Podstawowe informacje o systemach RAID

Podstawowe informacje o systemach RAID

Co miałbyś zrobić w przypadku, gdy uznasz wydajność swojego dysku twardego lub bezpieczeństwo przechowywanych na nim plików za niesatysfakcjonujące? Prostą odpowiedzią byłoby: ?kup bardziej wydajny lub bardziej niezawodny dysk?. Niestety sprawa się komplikuje w momencie, w którym dotrze do nas, że nie jesteśmy w stanie wejść w posiadanie takich nośników (np. dysku półprzewodnikowego 1TB). W takim przypadku zbawczy okazuje się system RAID, czyli nadmiarowa macierz niezależnych dysków (ang. Redundant Array of Independent Disks). Czym jest właściwie RAID? Jaki typ macierzy mam wybrać? Jak zbudować RAID? Jaka ilość dysków jest wskazana przy poszczególnych typów systemów RAID?

W tym przewodniku postaram się odpowiedzieć na powyższe pytania i wszystkie wnioski poprę testami. Opiszę zasady działania i konstrukcje macierzy RAID 0, 1, 1E, 5, 5EE, 6, 10, ale również RAID 5E i połączenie dysków typu JBOD. Przedstawiam wam kompendium wiedzy o macierzach RAID.

Pamięć masowa RAID jest technologią, która pozwala na połączenie wielu fizycznych dysków w jedną lub więcej jednostek arytmetyczno-logicznych. Każda z tych jednostek będzie widniała w systemie jako pojedynczy dysk, a forma zapisywania danych na dyskach macierzy będzie określona przez jej poziom. O poziomie macierzy świadczy liczba znajdująca się za akronimem RAID, czyli np. poziom macierzy RAID 10 to 10. Każdy rodzaj macierzy cechuje inny balans między jej dwoma głównymi zadaniami: zwiększeniem niezawodności i bezpieczeństwa przechowywanych danych oraz przyspieszeniem prędkości zapisu i odczytu, czyli polepszeniem wydajności.

Najpopularniejsze poziomy RAID to:

• RAID 0 (stripping) ? Łączy dyski w celu zwiększenia ich wydajności
• RAID 1 (lustrzany) ? Replikacja dysków (zazwyczaj ograniczona do dwóch)
• RAID 5 ? RAID 0 z danymi parzystości, które są zapisywane na całej macierzy, co zwiększa bezpieczeństwo
• RAID 10 ? w skrócie jest to macierz RAID 0 stworzona z dwóch macierzy RAID 1

Oprócz głównego system podziału macierzy RAID ze względu na ich poziomy, klasyfikuje się je również biorąc pod uwagę sposób ich implementacji. Występują trzy rodzaje implementacji systemów RAID: programowy, sprzętowy i przy użyciu sterowników/firmware. Programowa macierz RAID (Soft RAID), jak sama nazwa wskazuje, jest implementowana przy pomocy oprogramowania. Jako, że jest ono kompatybilne z większością systemów operacyjnych, przy użyciu Windows 7 Professional będziesz w stanie utworzyć RAID 0, RAID 1 czy też JBOD.

Posiadając serwerową wersję tego Windowsa będziesz mógł również utworzyć RAID 5, którego główną zaletą jest jego standardowy format zapisu danych (często otwarte), co ci umożliwi migrację na inne systemy kompatybilne z tym formatem. Dodatkowo takie RAID jest niezależne od istniejącego sprzętu i pozwala na korzystanie używanie różnych magistrali (takich jak SATA, SCSI, USB) w pojedynczej macierzy. Wadami implementacji macierzy przy pomocy oprogramowania może być mała wydajność podczas wykonywania przez procesor komputera złożonych obliczeń (takich jak w przypadku RAID 6) oraz to, że partycja rozruchowa systemu operacyjnego nie powinna, a nawet nie może, należeć do macierzy.

Niemożności rozruchu systemu operacyjnego z zaimplementowanej za pomocą oprogramowania macierzy można uniknąć. Należy w związku z tym zaimplementować RAID używając kontrolera macierzy dyskowych. Wtedy wszystkie obliczenia macierzy będą wykonywane na specjalistycznym procesorze, który ma za zadanie zwiększyć jej wydajność. Macierze utworzone przy pomocy przeznaczonych do tego kontrolerów są całkowicie niewidoczne dla systemu. Czasami można dzięki temu łączyć standardowe typy nośników. Macierze sprzętowe z górnej pułki natomiast korzystają z pamięci podręcznej, zwiększając w ten sposób przepływność.

Pamięć tego typu może być również wyposażona w akumulator mający na celu zapobiegnięcie utraty danych w wypadku wystąpienia awarii zasilania. Jakość niektórych kontrolerów może również zostać podniesiona dzięki modułom zwiększającym wydajność IOPS, a zabieg ten jest coraz popularniejszy w przypadku macierzy SSD. Jeśli chodzi o wady takich macierzy to na pewno za jedną można uznać występowanie różnego formatu danych w zależności od nie tylko producenta, lecz także kontrolera. Zmniejsza to wachlarz metod odzyskiwania danych, z których korzystałoby się w przypadku uszkodzenia kontrolera. Kolejną istotnym zniechęcającym aspektem specjalistycznych kontrolerów jest ich wysoka cena (zwłaszcza tych wyposażonych w pamięć podręczną i akumulator).

Odzyskiwanie danych przez MiP Data Recovery & Forensic, całodobowo przez cały tydzień, odzyskiwanie danych z macierzy i dysków twardych.

Formę implementacji macierzy RAID, która następnie będzie omawiana, można określić jako mieszanina dwóch poprzednich rozwiązań. Mowa tu o macierzy potocznie zwanej ?Fake? RAID, która jest obecna na wszelkich rodzajach płyt głównych, lecz także na tzw. ?kontrolerach RAID?, czyli tanich specjalistycznych kartach rozszerzeń. Kontrolery te jednak nie są wyposażone w specjalistyczne procesory, tak więc jakikolwiek rodzaj obliczeń (nawet parzystości w RAID 5) będzie wykonywany przy użyciu procesora twojego komputera. Większość z nich stanowią zwyczajne kontrolery dysków, które zostały zmodernizowane dzięki specjalnemu firmware obsługującemu matryce. By używać tego kontrolera, w systemie operacyjnym należy zainstalować odpowiednie sterowniki.

Powyższe aspekty można z pewnością uznać za wady tego typu macierzy, lecz ma on również zalety. Plusami tej macierzy jest jej cena, która jest zdecydowanie niższa w porównaniu do tej sprzętowej. Pozytywami są również zależna od używanego oprogramowania RAID większa ilość dostępnych poziomów oraz, jeśli się ma zainstalowane odpowiednie sterowniki, możliwość uruchamiania systemu z tego typu macierzy.

W przypadku systemu Windows, kosztowniej by wyszło sprawinie sobie droższej wersji pozwalającej na obsługiwanie macierzy implementowanych programowo, niż lepszego modelu płyty głównej kompatybilnej z ?Fake? RAID.

Warto jeszcze wspomnieć o dyskach zapasowych typu ?hot-spare?, które są wykorzystywane przez macierze programowe i sprzętowe. Nośniki te, choć znajdują się w macierzy, nie są aktywne, aby w przypadku awarii jednego z dysków macierzy takich jak RAID 5 został on zastąpiony zapasowym, a kontroler rozpoczął natychmiastową odbudowę systemu.

Dysk ?hot-spare? w zależności od kontrolera może być globalny. To znaczy, że może być uniwersalny lub przeznaczony dla danej macierzy. Ważne jest by nie mylić redundantnych macierzy z kopiami zapasowymi, ponieważ w przypadku nieszczęścia takiego jak pożar mogą zostać zniszczone wszystkie dyski w systemie. W takich okolicznościach, jedyną deską ratunku może być kopia zapasowa przechowywana gdzieś z dala w bezpiecznym miejscu (np. na serwerze).