Что такое RAID-массивы и зачем они нужны

Что такое RAID-массивы и  зачем они нужны

Неотъемлемую роль в нашем  компьютере играют жесткие диски, ведь на них хранится вся информация, с них запускается операционная система, в них обитает файл подкачки и прочее, прочее, прочее, прочее. Как известно, эти самые жесткие диски так же имеют некий запас прочности после которого выходят из строя, а так же характеристики влияющие на производительность.

RAID — это дисковый массив (т.е. комплекс или связка) из нескольких устройств, – жестких дисков. Как я и говорил выше, этот массив служит для повышения надёжности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи информации. Собственно, то чем именно занимается оная связка из дисков, – ускорением работы или повышением безопасности данных, зависит от Вас, а точнее, от выбора текущей конфигурации рейда. Разные типы этих конфигураций как раз и отмечаются разными номерами, – 1, 2, 3, 4 и пр, – и выполняют разные функции.

Рейды ощутимо удобнее  и эффективнее использования  одного диска в системе. Я бы даже рекомендовал их всем поголовно, не смотря на то, что приходится использовать два (а то и все четыре) устройства вместо одного.

Просто, например, в случае построения 0-вой версии (описание вариаций 0, 1, 2, 3 и пр., – читайте ниже) Вы получите ощутимый прирост производительности. Да и вообще жесткий диск нынче как раз таки узкий канал в быстродействии системы. Почему? Ну судите сами, – процессоры обзаводятся ядрами, частотами, кэшем и архитектурой; видеокарты, – числом пиксельных конвейеров, количеством и разрядностью памяти, шейдерными блоками, частотами видеопроцессоров и кое-где даже количеством этих процессоров;оперативная память, – частотами и таймингами; жесткие диски же растут разве что в объеме ибо скорость оборота головки оных (за исключением редких моделей типа Raptor’ов) замерла уже довольно давно на отметке в 7200, кэш тоже не то чтобы растет, архитектура остается почти прежней.. В общем в плане производительности диски стоят на месте (ситуацию могут спасти разве что развивающиеся SSD), а ведь они играют весомую роль в работе системы и, местами, полновесных приложений.

В случае же построения единичного (в смысле за номером 1) рейда Вы чуток потеряете в производительности, но зато получите почти 100%-ую гарантию безопасности Ваших данных, ибо оные будут до байтика полностью дублироваться и даже в случае выхода из строя одного диска, – все целиком и полностью будет находится на втором без всяких потерь.

В общем, повторюсь, рейды  будут полезны всем и каждому. Я бы даже сказал, – обязательны.

Физически RAID-массив представляет собой от двух до n-го количества жестких дисков подключенных к материнской плате поддерживающей возможность создания RAID (или к соответствующему контроллеру, что реже ибо оные дороги для рядового пользователя (контроллеры обычно используются на серверах в силу повышенной надежности и производительности)), т.е. на глаз ничего внутри системника не изменяется, никаких лишних подключений или соединений дисков между собой или с чем-то еще попросту нет. В общем в аппаратной части всё почти как всегда, а изменяется лишь программный подход, который, собственно, и задает, путем выбора типа рейда, как именно должны работать подключенные диски.

Программно, в системе, после создания рейда, тоже не появляется никаких особенных причуд. По сути, вся разница в работе с рейдом заключается только в небольшой настройке в биосе, которая собственно организует рейд (см.ниже) и в использовании драйвера. В остальном ВСЁ совершенно тоже самое – в “Мой компьютер” те же C, D и прочие диски, всё те же папки, файлы.. В общем и программно, на глаз, полная идентичность.

Установка массива не представляет собой ничего сложного: просто берем  мат.плату, которая поддерживает технологию RAID, берем два полностью идентичных, – это важно!, – как по характеристикам (размеру, кэшу, интерфейсу и пр) так и по производителю и модели, диска и подключаем их к оной мат.плате. Далее просто включаем компьютер, заходим в BIOS и выставляем параметр SATA Configuration: RAID. После этого в процессе загрузки компьютера (как правило, до загрузки Windows) появляется панель отображающая информацию о диска в рейде и вне него, где, собственно нужно нажать CTR-I, чтобы настроить рейд(добавить диски в него, удалить и тд и тп). Собственно, вот и все. Дальше идет установка Windows и прочие радости жизни, т.е, опять же, всё как всегда.

Важно: при создании или  удалении рейда (1-го рейда это вроде не касается, но не факт) неизбежно удаляется вся информация с дисков, а посему просто проводить эксперимент, создавая и удаляя различные конфигурации, явно не стоит. Посему, перед созданием рейда предварительно сохраните всю нужную информацию (если она есть), а потом уже экспериментируйте.

Что до конфигураций.. Как я уже говорил, RAID массивов существует несколько видов (как минимум из основного базиса, – это RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6). Для начала я расскажу о двух, наиболее понятных и популярных среди обычных пользователей:

RAID 0 – дисковый массив для увеличения скорости\записи.

RAID 1 – зеркальный дисковый массив.

А в конце статьи быстренько пробегусь по прочим.

RAID 0

И так.. RAID 0 (он же, страйп («Striping»)) — используется от двух до четырех (больше, – реже) жестких дисков, которые совместно обрабатывают информацию, что повышает производительность. Чтобы было понятно, – таскать мешки одному человеку дольше и сложнее чем вчетвером (хотя мешки остаются все теми же по своим физ свойствам, меняются лишь мощности с ними взаимодействующие). Программно же, информация на рейде такого типа, разбивается на блоки данных и записывается на оба/несколько дисков поочередно. Один блок данных на один диск, другой блок данных на другой и тд. Таким образомсущественно повышается производительность (от количества дисков зависит кратность увеличения производительности, т.е 4-ые диска будут бегать шустрее чем два), но страдает безопасность данных на всём массиве. При выходе из строя любого из входящих в такой RAID винчестеров (т.е. жестких дисков)полностью и безвозвратно пропадает вся информация. Почему? Дело в том, что каждый файл состоит из некоторого количества байт.. каждый из которых несет в себе информацию. Но в RAID 0 массиве байты одного файла могут быть расположены на несколькихдисках. Соответственно при “смерти” одного из дисков потеряется произвольное количество байтов файла и восстановить его будет просто невозможно. Но файл то не один..

В общем при использовании такого рейд-массива настоятельно рекомендуется делать постоянные бэкапыценной информации на внешний носитель. Рейд действительно обеспечивает ощутимую скорость – это я Вам говорю на собственном опыте, т.к у меня дома уже годами установлено такое счастье.

RAID 1

Что же до RAID 1 (Mirroring — «зеркало»).. Собственно, начну с недостатка. В отличии от RAID 0 получается, что Вы как бы “теряете” объем второго жесткого диска (он используется для записи на него полной (байт в байт) копии первого жесткого диска в то время как RAID 0 это место полностью доступно). Преимущество же, как Вы уже поняли, в том, что он имеет высокую надежность, т.е все работает (и все данные существуют в природе, а не исчезают с выходом из строя одного из устройств) до тех пор пока функционирует хотя бы один диск, т.е. если даже грубо вывести из строя один диск – Вы не потеряете ни байта информации, т.к. второй является чистой копией первого и заменяет его при выходе из строя. Такой рейд частенько используется в серверах в силу безумнейшей жизнеспособности данных, что важно.

При подобном подходе в  жертву приносится производительность и, по личным ощущениям, оная даже меньше чем при использовании одного диска без всяких там рейдов. Впрочем, для некоторых надежность куда важнее производительности.

RAID 2, 3, 4, 5, 6.

Описание этих массивов тут  по стольку по скольку, т.е. чисто для справки, да и то в сжатом (по сути описан только второй) виде. Почему так? Как минимум в силу низкой популярности этих массивов среди рядового(да и в общем-то любого другого) пользователя и, как следствие, малого опыта использования оных мною.

RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют некий код Хемминга (не интересовался что это, посему рассказывать не буду). Принцип работы примерно такой: данные записываются на соответствующие устройства так же, как и в RAID 0, т.е они разбиваются на небольшие блоки по всем дискам, которые участвуют в хранении информации. Оставшиеся же  (специально выделенные под оное) диски хранят коды коррекции ошибок, по которым в случае выхода какого-либо винчестера из строя возможно восстановление информации. Тобишь в массивах такого типа диски делятся на две группы — для данных и для кодов коррекции ошибок Например, у Вас два диска являют собой место под систему и файлы, а еще два будут полностью отведены под данные коррекции на случай выхода из строя первых двух дисков. По сути это что-то вроде нулевого рейда, только с возможностью хоть как-то спасти информацию в случае сбоев одного из винчестеров. Редкостно затратно, – четыре диска вместо двух с весьма спорным приростом безопасности.

RAID 3, 4, 5, 6.. Про них, как  бы странно это не звучало  на страницах этого сайта, попробуйте почитать на Википедии. Дело в том, что я в жизни сталкивался с этими массивами крайне редко (разве что пятый попадался под руку чаще остальных) и описать доступными словами принципы их работы не могу, а перепечатывать статью, с выше предложенного ресурса решительно не желаю, как минимум, в силу наличия в оных зубодробительных формулировок, которые даже мне понятны со скрипом.

“Какой рейд все же выбрать” или “Маленькие выводы”.

Если вы играете в игры, часто копируете музыку, фильмы, устанавливаете ёмкие ресурсопотребляющие программы, то Вам безусловно пригодиться RAID 0. Но будьте внимательны при выборе жестких дисков, – в этом случае их качество особенно важно, – или же обязательно делайте бэкапы на внешний носитель.

Если же вы работаете с  ценной информацией, которую потерять равносильно смерти, то Вам безусловно нужен RAID 1 – с ним потерять информацию крайне сложно.

Важно, чтобы диски устанавливаемые в RAID-массив были полностью идентичны. Размер, фирма, серия, объём кэша – всё должно быть одинаковым..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Raid массивы

RAID расшифровывается как  Redundant Array of Iindependent/Inexpensive Disks — избыточный массив независимых/недорогих жестких дисков, так что понятие RAID массив и жесткий диск неразделимые. Аппаратный массив из нескольких дисков управляется специальным RAID-контроллером и воспринимается системой как единое целое. Программный массив формируется из винчестеров, подключенных к обычным контроллерам, а разделы на них созданы как динамические диски. На верхних уровнях операционной системы такой массив тоже рассматривается как единый диск.

Идея параллельной работы нескольких дисков пришла в массовую технику из мэйнфреймов и серверов данных. Первоначально RAID-контроллеры, преимущественно SCSI, выпускались в виде плат расширения, и в обычные ПК их устанавливали чрезвычайно редко. 

На рубеже веков технология RAID проникла на рынок компьютеров для широого круга пользователей. Появились недорогие платы расширения на 2 канала IDE (4 диска), а производители материнских плат стали встраивать RAID-контроллеры в модели класса high-end. Затем поддержка RAID появилась в чипсетах Intel, AMD и NVIDIA, и сегодня практически невозможно встретить материнскую плату без интегрированного контроллера RAID.

 

Принципы RAID массива.

Формированием и обслуживанием  «аппаратного» массива полностью  занимаются электроника и микропрограмма (прошивка, BIOS) RAID-контроллера. Если контроллер выполнен в виде платы расширения, его микропрограмма отрабатывается вслед за процедурой POST BIOS материнской  платы. Микропрограмма контроллера, интегрированного в материнскую плату, является неотъемлемой частью BIOS. В любом случае, BIOS и  операционная система рассматривают  аппаратно организованный массив как один винчестер.

Служебная информация RAID массива.

Информация о конфигурации RAID чаще всего хранится на самих  дисках в специальной области. Обычно она расположена в первых и/или  последних секторах каждого диска, а записывает ее туда микропрограмма контроллера при формировании RAID или включении в него нового диска.

Если подключить диск к  обычному контроллеру (или встроенному  контроллеру, работающему в обычном  режиме), то BIOS не обнаружит загрузочный  сектор с таблицей разделов там, где  положено. Более того, ОС также не обнаружит на привычном месте  логические структуры разделов и  файловых систем и сочтет такой диск неотформатированным (пустым). Служебная область с блоком конфигурации оказывается за пределами логического пространства диска.

Структура блока конфигурации зависит от модели контроллера. Скорее всего. RAID-массив, собранный на одном контроллере, с точки зрения другого не существует. Как минимум, в конфигурационном блоке записаны тип массива, размер одного блока (обычно от 512 байтов до 1 Мбайт), номер диска в массиве. Блок конфигурации практически обязательно продублирован на каждом диске массива. За исключением номера диска, служебные данные на всех дисках должны быть идентичны, и этим можно воспользоваться при восстановлении массива.

Как вариант, размер блока  и тип массива могут храниться  в энергонезависимой памяти (CMOS) контроллера. Порядок следования дисков в этом случае обычно определяется номерами портов контроллера — каждый диск должен быть на своем месте. Такая  организация характерна для RAID-контроллеров, интегрированных в материнскую плату.

Существенно, что служебная  информация массива «привязана»  ко вполне определенной марке, самое  большее, семейству RAID-контроллеров. Если вы замените контроллер или материнскую  плату с интегрированным контроллером, вероятность успешного запуска  массива существует. Однако в идеале контроллер желательно заменять на точно такой же! К счастью, именитые производители дорогих контроллеров (3ware/LSI Logic, Adaptec, Intel, Promise) довольно консервативны — одни и те же модели выпускаются достаточно долго. Ассортимент интегрированных контроллеров не очень широк, и в основном ограничивается выбором южных мостов чипсетов.

В программном массиве  конфигурационная информация находится  в пределах логического пространства диска. Возможно, вы обратили внимание на любопытный факт. При разбиении  винчестера на разделы любыми средствами Windows, начиная с Windows ХР, между MBR и первым разделом непременно резервируется около 8 Мбайт пространства. На этом "пустыре" и строится конфигурационный блок при преобразовании базового диска в динамический том.