Který RAID je spolehlivější?

Návštěvníci fóra se nás ptají na otázku: “Která úroveň RAID je nejspolehlivější?” Každý ví, že nejběžnější úrovní je RAID5, ale neobejde se bez vážných nedostatků, které nejsou pro laiky zřejmé.

RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 10 nebo jaké jsou úrovně RAID?
V tomto článku se pokusím charakterizovat nejoblíbenější úrovně RAID a následně formulovat doporučení pro použití těchto úrovní. Pro ilustraci článku jsem vytvořil diagram, ve kterém jsem tyto úrovně umístil do trojrozměrného prostoru spolehlivosti, výkonu a nákladové efektivity.
JBOD (Just a Bunch of Disks) je jednoduché propojování pevných disků, které formálně není úrovní RAID. Svazek JBOD může být pole jednoho disku nebo agregace více disků. Řadič RAID nemusí pro provoz takového svazku provádět žádné výpočty. V našem diagramu slouží disk JBOD jako „jeden“ neboli výchozí bod – jeho spolehlivost, výkon a náklady jsou stejné jako u jednoho pevného disku.

RAID 0 („Striping“) nemá žádnou redundanci a okamžitě distribuuje informace na všechny disky v poli ve formě malých bloků („proužků“). Výkon se díky tomu výrazně zvyšuje, ale spolehlivost trpí. Stejně jako u JBOD dostáváme za své peníze 100 % kapacity disku.

Dovolte mi vysvětlit, proč se spolehlivost ukládání dat na libovolném složeném svazku snižuje – protože pokud některý z pevných disků v něm obsažených selže, všechny informace jsou zcela a nenávratně ztraceny. V souladu s teorií pravděpodobnosti se matematicky spolehlivost svazku RAID0 rovná součinu spolehlivosti disků, z nichž každý je menší než jedna, takže celková spolehlivost je zjevně nižší než spolehlivost jakéhokoli disku.

Dobrá úroveň je RAID 1 („Mirroring“, „mirror“). Má ochranu proti selhání poloviny dostupného hardwaru (obecně jeden ze dvou pevných disků), poskytuje přijatelnou rychlost zápisu a zvyšuje rychlost čtení díky paralelizaci požadavků. Nevýhodou je, že musíte zaplatit cenu dvou pevných disků, abyste získali použitelnou kapacitu jednoho pevného disku.

Zpočátku se předpokládá, že pevný disk je spolehlivá věc. Podle toho se pravděpodobnost selhání dvou disků najednou rovná (podle vzorce) součinu pravděpodobností, tzn. řádově nižší! Bohužel, skutečný život není teorie! Dva pevné disky jsou odebrány ze stejné dávky a fungují za stejných podmínek, a pokud jeden z disků selže, zátěž na zbývajícím se zvýší, takže v praxi, pokud jeden z disků selže, je třeba přijmout naléhavá opatření k obnovení nadbytečnost. K tomu se doporučuje používat HotSpare horké náhradní disky s libovolnou úrovní RAID (kromě nuly). Výhodou tohoto přístupu je zachování stálé spolehlivosti. Nevýhodou jsou ještě vyšší náklady (tedy náklady na 3 pevné disky pro uložení objemu jednoho disku).

Zrcadlo na mnoha discích je úroveň RAID 10 Při použití této úrovně jsou zrcadlené páry disků uspořádány do „řetězce“, takže výsledný svazek může přesáhnout kapacitu jednoho pevného disku. Výhody a nevýhody jsou stejné jako u úrovně RAID1. Stejně jako v jiných případech se doporučuje zahrnout HotSpare horké náhradní disky do pole v poměru jeden náhradní na každých pět pracovníků.

RAID 5 je skutečně nejoblíbenější z úrovní, a to především díky své nákladové efektivitě. Obětováním kapacity pouze jednoho disku z pole pro redundanci získáme ochranu proti selhání kteréhokoli z pevných disků svazku. Zápis informací na svazek RAID5 vyžaduje další zdroje, protože jsou nutné další výpočty, ale při čtení (ve srovnání se samostatným pevným diskem) je zisk, protože datové toky z několika diskových polí jsou paralelizovány.

Nevýhody RAID5 se objevují, když jeden z disků selže – celý svazek přejde do kritického režimu, všechny operace zápisu a čtení jsou doprovázeny dalšími manipulacemi, výkon prudce klesá a disky se začínají zahřívat. Pokud neprovedete okamžitou akci, můžete ztratit celý svazek. Proto (viz výše) byste rozhodně měli používat Hot Spare disk se svazkem RAID5.

Kromě základních úrovní RAID0 – RAID5 popsaných ve standardu existují kombinované úrovně RAID10, RAID30, RAID50, RAID15, které jsou různými výrobci interpretovány různě.

Podstata takových kombinací je stručně následující. RAID10 je kombinace jedničky a nuly (viz výše). RAID50 je kombinací „0“ svazků úrovně 5. RAID15 je „zrcadlem“ „pětky“. A tak dále.

Kombinované úrovně tedy zdědí výhody (a nevýhody) svých „rodičů“. Vzhled „nuly“ v úrovni RAID 50 tedy vůbec nepřidává na spolehlivosti, ale má pozitivní vliv na výkon. RAID 15 je možná velmi spolehlivý, ale není nejrychlejší a navíc extrémně plýtvá (použitelná kapacita svazku je menší než polovina velikosti původního diskového pole).

RAID 6 se od RAID 5 liší tím, že každý řádek dat (v angličtině stripe) má ne jeden, ale dva bloky kontrolních součtů. Kontrolní součty jsou „multidimenzionální“, tzn. nezávisle na sobě, takže i výpadek dvou disků v poli umožňuje zachránit původní data. Výpočet kontrolních součtů metodou Reed-Solomon vyžaduje oproti RAID5 intenzivnější výpočty, dříve se tedy šestá úroveň prakticky nepoužívala. Nyní je podporováno mnoha produkty, protože začali instalovat specializované mikroobvody, které provádějí všechny potřebné matematické operace.

Podle některých studií končí obnova integrity po selhání jediného disku na svazku RAID5 složeném z velkých SATA disků (400 a 500 gigabajtů) ztrátou dat v 5 % případů. Jinými slovy, v jednom případě z dvaceti může během regenerace pole RAID5 na disk Hot Spare selhat druhý disk. Proto doporučení nejlepších ovladačů RAID: 1) vždy si vytvářejte záložní kopie; 2) použijte RAID6!

Nedávno se objevily nové úrovně RAID1E, RAID5E, RAID5EE. Písmeno „E“ v názvu znamená Enhanced.

RAID level-1 Enhanced (RAID level-1E) kombinuje zrcadlení a prokládání dat. Tato směs úrovní 0 a 1 je uspořádána následovně. Data v řádku jsou distribuována přesně jako v RAID 0. To znamená, že datový řádek nemá žádnou redundanci. Následující řádek datových bloků kopíruje předchozí s posunem o jeden blok. Stejně jako ve standardním režimu RAID 1 má tedy každý datový blok zrcadlovou kopii na jednom z disků, takže užitečný objem pole se rovná polovině celkového objemu pevných disků obsažených v poli. RAID 1E vyžaduje k provozu kombinaci tří nebo více disků.

Velmi se mi líbí úroveň RAID1E. Pro výkonnou grafickou pracovní stanici nebo dokonce pro domácí počítač – nejlepší volba! Má všechny výhody nulté a první úrovně – vynikající rychlost a vysokou spolehlivost.

Pojďme nyní k RAID level-5 Enhanced (RAID level-5E). To je stejné jako RAID5, pouze s náhradním diskem zabudovaným v poli. Tato integrace se provádí následovně: na všech discích pole je ponechána 1/N část prostoru volná, která se použije jako hot náhradní v případě, že některý z disků selže. Díky tomu vykazuje RAID5E spolu se spolehlivostí i lepší výkon, protože čtení/zápis probíhá paralelně z většího počtu disků současně a náhradní disk není nečinný jako u RAID5. Záložní disk zahrnutý ve svazku samozřejmě nelze sdílet s jinými svazky (vyhrazené vs. sdílené). Svazek RAID 5E je postaven na minimálně čtyřech fyzických discích. Užitečný objem logického svazku se vypočítá pomocí vzorce N-2.

RAID level-5E Enhanced (RAID level-5EE) je podobný RAID level-5E, ale má efektivnější přidělování náhradních disků a v důsledku toho rychlejší dobu obnovy. Stejně jako úroveň RAID5E i tato úroveň RAID rozděluje bloky dat a kontrolní součty do řádků. Ale také distribuuje volné bloky náhradních disků a nerezervuje pouze část místa na disku pro tyto účely. Tím se zkracuje čas potřebný k rekonstrukci integrity svazku RAID5EE. Záložní disk zahrnutý ve svazku nelze sdílet s jinými svazky – jako v předchozím případě. Svazek RAID 5EE je postaven na minimálně čtyřech fyzických discích. Užitečný objem logického svazku se vypočítá pomocí vzorce N-2.

Kupodivu jsem na internetu nenašel žádnou zmínku o úrovni RAID 6E – takovou úroveň zatím žádný výrobce nenabízí a ani nehlásí. Ale úroveň RAID6E (nebo RAID6EE?) může být nabízena podle stejného principu jako předchozí. HotSpare disk musí doprovázet jakýkoli svazek RAID, včetně RAID 6. Samozřejmě neztratíme informace, pokud jeden nebo dva disky selžou, ale je nesmírně důležité začít s regenerací integrity pole co nejdříve, aby bylo možné rychle systém mimo „kritický“ režim. Vzhledem k tomu, že potřeba Hot Spare disku je pro nás nepochybná, bylo by logické jít dále a „rozšířit“ jej tak, jak se to dělá v RAID 5EE, abychom získali výhody použití většího počtu disků (lépe čtených -rychlost zápisu a rychlejší obnovení integrity).

Úroveň
~~~~~~~ Redundance Využití kapacity disku Výkon čtení Výkon zápisu Vestavěný náhradní disk Min. počet disků Max. počet disků
RAID 0 ne 100 % Vynikající Vynikající ne 1 16
RAID 1 + 50 % Chorus + Chorus + žádný 2 2
RAID 10 + 50 % Chorus + Chorus + žádný 4 16
RAID 1E + 50 % Chorus + Chorus + žádný 3 16
RAID 5 + 67-94 % Vynikající Dobrý ne 3 16
RAID 5E + 50-88 % Vynikající sbor + 4 16
RAID 5EE + 50-88 % Vynikající sbor + 4 16
RAID 6 + 50-88 % Vynikající Dobrý ne 4 16
RAID 00 ne 100 % Vynikající Vynikající ne 2 60
RAID 1E0 + 50 % Chorus + Chorus + žádný 6 60
RAID 50 + 67-94 % Vynikající Dobrý ne 6 60
RAID 15 + 33-48 % Vynikající Dobrý ne 6 60

Všechny úrovně „zrcadlení“ jsou RAID 1, 1+0, 10, 1E, 1E0.

Pokusme se znovu důkladně pochopit, jak se tyto úrovně liší?

RAID 1.
Jedná se o klasické „zrcadlo“. Dva (a pouze dva!) pevné disky fungují jako jeden a jsou úplnou kopií jednoho druhého. Selhání kteréhokoli z těchto dvou disků nemá za následek ztrátu vašich dat, protože řadič pokračuje v provozu na zbývajícím disku. RAID1 v číslech: XNUMXx redundance, XNUMXx spolehlivost, XNUMXx náklady. Výkon zápisu je ekvivalentní výkonu jednoho pevného disku. Výkon čtení je vyšší, protože řadič může distribuovat operace čtení mezi dva disky.

RAID 10.
Podstatou této úrovně je, že disky pole jsou po párech kombinovány do „zrcadlovek“ (RAID 1) a poté jsou všechny tyto zrcadlové páry sloučeny do společného pruhovaného pole (RAID 0). To je důvod, proč se někdy označuje jako RAID 1+0. Důležitým bodem je, že v RAID 10 můžete kombinovat pouze sudý počet disků (minimálně 4, maximálně 16). Výhody: spolehlivost se dědí od „zrcadla“, výkon pro čtení i zápis se dědí od „nuly“.

RAID 1E.
Písmeno „E“ v názvu znamená „Enhanced“, tzn. „vylepšené“. Princip tohoto vylepšení je následující: data jsou „proužkována“ po blocích přes všechny disky pole a poté opět „proužkována“ s posunem na jeden disk. RAID 1E může kombinovat od tří do 16 disků. Spolehlivost odpovídá „deseti“ ukazatelům a výkon se díky většímu „střídání“ o něco zlepšuje.

RAID 1E0.
Tato úroveň je implementována takto: z polí RAID1E vytvoříme „null“ pole. Celkový počet disků tedy musí být násobkem tří: minimálně tři a maximálně šedesát! V tomto případě je nepravděpodobné, že bychom získali rychlostní výhodu a složitost implementace může nepříznivě ovlivnit spolehlivost. Hlavní výhodou je možnost spojit velmi velký (až 60) počet disků do jednoho pole.

Podobnost všech úrovní RAID 1X spočívá v jejich indikátorech redundance: kvůli spolehlivosti je obětováno přesně 50 % celkové kapacity disků pole.

Přečtěte si také článek „RAID 10 nebo RAID 1E. co je lepší? na našem webu.

Diskový systém záznamových serverů SIGMA je řízen vysokorychlostním řadičem RAID, který umožňuje vytváření polí různých úrovní pro zajištění vysoké odolnosti proti chybám systému.

RAID je zkratka pro Redundant Arrays of Independent Discs. Při vytváření pole RAID se fyzicky různé serverové disky pod kontrolou vysokorychlostního řadiče spojí do jednoho logického – systém se začne chovat jako jeden velký disk.

Když video informace dorazí na server, řadič RAID je rozdělí do bloků a distribuuje mezi disky podle určitého algoritmu. Ukazuje se, že data jsou uložena na jednom logickém disku, ale fyzicky umístěna na různých médiích.

Proč je potřeba pole RAID?

Za prvé, práce s polem RAID umožňuje zvýšit výkon systému. K tomu dochází v důsledku společného (paralelního) provozu několika pevných disků.

Za druhé, pole RAID je odolné proti chybám. Pokud je poškozen jeden pevný disk (nebo několik), nebudou ztraceny všechny informace uložené na serveru. Po instalaci nového disku místo toho vadného budou data kompletně obnovena. Je však nutné počítat s tím, že pro zajištění odolnosti proti chybám je část diskového prostoru pole alokována pro servisní informace a není k dispozici pro zápis.

Pro nalezení kompromisu mezi efektivitou pole (užitečný objem, rychlost) a spolehlivostí ukládání informací (počet vadných disků) existuje několik konfigurací RAID. Konfigurace, nebo jinými slovy úrovně RAID, se liší v algoritmech distribuce dat a také ve způsobech generování a umísťování informací o službách.

• Zvyšte výkon systému spoluprací s více pevnými disky
• Vysoká odolnost proti chybám – pokud selže jeden nebo více disků, nebudou ztraceny všechny informace na serveru
• Hardware serverů SIGMA podporuje RAID úrovně 0, 1, 5 a 6, stejně jako kombinace RAID 10, 50 a 60

Pro stabilní provoz záznamového systému se doporučuje používat testované serverové disky

Maximální výkon s nízkou spolehlivostí

V poli RAID Level 0 se bloky dat zapisují paralelně a zápisy se provádějí na různé disky.

Konfigurace RAID 0 poskytuje maximální rychlost čtení/zápisu dat a přístup ke 100 % místa na disku, ale nemá žádnou ochranu proti selhání. Pokud dojde k poruše některého z disků, všechny informace o videu budou nenávratně ztraceny.

Funkce konfigurace RAID 0

• Vysoká rychlost čtení a zápisu dat
• 100% využití místa na disku
• Úroveň odolnosti proti chybám – 0,
  Pokud některý z disků selže, nelze informace obnovit

• Minimální počet disků – 2
• RAID 0 v záznamových serverech EVIDENCE se používá pouze v kombinaci s jinými konfiguracemi pro zlepšení výkonu (RAID 10, RAID 50)

Maximální spolehlivost za dvojnásobné náklady na disky

V RAID Level 1 jsou všechna příchozí data zapsána na jeden disk (nebo skupinu disků) a paralelně duplikována na druhý. Pokud tedy systém používá dva disky, oba obsahují stejné informace.

RAID 1 zaručuje vysoký stupeň ochrany dat, protože pokud jeden disk selže, jeho funkce jsou zcela nahrazeny jiným. Data se navíc čtou paralelně ze dvou disků, tedy dvojnásobnou rychlostí.

Funkce konfigurace RAID 1

• Vysoká úroveň odolnosti proti chybám – vše
  informace jsou zcela duplicitní
• Vysoká rychlost čtení
• Pouze polovina celkového místa na disku je využita pro ukládání dat

• Minimální počet disků je 2, počet disků musí být sudý
• Pole RAID 1 se vytváří v případech, kdy jsou náklady na ztrátu informací extrémně vysoké. Náklady na systém se zdvojnásobí, protože pro záznam je k dispozici pouze polovina diskového prostoru serveru

Vysoký výkon a odolnost proti poruchám

V poli RAID úrovně 5 řadič kromě zápisu dat vypočítává a distribuuje speciální informace (kontrolní součty) mezi disky.

Pokud jeden z disků selže, data na něm lze obnovit pomocí bloků a kontrolních součtů, které zůstávají na ostatních discích. Stačí pouze vyměnit vadný disk a všechny informace budou obnoveny na pozadí.

Pokud se ale současně pokazí dva disky z pole, zaznamenané informace nelze obnovit.

Funkce konfigurace RAID 5

• Vysoká úroveň spolehlivosti – obnova všech dat v případě selhání jednoho z disků pole
• Poměrně vysoká rychlost čtení a zápisu
• Pro servisní informace je přidělen objem pouze jednoho disku (například pro pole čtyř 1TB disků bude objem dostupný pro záznam 3 TB)

• Minimální počet disků – 3
• RAID 5 je nejběžnější konfigurace na záznamových serverech díky své vysoké spolehlivosti a výkonu s nízkou ztrátou místa na disku pro servisní informace.

Obnova dat při současné ztrátě dvou disků

Pole RAID úrovně 6 je podobné poli úrovně 5, ale řadič pro něj nevypočítá jeden, ale dva kontrolní součty. Toto uspořádání pole umožňuje obnovit data, pokud selžou dva disky současně. Zároveň se objem dvou pevných disků vynakládá na řídicí informace.

Funkce konfigurace RAID 6

• Vyšší úroveň odolnosti proti chybám – obnova všech dat, pokud selžou dva disky současně
• Rychlosti čtení a zápisu jsou nižší než u RAID 5
• Servisní informace zabírají 2 disky

• Minimální počet disků – 4

Úroveň výkonu 1 a odolnost proti chybám úrovně 5, 6 nebo XNUMX

Při vytváření kombinovaných polí se disky nejprve spojí do polí RAID 1, 5 nebo 6 a poté se tyto segmenty sloučí do pole RAID 0.

Vlastnosti

• Vysoký výkon RAID 0 a spolehlivost RAID 1, RAID 5, RAID 6

• Zapisovatelná kapacita: – RAID 10 – 50 % celkové kapacity disku – RAID 50 – mínus 1 disk na segment RAID 5 – ​​RAID 60 – mínus 2 disky na segment RAID 6
• Minimální počet disků: – RAID 10 – 4 (dvě pole RAID 1) – RAID 50 – 6 (dvě pole RAID 5) – RAID 60 – 8 (dvě pole RAID 6)

Hot Spare je záložní disk, který je většinu času nečinný, ale automaticky se připojí, když některý z disků pole selže a zahájí jeho obnovu. Systém se tedy okamžitě vrátí do svého původního stavu odolného vůči poruchám.

Po obnovení informací se disk, který měl stav Hot Spare, stane běžným diskem pole a nový disk nainstalovaný jako náhrada za vadný se změní na záložní náhradní disk.

• V poli RAID libovolné konfigurace, s výjimkou RAID 0, lze jeden ze systémových disků vybrat jako Hot Spare disk

Úroveň	Minimální disky	Skutečná hlasitost nahrávání	odolnost proti chybám	Rychlost čtení	Rychlost záznamu
RAID 0	2	100%	ne	vysoký	vysoký
RAID 1	2	50%	1 porucha disku	vysoký	střední
RAID 5	3	mínus 1 disk	1 porucha disku	střední	nízký
RAID 6	4	mínus 2 disky	2 selhání disku	střední	nízký
RAID 10	4	50%	1 selhání disku v každém segmentu	vysoký	střední
RAID 50	6	mínus 1 disk na segment RAID 5	1 selhání disku v každém segmentu	vysoký	střední
RAID 60	8	mínus 2 disky na segment RAID 6	selhání 2 disků v každém segmentu	vysoký	střední

Níže uvedená tabulka ukazuje počet pevných disků na serverech SIGMA, na které lze skutečně zapisovat, když na nich organizujete nejběžnější pole RAID a zaplňujete všechny serverové koše.

Série	Celkem disků	RAID5	RAID5 + HotSpare	RAID6	RAID6 + HotSpare	RAID50	RAID50 + HotSpare
SIGMA M	8	7	6	6	5	6	4
SIGMA L	16	15	14	14	13	14	12
SIGMA XL	24	23	22	22	21	22	20