Что обозначает термин “RAID”? Поясните назначение и преимущества использования RAID-0, RAID-1, RAID-5

У любого физического устройства хранения данных есть пределы возможно­стей, обусловленные современными ему технологическими достижениями и приемлемой ценой. В ряде случаев требуются устройства хранения данных с «запредельными» параметрами:

♦ емкостью хранилища, превышающей емкость физического устройства хра­нения;

♦ длительной скоростю передачи данных, превышающей внутреннюю скорость передачи устройства;

♦ надежностью, превышающей надежность физического устройства.

Такое выдающееся устройство можно получить за счет избыточности — парал­лельного использования множества обычных устройств. Применительно к дис­ковым устройствам применяют термин RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks — избыточный массив недорогих дисков). Идея заключается в подключе­нии группы обычных, как правило, однотипных, дисков к RAID-контроллеру — устройству, которое для хост-компьютера этот массив представляет как один виртуальный диск с улучшенными свойствами. Улучшения касаются вышепе­речисленных параметров в различных сочетаниях, хотя какими-то параметрами иногда приходится жертвовать. Аналогичные массивы применяются и для лен­точных устройств хранения, но называются они RAIT (Redundant Array of Inexpensive Tapes — избыточный массив недорогих ленточных устройств хране­ния).

В зависимости от алгоритма представления диска различают следующие схемы (типы, уровни) RAID:

♦ RAID 0 — дисковый массив без избыточности и отказоустойчивости, про­стейшее средство повышения производительности и увеличения объема. Виртуальный диск разбивается на зоны, или полосы (strips), которые равно­мерно распределяются по всем дискам массива. Размер зон кратен размеру сек­тора диска. При обращениях хоста к большому блоку данных, занимающе­му несколько зон, RAID-контроллер посылает запросы одновременно к не­скольким дискам — обращение реально распараллеливаются, что повышает производительность как по чтению, так и по записи. Для коротких запросов выигрыша в скорости нет. Пространство всех дисков используется полно­стью (избыточности нет). Отказ любого диска приводит к отказу всего мас­сива, надежность виртуального диска ниже, чем у одного большого устройства, поскольку вероятность отказа хотя бы одного из дисков выше, чем вероятность отказа каждого из них в отдельности.

♦ RAID 1 — зеркальное отражение (mirroring). Два (или более) диска дубли­руют друг друга. Запись информации выполняется одновременно на все диски, чтение — с любого свободного, в результате чего производительность чтения повышается. Отказ одного диска приводит только к снижению скорости чтения. Отказавший диск может быть заменен, и для ввода его в действие требуется просто копирование данных с оставшегося диска. Эффективность использования пространства дисков низкая (при двух дисках эффективный объем составляет лишь половину их суммарного, при большем числе — и того меньше). Надежность виртуального диска тем выше, чем больше дис­ков в массиве, и она превышает надежность одиночного диска.

♦ RAID 4 — избыточный массив, в нем данные разбиты на зоны, размер кото­рых кратен размеру сектора (как у RAID 0), и дополнительно выделен диск для размещения зоны четности для всех зон данных. В случае отказа любого из дисков его данные восстанавливаются с помощью зон четности и соответ­ствующих зон данных на «живых» дисках. Программная реализация доволь­но сложная. Короткие запросы записи обслуживаются медленно: изменение одного сектора (зоны) требует чтения соответствующего сектора (зоны) на всех дисках данных с тем, чтобы вычислить и записать новое значение зоны четности. Возможна оптимизация записи, при которой вычисляется измене­ние значения четности на основе старых и новых данных изменяемого сек­тора данных.

♦ RAID 5 — распределение и чередование данных и четности по дискам, но для битов четности не выделяется специальный диск (биты четности рас­пределяются по всем дискам по кругу). Обеспечивает более высокую ско­рость записи, чем RAID 4. В случае отказа одного диска потерянные данные восстановимы, но не так быстро и просто, как в RAID 4. Для организации эффективных схем массивов RAID требуется значительное количество дисков. Так, например, RAID 10 требует не менее 4 дисков, что для настольных компьютеров не всегда приемлемо. Фирма Intel в своих «настоль­ных» чипсетах i925X/915 применяет технологию Matrix Storage, позволяющую всего на паре дисков SATA организовывать пару независимых массивов RAID: RAID 0 (striping) для повышения скорости и RAID 1 (mirroring) для повыше­ния надежности. При этом диски, фактически, используются по частям (что ха­рактерно и для «больших» RAID-контроллеров на SCSI-дисках).