RAID redundant array of independent/inexpensive disks)

RAID redundant array of independent/inexpensive disks) — дисковые массивы с избыточностью данных. Служат для повышения надежности хранения данных, а также используются для повышения скорости чтения/записи информации(RAID 0).

Аббревиатура RAID изначально расшифровывалась как - "Redundant Arrays of Inexpensive Disks"("избыточный массив недорогих дисков"). Именно так был представлен RAID своими исследователями Петтерсоном(David A. Patterson), Гибсоном(Garth A. Gibson) и Катцом(Randy H. Katz) в 1987 году. Со временем RAID стали расшифровывать как - "Redundant Array of Independent Disks"("избыточный массив независимых дисков"), потому как для массивов приходилось использовать и дорогое оборудование(под недорогими дисками подразумевались диски для ПЭВМ).

Беркли представил следующие уровни RAID, которые были приняти как стандарт де-факто:

RAID 0 представлен как не отказоустойчивый дисковый массив.
RAID 1 определен как зеркальный дисковый массив.
RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга.
RAID 3, 4, 5 используют четность для защиты данных от одиночных неисправностей.

Содержание
1 Уровни RAID
1.1 RAID 0
1.2 Matrix RAID

Уровни RAID
RAID 0
RAID0 ("Striping") - дисковый массив с отсутствием избыточности. Информация записывается сквозь все диски последовательно, разбиваясь на блоки данных(Di):

     -----RAID 0-----
    /       |        \
-------  ------- . -------
| D1  |  | D2  | . | Dn  |
-------  ------- . -------
|Dn+1 |  |Dn+2 | . | D2n |
-------  ------- . -------
|D2n+1|  |D2n+2| . | D3n |
-------  ------- . -------
За счет этого существенно повышается производительность(+), но страдает надежность всего массива(При выходе из строя любого из входящих в RAID 0 винчестеров полностью и безвозвратно пропадает вся информация)(.). В соответствии с теорией вероятности, надежность массива RAID 0 равна произведению надежностей составляющих его дисков, каждая из которых меньше единицы, т.о. совокупная надежность заведомо ниже надежности любого из дисков.

RAID 0 может быть реализован как программно так и железно(+).

RAID1 ("Mirroring" = "зеркало"). Он имеет защиту от выхода из строя половины имеющихся аппаратных средств (в общем случае – одного из двух жестких дисков), обеспечивает приемлемую скорость записи и выигрыш по скорости чтения за счет распараллеливания запросов. Недостаток заключается в том, что приходится выплачивать стоимость двух жестких дисков, получая полезный объем одного жесткого диска.
Изначально предполагается, что жесткий диск – вещь надежная. Соответственно, вероятность выхода из строя сразу двух дисков равна (по формуле) произведению вероятностей, т.е. ниже на порядки! К сожалению, реальная жизнь – не теория! Два винчестера берутся из одной партии и работают в одинаковых условиях, а при выходе из строя одного из дисков нагрузка на оставшийся увеличивается, поэтому на практике при выходе из строя одного из дисков следует срочно принимать меры – вновь восстанавливать избыточность. Для этого с любым уровнем RAID (кроме нулевого) рекомендуют использовать диски горячего резерва HotSpare. Достоинство такого подхода – поддержание постоянной надежности. Недостаток – еще большие издержки (т.е. стоимость 3-х винчестеров для хранения объема одного диска).

Зеркало на многих дисках – RAID10. При использовании такого уровня зеркальные пары дисков выстраиваются в «цепочку», поэтому объем полученного тома может превосходить емкость одного жесткого диска. Достоинства и недостатки – такие же, как и у уровня RAID1. Как и в других случаях, рекомендуется включать в массив диски горячего резерва HotSpare из расчета один резервный на пять рабочих.

RAID5 - самый популярный из уровней – в первую очередь благодаря своей экономичности. Жертвуя ради избыточности емкостью всего одного диска из массива, мы получаем защиту от выхода из строя любого из винчестеров тома. На запись информации на том RAID5 тратятся дополнительные ресурсы, так как требуются дополнительные вычисления, зато при чтении (по сравнению с отдельным винчестером) имеется выигрыш, потому что потоки данных с нескольких накопителей массива распараллеливаются.

Недостатки RAID5 проявляются при выходе из строя одного из дисков – весь том переходит в критический режим, все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность, диски начинают греться. Если срочно не принять меры – можно потерять весь том. Поэтому, (см. выше) с томом RAID5 следует обязательно использовать диск Hot Spare.

Помимо базовых уровней RAID0 - RAID5, описанных в стандарте, существуют комбинированные уровни RAID10, RAID30, RAID50, RAID15, которые различные производители интерпретируют каждый по-своему.

Суть таких комбинаций вкратце заключается в следующем. RAID10 – это сочетание единички и нолика (см. выше). RAID50 – это объединение по “0” томов 5-го уровня. RAID15 – «зеркало» «пятерок». И так далее.

Таким образом, комбинированные уровни наследуют преимущества (и недостатки) своих «родителей». Так, появление «нолика» в уровне RAID 50 нисколько не добавляет ему надежности, но зато положительно отражается на производительности. Уровень RAID 15, наверное, очень надежный, но он не самый быстрый и, к тому же, крайне неэкономичный (полезная емкость тома меньше трети исходного дискового массива).

Matrix RAID
Matrix RAID это технология реализованная фирмой Intel в своём чипсете ICH6R. Строго говоря эта технология не является новым уровнем RAID, она просто позволяет используя лишь 2 диска организовать одновременно один или несколько массивов уровня RAID1 и один или несколько массивов уровня RAID0. Это позволяет за сравнительно небольшие деньги обеспечить для одних данных повышенную надёжность, а для других высокую скорость доступа.