Восстановление данных на 100%

Идея создания RAID появилась в 1987 году. Долгое время RAID-массивы были довольно дорогими и применялись лишь в крупных компьютерных системах. В последние годы вместе со снижением стоимости винчестеров RAID-массивы тоже стали более доступными: их чаще стали использовать в обычных рабочих станциях и домашних компьютерах. Встроенными RAID-контроллерами снабжается примерно треть материнских плат, выпущенных в 2007–2008 годах.

Принципы работы RAID

В основе работы RAID лежат несколько принципов организации записи данных на массив дисков. Реализация этих принципов позволяет ускорить запись и извлечение данных, а также увеличить степень надежности их хранения.

• Данные в процессе записи разбиваются на несколько потоков, и каждый поток записывается на свой диск. В результате увеличивается скорость записи и скорость считывания информации, однако при этом каждый диск содержит лишь часть набора данных, поэтому потеря любой из частей разрушает весь набор.

• Весь поток данных одновременно записывается на несколько дисков. При этом каждый диск становится полной копией остальных. Выход из строя любого из дисков никак не сказывается на сохранности информации, так как остаются другие копии. Это повышает степень надежности хранения, однако приводит к избыточности хранимой информации.

• При записи один из дисков может использоваться для хранения контрольных сумм, позволяющих при необходимости восстановить любую из утраченных частей набора.

При создании массивов RAID все перечисленные выше принципы используются в разных комбинациях, разновидности которых называютсяуровнями RAID.

Уровни RAID

Уровни RAID – способ организации дисков внутри массива. В 1993 году промышленный консорциум по стандартизации RAID (RAID Advisory Board – RAB) определил семь типовых уровней RAID: от 0 до 6. Термин «уровни RAID» (RAID levels) является официальным и прочно вошел в лексику компьютерных пользователей, хотя никакой иерархии здесь нет: это всего лишь семь совершенно разных независимых архитектур. Спецификация RAID-2 осталась чисто теоретической, поскольку описывает массивы из 14 или 39 дисков. Зато уже после принятия стандарта были предложены спецификации RAID 0+1 и RAID 1+0 (RAID-10), которые по сути являются комбинациями RAID-0 и RAID-1.

RAID-0 – простейший вариант построения массива (рис. 3.1). Это так называемое чередование, или простое распараллеливание записи/чтения данных между всеми дисками. Поток данных разбивается на равные блоки («полосы» – stripes) заданного размера, и первый блок записывается на один диск, второй – на следующий, третий – снова на первый диск и т. д. Массив может строиться из любого числа дисков: чем больше их чередуется, тем выше скорость обмена данными. Запись производится без избыточности, поэтому такой массив не является RAID в прямом смысле, хотя термин RAID-0 широко используется и принят RAB.

Рис. 3.1. Структура RAID-0

Степень надежности такого массива всегда ниже степени надежности входящих в него дисков. При выходе из строя любого из дисков данные всего массива будут потеряны, поэтому RAID-0 иногда сравнивают с миной замедленного действия. Теоретически скорость обмена данными возрастает пропорционально числу дисков, образующих массив, а емкость массива равна сумме емкостей дисков. На практике результат несколько меньше. Типичное применение RAID-0 находит там, где важна скорость, а не степень надежности: например, в компьютерах, специально предназначенных для захвата и обработки потокового видео. В настольных системах обычно используют двух-, реже четырехдисковые RAID-0. Такие конфигурации поддерживают встроенные контроллеры материнских плат средней ценовой категории.

RAID-1 является другой простейшей архитектурой (рис. 3.2). В этом случае производится запись двух зеркальных копий данных на двух идентичных дисках без всяких дополнительных преобразований. Выход из строя одного диска не приводит к потере данных. Это массив со 100 %-ной избыточностью. Он обеспечивает предельную степень надежности, хотя стоимость хранения данных возрастает ровно вдвое.

Рис. 3.2. Структура RAID-1

Массивы уровня 1 подходят для хранения критически важных данных. На практике быстродействие такого массива может немного превосходить быстродействие каждого из дисков. Это связано с аппаратной реализацией чтения и записи данных.

Спецификация RAID-2 осталась чисто теоретической, поскольку она описывает массивы, состоящие из 14 или 39 дисков.