disků pro ukládání dat. Jsou propojeny, aby se zabránilo ztrátě dat a/nebo urychlily výkon. Více disků umožňuje použití různých technik, jako je prokládání disku , zrcadlení disku a parita .
V tomto článku se dozvíte o typech RAID, jejich výhodách a nevýhodách a případech jejich použití .
Úrovně a typy RAID
Úrovně RAID jsou seskupeny do následujících kategorií:
- Standardní úrovně RAID
- Nestandardní úrovně RAID
- Vnořené/hybridní úrovně RAID
Navíc si můžete vybrat, jak implementovat RAID do vašeho systému. Proto si můžete vybrat mezi hardwarovým RAID, softwarovým RAID a firmwarovým RAID.
Následující seznam vysvětluje standardní úrovně RAID (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) a oblíbené nestandardní a hybridní možnosti (RAID 10).
RAID 0:Prokládání
RAID 0, také známý jako prokládaná sada nebo prokládaný svazek, vyžaduje minimálně dva disky. Disky jsou sloučeny do jednoho velkého svazku, kde jsou data uložena rovnoměrně napříč počtem disků v poli.
Tento proces se nazývá prokládání disků a zahrnuje rozdělení dat do bloků a jejich současné/postupné zápisy na více disků. Konfigurace prokládaných disků jako jednoho oddílu zvyšuje výkon, protože operace čtení a zápisu provádí více disků současně. Proto je RAID 0 obecně implementován pro zvýšení rychlosti a efektivity.
Je důležité si uvědomit, že pokud se pole skládá z disků různých velikostí, bude každý omezen na nejmenší velikost disku v nastavení. To znamená, že pole složené ze dvou disků, z nichž jeden je 320 GB a druhý 120 GB, má ve skutečnosti kapacitu 2 x 120 GB (neboli celkem 240 GB).
Některé implementace umožňují využít zbývajících 200 GB pro různé účely. Kromě toho mohou vývojáři implementovat více řadičů (nebo dokonce jeden na disk) pro zlepšení výkonu.
RAID 0 je nejdostupnější typ konfigurace redundantních disků a jeho nastavení je relativně snadné. Přesto ve svém složení nezahrnuje žádnou redundanci, odolnost proti chybám nebo stranu. Problémy na kterémkoli z disků v poli tedy mohou vést k úplné ztrátě dat. To je důvod, proč by se měl používat pouze pro nekritické úložiště, jako jsou dočasné soubory zálohované někde jinde.
Výhody RAID 0
- Nákladově efektivní a přímočará implementace.
- Zvýšený výkon při čtení a zápisu.
- Žádná režie (využití celkové kapacity).
Nevýhody pole RAID 0
- Neposkytuje odolnost proti chybám ani redundanci.
Kdy by měl být použit Raid 0
RAID 0 se používá, když je prioritou výkon a nikoli spolehlivost. Pokud chcete využít své disky naplno a nevadí vám ztráta dat, zvolte RAID 0.
Na druhou stranu taková konfigurace nemusí být nutně nespolehlivá. Ve vašem systému můžete nastavit prokládání disků spolu s dalším polem RAID, které zajišťuje ochranu dat a redundanci.
RAID 1:Zrcadlení
RAID 1 je pole skládající se z minimálně dvou disků, kde jsou na každém uložena stejná data, aby byla zajištěna redundance. Nejběžnějším využitím RAID 1 je nastavení zrcadleného páru sestávajícího ze dvou disků, na kterých je obsah prvního disku zrcadlen na druhém. Proto se takové konfiguraci také říká zrcadlení.
Na rozdíl od RAID 0, kde je kladen důraz pouze na rychlost a výkon, je primárním cílem RAID 1 zajistit redundanci. Eliminuje možnost ztráty dat a prostojů výměnou vadného disku za jeho repliku.
V takovém nastavení je objem pole tak velký jako nejmenší disk a funguje tak dlouho, dokud je funkční jeden disk. Kromě spolehlivosti zrcadlení zvyšuje výkon čtení, protože požadavek může zpracovat kterýkoli z disků v poli. Na druhou stranu výkon zápisu zůstává stejný jako u jednoho disku a rovná se nejpomalejšímu disku v konfiguraci.
Výhody RAID 1
- Zvýšený výkon při čtení.
- Poskytuje redundanci a odolnost proti chybám.
- Jednoduchá konfigurace a snadné použití.
Nevýhody pole RAID 1
- Využívá pouze polovinu úložné kapacity.
- Drahší (potřebuje dvakrát tolik ovladačů).
- Výměna vadného disku vyžaduje vypnutí počítače.
Kdy by měl být použit Raid 1
RAID 1 se používá pro kritické úložiště, které vyžaduje minimální riziko ztráty dat. Účetní systémy často volí RAID 1, protože pracují s kritickými daty a vyžadují vysokou spolehlivost.
Je vhodný i pro menší servery pouze se dvěma disky, stejně jako pokud hledáte jednoduchou konfiguraci, kterou si snadno nastavíte (i doma).
Raid 2:Prokládání bitové úrovně s vyhrazenou paritou Hammingova kódu
RAID 2 se dnes v praxi používá jen zřídka. Kombinuje prokládání na bitové úrovni s kontrolou chyb a opravou informací. Tato implementace RAID vyžaduje dvě skupiny disků – jednu pro zápis dat a druhou pro zápis kódů pro opravu chyb. RAID 2 také vyžaduje speciální řadič pro synchronizované otáčení všech disků.
Místo datových bloků RAID 2 prokládá data na bitové úrovni na více discích. Navíc používá korekci hučících chyb (ECC) a ukládá tyto informace na redundantní disk.
Pole vypočítá opravu chybového kódu za běhu. Při zápisu dat je odebere na datový disk a zapíše kód na redundantní disk. Na druhou stranu při čtení dat z disku čte také z redundantního disku, aby ověřila data a v případě potřeby provedla opravy.
Výhody RAID 2
- Spolehlivost.
- Schopnost opravit uložené informace.
Nevýhody pole RAID 2
- Drahé.
- Obtížné na implementaci.
- Vyžadovat pro ECC celé disky.
Kdy by měl být použit Raid 2
RAID 2 dnes není běžnou praxí, protože většina jeho funkcí je nyní dostupná na moderních pevných discích. Vzhledem ke svým nákladům a požadavkům na implementaci se tato úroveň RAID nikdy nestala mezi vývojáři populární.
Raid 3:Prokládání bitové úrovně s vyhrazenou paritou
Stejně jako RAID 2 se RAID 3 v praxi používá jen zřídka. Tato implementace RAID využívá prokládání na bitové úrovni a vyhrazený paritní disk. Z tohoto důvodu vyžaduje alespoň tři disky, z nichž dva se používají pro ukládání datových pásků a jeden se používá pro paritu.
Aby bylo možné synchronizované otáčení, RAID 3 také potřebuje speciální řadič. Díky své konfiguraci a synchronizovanému otáčení disku dosahuje lepších výkonů se sekvenčními operacemi než náhodné operace čtení/zápisu.
Výhody RAID 3
- Dobrá propustnost při přenosu velkého množství dat.
- Vysoká účinnost se sekvenčními operacemi.
- Odolnost proti selhání disku.
Nevýhody RAID 3
- Není vhodné pro přenos malých souborů.
- Složitá implementace.
- Obtížné nastavení jako softwarový RAID.
Kdy by měl být použit Raid 3
RAID 3 se dnes běžně nepoužívá. Jeho vlastnosti jsou výhodné pro omezený počet případů použití vyžadujících vysoké přenosové rychlosti pro dlouhé sekvenční čtení a zápis (jako je střih a produkce videa).
Raid 4:Prokládání na úrovni bloku s vyhrazenou paritou
RAID 4 je další neoblíbená standardní úroveň RAID. Skládá se z prokládání dat na úrovni bloku přes dva nebo více nezávislých disků a vyhrazený paritní disk.
Implementace vyžaduje minimálně tři disky – dva pro ukládání datových pásků a jeden vyhrazený pro ukládání parity a zajištění redundance. Protože je každý disk nezávislý a nedochází k synchronizovanému otáčení, není potřeba žádný řadič.
Konfigurace RAID 4 je náchylná k úzkým místům při ukládání paritních bitů pro každý datový blok na jeden disk. Taková úzká hrdla systému mají velký dopad na výkon systému.
Výhody RAID 4
- Operace rychlého čtení.
- Nízká režie úložiště.
- Současné požadavky I/O.
Nevýhody pole RAID 4
- Úzká místa, která mají velký vliv na celkový výkon.
- Pomalé operace zápisu.
- Pokud selže paritní disk, ztratí se redundance.
Kdy by měl být použit Raid 4
Vzhledem ke své konfiguraci RAID 4 nejlépe funguje v případech použití vyžadujících sekvenční procesy čtení a zápisu dat velkých souborů. Přesto, stejně jako u RAID 3, byl ve většině řešení RAID 4 nahrazen RAID 5.
Raid 5:Pruhování s paritou
RAID 5 je považován za nejbezpečnější a nejběžnější implementaci RAID. Kombinuje pruhování a paritu a poskytuje rychlé a spolehlivé nastavení. Taková konfigurace poskytuje uživatelskému úložišti použitelnost jako u RAID 1 a efektivitu výkonu RAID 0.
Tato úroveň RAID se skládá z alespoň tří pevných disků (a maximálně 16). Data jsou rozdělena do datových pásů a distribuována na různé disky v poli. To umožňuje vysoký výkon díky rychlému čtení datových transakcí, které lze provádět současně různými disky v poli.
Paritní bity jsou rozmístěny rovnoměrně na všech discích po uložení každé sekvence dat. Tato funkce zajišťuje, že budete mít stále přístup k datům z paritních bitů v případě selhání disku. Proto RAID 5 poskytuje redundanci prostřednictvím paritních bitů namísto zrcadlení.
Výhody RAID 5
- Vysoký výkon a kapacita.
- Rychlá a spolehlivá rychlost čtení.
- Toleruje selhání jednoho disku.
Nevýhody RAID 5
- Delší doba přestavby.
- Využívá polovinu kapacity úložiště (kvůli paritě).
- Pokud selže více než jeden disk, dojde ke ztrátě dat.
- Složitější implementace.
Kdy by měl být použit Raid 5
RAID 5 se často používá pro souborové a aplikační servery kvůli své vysoké účinnosti a optimalizovanému úložišti. Navíc je to nejlepší a cenově efektivní řešení, pokud je prioritou nepřetržitý přístup k datům a/nebo pokud vyžadujete instalaci operačního systému na pole.
Raid 6:Striping s dvojitou paritou
RAID 6 je pole podobné RAID 5 s přidáním funkce dvojité parity. Z tohoto důvodu je také označován jako RAID s dvojitou paritou.
Toto nastavení vyžaduje minimálně čtyři jednotky. Nastavení se podobá RAID 5, ale obsahuje dva další paritní bloky rozmístěné po disku. Proto používá prokládání na úrovni bloků k distribuci dat napříč polem a ukládá dva paritní bloky pro každý datový blok.
Prokládání na úrovni bloků se dvěma paritními bloky umožňuje dvě selhání disku, než dojde ke ztrátě dat. To znamená, že v případě selhání dvou disků může RAID stále rekonstruovat požadovaná data.
Jeho výkon závisí na tom, jak je pole implementováno, a také na celkovém počtu jednotek. Operace zápisu jsou pomalejší ve srovnání s jinými konfiguracemi díky funkci dvojité parity.
Výhody RAID 6
- Vysoká odolnost proti poruchám a selhání pohonu.
- Účinnost úložiště (při použití více než čtyř jednotek).
- Operace rychlého čtení.
Nevýhody pole RAID 6
- Čas opětovného sestavení může trvat až 24 hodin.
- Pomalý výkon zápisu.
- Složitá implementace.
- Drahší.
Kdy by měl být použit Raid 6
RAID 6 je dobré řešení pro kritické aplikace, kde nelze tolerovat ztrátu dat. Proto se často používá pro správu dat v obranných sektorech, zdravotnictví a bankovnictví.
Raid 10:Zrcadlení s pruhováním
RAID 10 je součástí skupiny nazývané vnořený nebo hybridní RAID, což znamená, že se jedná o kombinaci dvou různých úrovní RAID. V případě RAID 10 pole kombinuje zrcadlení úrovně 1 a prokládání úrovně 0. Toto pole RAID je také známé jako RAID 1+0.
RAID 10 používá logické zrcadlení k zápisu stejných dat na dva nebo více disků, aby byla zajištěna redundance. Pokud selže jeden disk, existuje zrcadlený obraz dat uložených na jiném disku. Pole navíc používá prokládání na úrovni bloků k distribuci kusů dat na různé disky. To zlepšuje výkon a rychlost čtení a zápisu, protože k datům je současně přistupováno z více disků.
K implementaci takové konfigurace pole vyžaduje alespoň čtyři jednotky a také řadič disku.
Výhody RAID 10
- Vysoký výkon.
- Vysoká odolnost proti chybám.
- Rychlé operace čtení a zápisu.
- Rychlá doba přestavby.
Nevýhody RAID 10
- Omezená škálovatelnost.
- Nákladné (ve srovnání s jinými úrovněmi RAID).
- Využívá polovinu kapacity disku.
- Složitější nastavení.
Kdy by měl být použit Raid 10
RAID 10 se často používá v případech použití, které vyžadují ukládání velkých objemů dat, rychlé časy čtení a zápisu a vysokou odolnost proti chybám. V souladu s tím je tato úroveň RAID často implementována pro e-mailové servery, webhostingové servery a databáze.
Nestandardní pole RAID
Výše uvedené úrovně RAID jsou považovány za standardní nebo běžně používané implementace RAID. Existuje však nespočet způsobů, jak můžete nastavit redundantní pole nezávislých disků.
V souladu s tím si mnoho open source projektů a společností vytvořilo své vlastní konfigurace, aby vyhovovaly jejich potřebám. V důsledku toho existuje mnoho nestandardních implementací RAID, jako například:
- RAID-DP
- Linux MD RAID 10
- RAID-Z
- Drive Extender
- Declustered RAID
Vnořený (hybridní) RAID
Můžete kombinovat dvě nebo více standardních úrovní RAID, abyste zajistili lepší výkon a redundanci. Takové kombinace se nazývají vnořené (nebo hybridní) úrovně RAID.
Hybridní implementace RAID jsou pojmenovány podle úrovní RAID, které obsahují. Ve většině případů obsahují dvě čísla, jejichž pořadí představuje schéma vrstvení.
Mezi oblíbené hybridní úrovně RAID patří:
- RAID 01 (prokládání a zrcadlení; také známé jako „zrcadlení pruhů“)
- RAID 03 (prokládání na úrovni bajtů a vyhrazená parita)
- RAID 10 (zrcadlení disku a přímé prokládání na úrovni bloků)
- RAID 50 (distribuovaná parita a přímé prokládání na úrovni bloků)
- RAID 60 (duální parita a přímé prokládání na úrovni bloků)
- RAID 100 (proužek RAID 10)
Typy implementace RAID
Existují tři způsoby využití RAID, které se liší podle toho, kde probíhá zpracování.
Hardwarový RAID
Při instalaci hardwaru nastavení, vložíte kartu řadiče RAID do rychlého slotu PCI-Express na základní desce a připojíte ji k jednotkám. K dispozici jsou také externí kryty disků RAID s vestavěnou kartou řadiče.
Softwarový RAID
Pro software nastavení, připojíte disky přímo k počítači bez použití řadiče RAID. V takovém případě spravujete disky pomocí obslužného softwaru v operačním systému.
Pole RAID založené na firmwaru/ovladači
Firmware-based RAID (také známý jako driver-based RAID) jsou systémy RAID často uložené přímo na základní desce. Všechny jeho operace jsou prováděny CPU počítače, nikoli vyhrazeným procesorem.