RAID-контроллер: зачем нужен и как выбрать
Существует много разнообразных уровней массивов с избыточными данными, каждый из которых обеспечивает определённый уровень защиты данных и производительности. Выбор соответствующего уровня RAID зависит от требований к производительности, надёжности и стоимости конкретной системы хранения данных.
Содержание
- История
- Базовые уровни модели raid
- Комбинированные уровни
- Нестандартные уровни raid
- Аппаратные raid-контроллеры
- Дополнительные функции raid-контроллеров
- Сравнение уровней raid
- Программный raid
- Дальнейшее развитие идеи raid
- Недостатки raid
- Заключение
История
История развития технологии RAID началась в 1987 году благодаря усилиям инженеров Патрика Дейта и Харальда Эмерса из университета Калифорнии в Беркли. Их целью было решение проблемы недостаточной надёжности жёстких дисков в больших компьютерных системах того времени.
В прошлом жёсткие диски были значительно менее надёжными, чем сегодня, и имели тенденцию к частым отказам. Это могло привести к потере данных, что являлось реальной катастрофой для мощных компьютерных систем. Идея RAID состояла в использовании нескольких дисков для обеспечения избыточности информации и увеличения степени надёжности всей системы.
Изначально технология RAID придумана была для применения в серверных системах, но со временем она стала широко использоваться и в персональных компьютерах. За годы развития технологии RAID появились новые уровни и варианты, что продемонстрировало постоянное совершенствование этой инновационной концепции. Среди них наибольшее распространение получили модели RAID 0, 1, 5, 6 и другие. Целевой задачей этих модификаций было повышение надежности, скорости и эффективности хранения данных.
Базовые уровни модели raid
Технология RAID (Redundant Array of Independent Disks) призвана обеспечить безопасность данных и повысить производительность в системах хранения. Она представляет собой способ организации данных на нескольких независимых дисках, чтобы справиться с отказами и повысить эффективность работы. Каждая модель RAID имеет свои особенности и подходит для определенных требований к производительности и отказоустойчивости.
Raid 0
RAID 0 (Чередование) позволяет увеличить скорость записи и чтения за счет распределения данных между дисками. Он разбивает данные на блоки и записывает их на разные диски. Однако при отказе одного диска данные на нем теряются, а работа продолжается с остальными. Применение данного уровня массива ведет к увеличению общего объема накопителей с соответствующим риском потери данных.
Raid 1
RAID 1 (Зеркальный) является надежной моделью с полным дублированием данных на нескольких дисках. Это позволяет избежать потерь данных при отказе одного диска. Данные дублируются на всех дисках, что обеспечивает сохранность информации. Скоростные показатели в данной системе RAID не улучшаются с увеличением количества дисков, однако повышается надежность массива при добавлении новых дисков.
Raid 2 (устаревший)
RAID 2 (Двойной независимый) направлен на повышение производительности без избыточности данных. В этой модели каждый блок данных записывается на два независимых диска. При выходе из строя одного диска система продолжает работу на другом, но скорость работы снижается. Уровень устарел и был заменен более эффективными вариантами.
Raid 3 (устаревший)
RAID 3 (Стрипирование с четностью) это метод хранения данных, в котором информация распределяется по нескольким дискам с использованием дополнительного диска четности. Данные чередуются на уровне байтов. Благодаря этой системе доступ к данным может осуществляться параллельно с нескольких дисков, что обеспечивает высокую производительность при чтении и записи. Однако, стоит помнить, что информация о четности хранится на одном отдельном диске, что может ограничивать скорость записи.
Raid 4 (устаревший)
RAID 4 (Стрипирование с центральной четностью) - метод хранения данных, при котором информация чередуется между блоками данных и дисками четности. Этот подход позволяет восстановить данные в случае сбоя одного диска, но не более. Для построения RAID 4 необходимо как минимум три диска. Каждый диск имеет свой собственный диск четности, что обеспечивает независимую работу каждого диска. Однако, отсутствие параллельного доступа к информации о четности может привести к ухудшению производительности чтения по сравнению с RAID 3.
Raid 5
RAID 5 (Стрипирование без выделенной четности) предполагает разделение данных на блоки, которые чередуются на нескольких дисках, а информация о четности распределяется по всем дискам. При выходе из строя одного диска данные могут быть восстановлены с использованием информации с других дисков. Однако для восстановления данных требуется больше времени и ресурсов, что сказывается на производительности системы. При использовании этого уровня RAID скорость чтения значительно увеличивается, в то время как скорость записи остается примерно на уровне одного диска. Отказоустойчивость на высоком уровне.
Raid 6
RAID 6 (Двойная четность) является улучшенной версией RAID 5, где информация о четности записывается на двух дисках. Это повышает надежность хранения данных и позволяет системе продолжать работу даже при отказе двух дисков. Однако увеличение количества дисков, на которых хранится информация о четности, приводит к снижению производительности системы из-за необходимости обработки дополнительных данных. Этот уровень RAID также увеличивает скорость чтения, хотя немного уступает из-за резервирования двух дисков для хранения информации о четности. Однако отказоустойчивость в данном случае наивысшая.
Комбинированные уровни
Существуют два популярных вида комбинированных систем хранения данных: RAID 10, известный также как RAID 1+0, и RAID 01, также называемый 0+1. Оба этих типа RAID обеспечивают высокий уровень защиты и хорошую производительность.
Raid 01
RAID 01 представляет собой совмещение RAID 0 и RAID 1. В RAID 0 данные записываются параллельно на два или более дисков, что увеличивает скорость работы системы. RAID 1 обеспечивает дублирование данных для защиты от потери информации. RAID 01 объединяет эти подходы, обеспечивая высокую производительность и защиту данных при использовании двух дисков.
Raid 10
RAID 10 - это комбинация RAID 1 и RAID 0. В RAID 1 данные дублируются на два диска для обеспечения сохранности информации при отказе одного из них. В RAID 0 данные разбиваются на блоки и записываются на несколько дисков для увеличения производительности. RAID 10 объединяет преимущества обеих систем, обеспечивая как защиту данных, так и высокую эффективность работы. Однако для его работы требуется минимум четыре диска.
При выборе между RAID 01 и RAID 10 рекомендуется отдавать предпочтение RAID 10 из-за его более высокой отказоустойчивости.
Нестандартные уровни raid
Существуют также нестандартные уровни RAID, такие как 1e, 7 и DP, предлагающие различные уровни защиты и производительности для хранения данных. Выбор конкретной модели должен определяться требованиями к производительности и надежности системы хранения данных.
Raid 1e
RAID 1E - это улучшенная версия RAID 1, также известная как зеркалирование дисков. В этой конфигурации данные дублируются на двух или более дисках, но в отличие от RAID 1 каждый диск содержит уникальные данные, а не полные копии. Такой подход обеспечивает дополнительный уровень защиты от потери данных, поскольку при отказе одного из дисков информация остается доступной на других дисках. Эта архитектура полезна для приложений, требующих высокой доступности и надежности в случае отказов.
Raid 7
Raid 7 - это метод хранения данных, который обеспечивает повышенную производительность и эффективность по сравнению с другими типами RAID. Он использует алгоритм чередования с контролем четности, который позволяет распределять данные по нескольким дискам и вычислять контрольные суммы для каждого блока данных. Это позволяет системе быстро выявлять и исправлять ошибки, что положительно сказывается на общей производительности системы.
Raid-dp
DP RAID (Double Parity RAID) - это вариация RAID, которая использует два диска для хранения четности. Это позволяет увеличить надежность и защиту данных, так как система может обнаружить и восстановить ошибки на двух уровнях четности. При такой схеме RAID обычно используется два диска для данных и два диска для четности, обеспечивая высокий уровень защиты от потери информации.
Аппаратные raid-контроллеры
Аппаратные RAID-контроллеры играют ключевую роль в организации хранения информации, особенно в серверных средах и высокопроизводительных системах. Они не только обеспечивают надежное и эффективное хранение данных, но и предлагают обширный набор функций для обеспечения безопасности и доступности информации. В данной публикации мы проследим основополагающие черты аппаратных RAID-контроллеров, выявим их плюсы и минусы.
Аппаратный RAID-контроллер – это специализированное устройство, занимающееся аппаратной реализацией технологии RAID (Redundant Array of Independent Disks). Эта технология позволяет объединить несколько жестких дисков в один массив, который обеспечивает улучшенную производительность, большую емкость и повышенный уровень защиты данных. С помощью аппаратных RAID-контроллеров происходит эффективная обработка информации, а также создание различных уровней RAID, таких как RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 6 и другие.
Мы подготовили для вас небольшой список контроллеров под различные задачи. Список состоит из контроллеров ведущих мировых производителей Avago(Broadcom) и Adapec(MicroSemi).
Начальный уровень - преимущественная работа с HDD на интерфейсах до 6Gb/s, допускаются смешанные нагрузки на SATA SSD.
| Наименование контроллера | Объем кэш памяти | Поддержка интерфейсов | Тип резервирования |
| LSI RAID 9271-8i | 1 Гб DDR-III (DDR3-1333) | SAS 6 Gb/s, SATA 6GB/s | LSICVM01 с суперконденсатором |
| Adaptec RAID ASR-7805 | 1GB DDR-III | SAS 6 Gb/s, SATA 6GB/s | AFM 700 с суперконденсатором |
Базовый уровень - работа с современными SAS HDD и SSD. Интенсивные нагрузки, кэширование. Одновременная эксплуатация сразу нескольких массивов.
| Наименование контроллера | Объем кэш памяти | Поддержка интерфейсов | Тип резервирования |
| Adaptec RAID ASR-8805 | 1 Гб DDR3 | SAS 12 Gb/s, SATA 6GB/s | AFM 700 с суперконденсатором |
| LSI RAID 9361-8i 1Gb | 1 Гб DDR-III (DDR3-1866) | SAS 12 Gb/s, SATA 6GB/s | LSICVM02 1GB с суперконденсатором |
Продвинутый уровень - сверхинтенсивные нагрузки на дисковую подсистему. Работа с большими базами данных.
| Наименование контроллера | Объем кэш памяти | Поддержка интерфейсов | Тип резервирования |
| LSI RAID 9361-8i 2Gb | 2 Гб DDR-III (DDR3-1866) | SAS 12 Gb/s, SATA 6GB/s | LSICVM02 2GB с суперконденсатором |
| Broadcom MegaRAID 9560-16i | 8 Гб DDR4 (DDR4-2666) |
NVMe, SAS 12 Gb/s, SATA 6GB/s | Broadcom CVPM05(суперконденсатор) |
Дополнительные функции raid-контроллеров
Контроллеры RAID предлагают обширные возможности, что делает их идеальным выбором для корпоративных и серверных систем, нуждающихся в надежных и масштабируемых решениях для хранения данных.
- Контроллер RAID должен поддерживать разнообразные уровни RAID, чтобы удовлетворить различные потребности в хранении данных и уровни избыточности.
- RAID-массив должен быть способен к автоматическому восстановлению после отказов дисков, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации.
- Контроллеры RAID должны обеспечивать горячую замену дисков для упрощения процесса обслуживания и замены дисков без простоя системы.
- Современные контроллеры RAID также должны поддерживать использование крупногабаритных дисков с высокой емкостью и увеличенной скоростью передачи данных.
- Некоторые контроллеры RAID предлагают функцию мониторинга состояния дисков, которая помогает определить начало выхода из строя дисков, позволяя заблаговременно заменить их.
- Многие контроллеры RAID сегодня поддерживают твердотельные накопители (SSD), что обеспечивает повышенную производительность и снижает стоимость хранения данных.
- Некоторые контроллеры предоставляют дополнительные функции управления энергопотреблением, что позволяет настроить потребление энергии и увеличить срок службы батарей в системах с батарейным питанием.
- Некоторые контроллеры имеют встроенные сетевые функции, такие как управление iSCSI и Fibre Channel, что упрощает настройку и управление сетевыми RAID-массивами.
- RAID-контроллеры могут быть интегрированы с системами виртуализации, такими как VMware и Hyper-V, что позволяет легко и эффективно управлять RAID-массивами в виртуализированных средах.
Сравнение уровней raid
Выбор наилучшего уровня RAID зависит от требований к производительности, безопасности данных и общей емкости хранилища. В зависимости от размера и потребностей компании можно определить оптимальный уровень RAID.
Давайте рассмотрим основные уровни RAID:
RAID 0 - это уровень без избыточности, который объединяет несколько дисков для повышения производительности за счет отсутствия избыточности. Этот уровень обеспечивает высокую скорость передачи данных, однако не обеспечивает защиту от потери данных.
RAID 1 - это зеркальное отображение данных на двух или более дисках, что позволяет дублировать данные для обеспечения защиты от потерь. Однако это уменьшает общую емкость хранилища вдвое.
RAID 5 - использует один диск для проверки четности и остальные диски для хранения данных, обеспечивая защиту от потери одного диска и увеличивая емкость по сравнению с RAID 1. Однако запись данных может занять больше времени из-за обновления контроля четности.
RAID 6 - аналогичен RAID 5, но с двойной проверкой четности для защиты от потери двух дисков. Это снижает производительность и общую емкость хранилища.
RAID 10 (или RAID 50) - сочетает в себе RAID 0 и RAID 1 (или RAID 5) для обеспечения высокой производительности с защитой от потери дисков. Однако он также уменьшает общую емкость на половину или на столько, сколько используется уровней RAID 5.
Программный raid
Программный RAID – это комплект программных средств, которые устанавливаются на сервере или компьютере и обеспечивают возможность создания и управления RAID-массивами. Они включают в себя функции, такие как зеркалирование дисков, чередование данных, распределение нагрузки и другие.
Преимущества программных RAID конфигураций включают в себя следующее:
- Простота настройки и использования: обычно имеют простой и интуитивно понятный интерфейс, который позволяет пользователям легко создавать и управлять своими RAID-массивами.
- Гибкость: обеспечивают возможность создания RAID-массивов различных типов и размеров, что делает их универсальными для различных потребностей.
- Низкая стоимость: зачастую SW RAID более доступные по цене, чем аппаратные RAID-контроллеры. Это может быть важным аспектом для пользователей, стремящихся сэкономить на затратах на оборудование.
- Масштабируемость: способны масштабироваться для поддержки большого количества дисков и RAID-массивов, что делает их идеальными для как крупных, так и небольших систем.
- Совместимость: совместимы с большинством операционных систем и серверов, что обеспечивает возможность использования их в различных сценариях.
Вместе с тем, программные RAID конфигурации обладают и недостатками:
- Эффективность: возможно, что они будут менее производительными по сравнению с железными RAID-контроллерами, поскольку для выполнения операций RAID используются ресурсы процессора.
- Сложности восстановления данных: в случае сбоя диска или другого аппаратного сбоя процесс восстановления данных может быть затруднительным, поскольку все операции RAID выполняются программным обеспечением.
- Зависимость от операционной системы: работоспособность программных RAID решений зависит от стабильности и надежности операционной системы, в которой они используются. Проблемы с операционной системой могут негативно сказаться на работе RAID-массива.
В общем, программные RAID представляют собой привлекательный выбор для пользователей, которым требуется гибкость, масштабируемость и простота использования RAID-систем. Тем не менее, если требуется высокая производительность и надежность, целесообразно отдать предпочтение железным RAID-контроллерам.
Дальнейшее развитие идеи raid
1. Концепция RAID-контроллеров, то есть устройств, обеспечивающих сохранность данных и защищенность в системах хранения, продолжает активно эволюционировать в различных направлениях. Постижение улучшенной производительности непрерывно ставится во главу угла для производителей RAID-контроллеров, которые постоянно совершенствуют их функциональность путем оптимизации как аппаратных, так и программных компонентов.
- Это включает в себя повышение скорости передачи данных, расширение возможностей по количеству поддерживаемых дисков, а также увеличение числа дисков, возможных для включения в единый RAID-массив.
- Другим важным аспектом является повышение надежности системы хранения данных. Это достигается путем использования более совершенных RAID-алгоритмов и улучшения качества компонентов RAID-контроллера, таких как накопители и контроллеры.
- Поддержка разнообразных уровней RAID остается в фокусе внимания RAID-контроллеров, что включает в себя RAID 0 (полосовое разделение), RAID 1 (зеркальное отражение), RAID 5 (паритетная проверка), RAID 6 (двойная паритетность) и другие. Каждый из данных уровней имеет свои плюсы и минусы относительно производительности, надежности и стоимости.
- Интеграция с другими технологиями хранения данных также играет значимую роль для RAID-контроллеров. Взаимодействие с технологиями, такими как кэширование SSD, дедупликация и сжатие данных, предоставляет возможность увеличить производительность и оптимизировать использование дискового пространства.
- Важным направлением развития RAID-контроллеров является обеспечение масштабируемости и гибкости систем хранения данных. Производители стремятся к созданию устройств, способных работать со всё более объемными и сложными массивами, а также быть готовыми к быстрой интеграции новых устройств без существенных изменений в структуре хранения.
- Современные RAID-контроллеры также активно интегрируются с облачными хранилищами данных, предлагая более надежные и безопасные методы передачи и хранения информации в облаке. Это позволяет пользователям создавать гибридные хранилища данных, объединяя локальные и облачные ресурсы для оптимального уровня доступности и защиты.
- Развитие технологии RAID не стоит на месте, постоянно внедряя новые методы защиты данных и оптимизации производительности. Спрос на RAID-контроллеры сохраняется благодаря их эффективности и надежности в критически важных системах, где хранение данных играет ключевую роль для бизнес-процессов и безопасности информации.
- Работа с актуальными U.2 и U.3 накопителями на протоколе NVMe(PCI-E). Поддержка PCI-E Switch(экспандеров) для серверов с высокой плотностью дискового пространства.
Концепция Raid-контроллеров продолжает активно развиваться, обеспечивая высокую производительность, надежность и эффективность хранения данных в современных вычислительных и облачных решениях.
Недостатки raid
Контроллеры массива RAID представляют собой важные компоненты для систем хранения данных, работающих на технологии RAID. Они обеспечивают избыточность данных и повышают производительность системы путем объединения нескольких жестких дисков в логический диск.
Одним из главных недостатков RAID-контроллеров является их стоимость. Обычно RAID-контроллеры дороже, чем отдельные жесткие диски, и их приобретение может быть дорогостоящим для малого и среднего бизнеса. Более того, при отказе RAID-контроллера все данные на дисках становятся недоступными, что может привести к серьезным потерям информации.
Еще одним недостатком является сложность настройки и технического обслуживания. Если у вас нет опыта работы с массивами RAID, вам может потребоваться помощь специалиста для правильной конфигурации и устранения возможных проблем.
Также важно учитывать, что некоторые RAID-контроллеры могут быть несовместимы с определенными моделями жестких дисков или операционными системами, что может ограничить их применение.
Помимо этого, нужно знать, что только “относительно современные” RAID контроллеры поддерживают диски U.2 и U.3. Большинство доступных контроллеров довольствуются поддержкой SAS3 12 Gb/s и SATA 6 Gb/s.
Аппаратные контроллеры с поддержкой NVMe дисков:
LSI RAID 9460-16i - подойдет для подключения PCI-E 3.0 дисков. Дает возможность подключения до 4-х накопителей напрямую и до 24-х штук через экспандеры. Обладает 4GB кеш памяти для ускорения операций ввода-вывода.
LSI RAID 9560-16i - идейное продолжение предшественника. Работает с дисками PCI-E 4.0. Поддерживает до 4-х дисков в рамках прямого подключения и до 32-х через расширители(PCI-E Switch). Имеет на борту уже 8GB памяти, что существенно улучшает его производительность.
Коррелированные сбои
Коррелированные сбои в RAID-массивах являются неприятным явлением, при котором несколько дисков отказывают одновременно из-за общего источника проблемы. Это может произойти, если контроллер RAID или диски испытывают одинаковые негативные воздействия, такие как сбой питания или другие причины, приводящие к синхронным отказам. Такая ситуация создает угрозу для целостности данных, поскольку потеря одного диска повышает риск потери информации и для других дисков в массиве.
Несовместимость конфигураций
Важно отметить, что не все RAID-контроллеры совместимы между собой или с другими компонентами системы хранения данных. Различия в производительности, поддерживаемых уровнях RAID или других характеристиках могут вызвать проблемы совместимости и внести путаницу в работу RAID-массива. Неправильная конфигурация или неподходящий выбор контроллера RAID может привести к ошибкам работы или снижению производительности системы.
Заключение
Raid-контроллеры играют важную роль в современных системах хранения данных, обеспечивая надежность, скорость и защиту информации. Использование правильно сконфигурированного контроллера позволяет повысить производительность и улучшить отказоустойчивость хранилища. Поэтому выбор подходящего Raid-контроллера и его настройка являются ключевыми аспектами при построении эффективной системы хранения данных.
