RAID (Redundant Array of Independent Disks, избыточный массив независимых дисков) — технология объединения нескольких физических накопителей в единую логическую систему хранения для повышения отказоустойчивости, производительности или сочетания этих характеристик. Данные распределяются между дисками по определенной схеме, которая зависит от выбранного уровня RAID.
RAID применяется в серверах, системах хранения данных (СХД), NAS и другой IT-инфраструктуре. При использовании уровней с избыточностью выход из строя одного или нескольких накопителей не обязательно приводит к потере данных или немедленной остановке системы.
Как работает RAID
RAID-контроллер или программный механизм представляет несколько накопителей операционной системе как единое логическое устройство. Данные между дисками могут распределяться с помощью трех основных принципов:
- Чередование (striping) — данные разбиваются на блоки и распределяются между несколькими дисками. Это позволяет выполнять операции параллельно и повышать производительность.
- Зеркалирование (mirroring) — одинаковые данные записываются на несколько накопителей. При отказе одного диска сохраняется другая копия.
- Контроль четности (parity) — вместе с данными хранится дополнительная информация, позволяющая восстановить содержимое отказавшего накопителя.
Различные уровни RAID используют один или несколько этих механизмов.
Основные уровни RAID
RAID 0
RAID 0 использует чередование данных между двумя или более дисками без создания избыточности. Преимущества:
- высокая скорость чтения и записи
- использование практически всей суммарной емкости накопителей
Главный недостаток — отсутствие отказоустойчивости. Выход из строя одного диска может сделать данные всего массива недоступными.
RAID 1
RAID 1 основан на зеркалировании. Одинаковые данные записываются как минимум на два накопителя.
Такой массив способен продолжить работу при отказе одного диска в зеркальной паре. Однако для хранения копии требуется дополнительная емкость: при двух одинаковых накопителях полезный объем обычно соответствует емкости одного из них.
RAID 5
RAID 5 использует чередование данных и распределенную четность. Для создания массива необходимо не менее трех дисков.
Он позволяет сохранить данные при отказе одного накопителя. Полезная емкость при использовании одинаковых дисков приблизительно соответствует суммарному объему всех накопителей за вычетом емкости одного.
RAID 6
RAID 6 похож на RAID 5, но использует двойную распределенную четность. Для массива требуется не менее четырех дисков.
Такой RAID способен выдержать одновременный отказ двух накопителей. За дополнительную защиту приходится платить большей потерей полезной емкости и дополнительной нагрузкой при операциях записи.
RAID 10
RAID 10 (RAID 1+0) сочетает зеркалирование и чередование. Обычно для его создания требуется минимум четыре диска.
Данные сначала защищаются зеркалированием, а затем распределяются между зеркальными группами. RAID 10 обеспечивает высокую производительность и отказоустойчивость, но значительная часть общей дисковой емкости используется для хранения копий.
Чем отличаются основные уровни RAID
Кратко особенности наиболее распространенных конфигураций можно представить следующим образом:
- RAID 0 — высокая производительность, но нет защиты от отказа диска; минимум 2 накопителя
- RAID 1 — зеркалирование и защита при отказе одного накопителя в зеркальной паре; минимум 2 диска
- RAID 5 — распределенная четность и устойчивость к отказу одного накопителя; минимум 3 диска
- RAID 6 — двойная четность и устойчивость к отказу двух накопителей; минимум 4 диска
- RAID 10 — сочетание зеркалирования и чередования; минимум 4 диска
Выбор уровня зависит от требований к производительности, полезной емкости, стоимости хранения и допустимого количества отказов.
Аппаратный и программный RAID
По способу реализации RAID можно разделить на два основных типа.
Аппаратный RAID управляется специализированным контроллером. Он берет на себя операции распределения данных, контроля состояния массива и восстановления после отказов. Некоторые контроллеры оснащаются собственной памятью и средствами защиты кэша.
Программный RAID реализуется средствами операционной системы или другого программного обеспечения и использует вычислительные ресурсы сервера.
Оба варианта могут применяться в корпоративной инфраструктуре. Выбор зависит от требований к производительности, стоимости, функциональности, управлению и архитектуре системы.
Что происходит при отказе диска
Поведение массива зависит от уровня RAID. В конфигурациях с избыточностью отказ допустимого количества накопителей переводит массив в деградированное состояние (degraded mode). Данные остаются доступными, но уровень защиты снижается, а производительность в некоторых случаях может ухудшиться.
После замены неисправного накопителя выполняется rebuild — восстановление данных на новом диске с использованием зеркальной копии или информации о четности.
Во время rebuild массив испытывает дополнительную нагрузку. Если до завершения восстановления произойдет больше отказов, чем допускает конкретный уровень RAID, данные могут стать недоступными или быть потеряны.
RAID и резервное копирование
RAID не является резервным копированием. Его основная задача — обеспечить устойчивость системы хранения к определенным отказам накопителей и, в зависимости от конфигурации, повысить производительность. RAID не защищает от многих других угроз:
- случайного удаления файлов
- повреждения данных приложением
- вредоносного ПО
- ошибок администратора
- повреждения всего массива или контроллера
- пожара, затопления и других аварий
- потери оборудования
Если пользователь удалит файл, изменение будет применено к массиву независимо от наличия избыточности. Поэтому RAID должен использоваться вместе с резервным копированием и, при необходимости, другими средствами защиты и аварийного восстановления.
Как выбрать уровень RAID
Выбор зависит от назначения системы и требований к данным. Необходимо учитывать:
- требуемую производительность чтения и записи
- допустимое количество одновременно отказавших дисков
- объем полезного дискового пространства
- количество и емкость накопителей
- время восстановления массива
- характер нагрузки
- требования к доступности данных
Например, для задач, где критична скорость и потеря данных допустима, может использоваться RAID 0. Для систем, где необходим баланс между емкостью и отказоустойчивостью, применяются RAID 5 или RAID 6. RAID 10 востребован в сценариях, где важны одновременно производительность и устойчивость к отказам.