RAID-массив: как он устроен
Несколько накопителей в сервере или СХД могут работать по разным схемам. От выбранного способа зависит, как распределяются данные, что произойдет при отказе диска и сколько полезной емкости останется доступно системе.
Разберем, как устроен RAID-массив, какие принципы лежат в его основе и где заканчиваются возможности такой защиты данных.
В этой статье:
- Что такое RAID-массив
- Что дает RAID
- Как устроен RAID-массив
- Кто управляет RAID-массивом
- Что видит операционная система
- Почему схемы RAID различаются
- Что происходит при отказе накопителя
- От чего RAID не защищает данные
- Где используют RAID
- Вопросы и ответы
Что такое RAID-массив
RAID расшифровывается как Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых дисков. Так называют способ организации нескольких физических накопителей в общую дисковую группу.
Каждый диск остается отдельным устройством, а массив задает правила совместной работы группы.
RAID не является отдельным типом накопителя или файловой системой. Это способ организации хранения на нескольких физических устройствах.
Что дает RAID
RAID позволяет использовать несколько накопителей в составе одной дисковой группы. В зависимости от уровня можно распределить операции между устройствами, добавить избыточность или совместить оба подхода.
За отказоустойчивость обычно приходится расходовать часть физической емкости. Поэтому объем, доступный для хранения пользовательской информации, может быть меньше суммарной емкости установленных дисков.
Соотношение полезной емкости, производительности и устойчивости к отказам определяется конкретным уровнем RAID.
Как устроен RAID-массив
В RAID информация размещается по правилам выбранного уровня. В основе большинства схем лежат три механизма: чередование, зеркалирование и контроль четности. Они могут использоваться отдельно или сочетаться между собой.
Чередование данных
Информация делится на блоки и распределяется между несколькими дисками. Например, один блок записывается на первый диск, следующий — на второй, затем последовательность повторяется.
За счет такого распределения несколько устройств могут участвовать в операциях одновременно. Само чередование избыточности не создает.
Зеркалирование
Одинаковая информация записывается на несколько дисков. Если один из них становится недоступен, копия остается на другом устройстве.
Такой способ требует дополнительной емкости, поскольку одинаковые данные хранятся более чем в одном экземпляре.
Контроль четности
Массив хранит данные и дополнительное значение, которое рассчитывается по нескольким блокам. Оно нужно на случай, если один из исходных блоков станет недоступен.
Упрощенно это можно представить так: часть данных находится на первом диске, часть — на втором, а на основе этих частей рассчитывается контрольная информация. Если один блок пропадает, массив использует оставшиеся данные и контрольное значение, чтобы восстановить недостающий блок.
Контрольная информация обычно распределяется между дисками массива вместе с основными данными. Сколько таких значений хранится и сколько отказов можно пережить, зависит от уровня RAID.
Кто управляет RAID-массивом
Работу дисковой группы может обеспечивать отдельный контроллер или программная среда. От этого зависит, где выполняются операции с данными и какими средствами контролируется состояние дисков.
RAID-контроллер
Работает с подключенными дисками на уровне оборудования. Он выполняет операции, предусмотренные выбранной схемой, и передает системе уже подготовленный дисковый ресурс.
В сервере такой контроллер может быть отдельной платой или встроенным компонентом. Набор функций зависит от конкретной модели: доступны разные уровни RAID, типы накопителей, интерфейсы и средства диагностики.
Программный RAID
Вместо отдельного контроллера дисковую группу можно создать средствами операционной системы или платформы хранения. Тогда операции с данными выполняются программно.
Возможности зависят от конкретного решения: доступных схем, требований к накопителям, порядка восстановления и средств контроля. Перед настройкой эти параметры нужно сверить с документацией используемой системы.
Что видит операционная система
При аппаратном RAID контроллер объединяет физические накопители и представляет операционной системе один или несколько логических дисков. Система уже работает с ними как с доступным дисковым пространством: создает разделы, файловую систему и размещает данные.
Упрощенно схема выглядит так:
Физические накопители → RAID-контроллер → логический диск → разделы → файловая система
При программном RAID операционная система видит отдельные накопители и сама объединяет их средствами программного слоя. После этого приложения и файловая система работают с созданным дисковым ресурсом.
RAID определяет организацию данных на уровне накопителей, а файловая система отвечает за структуру файлов и каталогов. Поэтому это разные уровни хранения, каждый со своей задачей.
Почему схемы RAID различаются
Уровень RAID определяет, какие механизмы используются при работе с данными и как они сочетаются между собой. Поэтому разные схемы требуют разного числа дисков и по-разному используют доступную емкость.
| Уровень | Основной принцип | Избыточность |
| RAID 0 | чередование | нет |
| RAID 1 | зеркалирование | есть |
| RAID 5 | чередование и одинарная четность | есть |
| RAID 6 | чередование и двойная четность | есть |
| RAID 10 | зеркалирование и чередование | есть |
RAID 0 отличается от остальных перечисленных уровней тем, что не создает избыточность. Данные распределяются между несколькими дисками, поэтому отказ одного из них может привести к недоступности всего массива.
Этой таблицы достаточно, чтобы увидеть базовое различие между уровнями. Подробно RAID 1, 5, 6 и 10, их полезную емкость и критерии выбора под серверы и СХД разобрали в отдельной статье RAID для серверов и СХД: какой уровень выбрать.
Что происходит при отказе накопителя
Последствия зависят от уровня RAID и числа оставшихся исправных дисков. В массивах без избыточности отказ одного устройства может привести к недоступности данных. Если выбранная схема допускает потерю диска, массив обычно продолжает работу, но переходит в деградированное состояние.
Это означает, что часть избыточности уже потеряна. Данные остаются доступны за счет сохранившихся копий или информации четности, но запас на следующий отказ может быть меньше.
После замены неисправного накопителя начинается восстановление массива. При зеркалировании данные копируются с исправного диска, а в схемах с четностью недостающие блоки рассчитываются по оставшейся информации. После завершения процесса избыточность восстанавливается.
На продолжительность восстановления влияют емкость дисков, нагрузка на систему и конкретная реализация RAID. Поэтому в этот период важно контролировать состояние массива и оставшихся накопителей.
От чего RAID не защищает данные
RAID помогает пережить часть аппаратных сбоев, предусмотренных выбранной схемой. При этом он не хранит предыдущие версии файлов и не создает отдельную копию для восстановления.
Если файл удалили, повредили или зашифровали, массив может продолжать работать штатно. Исправность дисков сама по себе не означает сохранность информации.
RAID также не защищает от потери всего сервера или СХД. Для таких случаев нужна резервная копия, размещенная отдельно от основной инфраструктуры.
Поэтому RAID поддерживает доступность дисковой подсистемы, а резервное копирование позволяет восстановить утраченную информацию.
Где используют RAID
RAID применяют в серверах, СХД, сетевых хранилищах и отдельных рабочих станциях. Назначение массива зависит от архитектуры конкретной системы.
В серверах RAID обычно организует локальные накопители, на которых размещаются операционная система, приложения, базы данных и другие рабочие данные.
В СХД защита дисков входит во внутреннюю архитектуру хранения. Поверх сформированного пространства платформа может создавать пулы, тома и другие ресурсы, которые затем предоставляются серверам.
В сетевых хранилищах дисковая группа служит основой пространства, доступного пользователям и приложениям по файловым протоколам.
Вопросы и ответы
RAID расшифровывается как Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых дисков. Термин обозначает способ организации нескольких накопителей по определенной схеме.
Требования зависят от контроллера или программной системы. При подборе учитывают емкость, интерфейс, характеристики и совместимость накопителей. Если параметры дисков различаются, возможности отдельных устройств могут использоваться не полностью.
Минимальное количество зависит от уровня. Для RAID 0 и RAID 1 требуется от двух накопителей, для RAID 5 — от трех, для RAID 6 и RAID 10 — от четырех.
Да, если оборудование или программная среда поддерживают выбранные накопители и нужный уровень RAID. Совместимость нужно проверять для конкретной конфигурации.
Техническая возможность зависит от реализации RAID. При использовании накопителей разного объема часть емкости более крупных дисков может оказаться недоступной. Перед созданием массива нужно проверить правила конкретного контроллера или программной системы.
Такая конфигурация возможна не во всех системах и обычно требует отдельной проверки. Различия в скорости, задержках и характеристиках накопителей могут влиять на работу массива, поэтому поддержку смешанной группы нужно уточнять по документации оборудования.
Это зависит от контроллера или программной платформы. Некоторые решения поддерживают переход между отдельными уровнями и расширение массива без полного пересоздания, другие требуют переноса данных и новой настройки.
Производительности сервера не хватает для текущих задач. Нужно ускорить работу системы, но непонятно, где находится ограничение. Причина может быть в настройках. Либо текущая платформа достигла предела своей мощности.
Подробнее...
Подробнее...
Подробнее...
Нагрузка в ЦОДе растет, а существующая система охлаждения уже не удерживает оборудование в допустимом режиме. Причина может быть в движении воздуха, плотности отдельных стоек, работе холодильного оборудования или внешнем контуре отвода тепла.
Подробнее...
Подробнее...
