Что такое Raid 0 и как его сделать в windows 10 и 7?

28 января 2021255Время чтения ≈ 12 минут

Содержание:

RAID (Redundant Array of Independent Disks или «избыточный массив независимых дисков») —  метод виртуализации, позволяющий объединять несколько дисков в единый логический том, имеющий лучшие характеристики.  Чтобы описать, чем RAID может быть полезен на практике, рассмотрим теоретические основы, классификацию и особенности использования данной технологии.

Для чего применяется RAID

RAID позволяет превратить несколько дисковых накопителей в один большой и быстрый диск. Его можно использовать в качестве хранилища данных с функцией автоматического резервного копирования или настроить как системный диск повышенной отказоустойчивости.

У технологии RAID-массивов существуют и минусы. Платой за быстродействие и надежность становится усложнение системы, а также необходимость закупать дополнительное оборудование. Однако эта цена невелика по сравнению с потенциальными убытками, которые может понести пользователь при потере информации или внезапной поломке накопителя.

Преимущества технологии

1. Увеличенный объем. Первоначальное назначение RAID — получение диска большей емкости.
2. Повышение быстродействия системы через параллельное подключение в массив нескольких физических дисков.
3. Отказоустойчивость и надежность хранения данных обеспечиваются выделением на цели резервирования отдельного устройства. При повреждении одного из дисков RAID-массива информация не будет утеряна.

Условие применения

Технологию можно использовать не во всех случаях. Для этого требуется ее аппаратная и программная поддержка. BIOS должен содержать настройку вида «SATA Configuration: RAID». Если же ее по каким-либо причинам нет, то необходимо «перепрошить» базовую систему ввода-вывода.

В случае, когда поддержка RAID программным методом невозможна, нужно подключить дополнительное устройство — RAID-контроллер и установить соответствующий драйвер. В последних версиях ОС Linux (Ubuntu 20.04, POP-OS 20.04 и т. д.) драйвер для включения режима RAID инсталлируется автоматически.

Основные понятия

В основе функционирования RAID-массивов лежит несколько базовых терминов, без которых нельзя понять принципы работы этой технологии.

1. Массив — объединение нескольких физических или виртуальных накопителей в один большой диск с возможностью единой настройки, форматирования и управления.
2. Метод зеркалирования — способ повысить надежность хранения информации через создание копии исходного диска на другом носителе, входящем в массив.
3. Дуплекс — один из методов зеркалирования, в котором используется вдвое большее количество накопителей для создания копий.
4. Чередование — увеличение производительности диска, благодаря блочной разбивке данных при записи.
5. Четность — технология, сочетающая в себе чередование и зеркалирование.

Типы RAID-массивов

1. Программный (software RAID) — самый бюджетный и распространенный вариант. Дисковые массивы создаются в самой операционной системе посредством специальных утилит. Обработкой данных занимается центральный процессор.  Основной недостаток — зависимость от предустановленной системы, которая приводит к существенному понижению быстродействия и безопасности хранения информации.
2. Аппаратный (hardware RAID) — создается на основе отдельного устройства (RAID-контроллера), которое имеет собственные специализированный микропроцессор и кеш-память. При этом нагрузка на микропроцессор практически отсутствует. Это наиболее затратный метод реализации, характеризующийся надежностью, высокой скоростью записи и чтения.
3. Интегрированный аппаратный (fake RAID, RAID-on-Chip) — комбинация программного и аппаратного способов. Реализована в виде дополнительного микрочипа, который встраивается в материнскую плату и работает совместно с центральным процессором. Эта технология быстрее программной, но не отличается надежностью хранения информации.

Классификация RAID по уровням

Основные отличия между конфигурациями или уровнями RAID заключаются в методах формирования и размещения данных, а также в алгоритмах распределения информации на носителях. Базовые типы RAID-массивов — RAID 0 и RAID 1. Остальные уровни считаются их производными, сочетающими в себе достоинства той или иной базовой модели.

RAID 0

Технология виртуализации RAID 0 называется striping («чередование»). Для ее реализации применяется от 2 до 4 накопителей, которые совместно выполняют процедуру «чтения/записи».

При записи информация разделяется на блоки, которые одновременно сохраняются на накопители. Первый блок — на один, второй — на другой жесткий диск и так далее. Производительность массива возрастает прямо пропорционально количеству накопителей в системе. То есть, 4 диска будут работать в 2 раза быстрее, чем два.

Однако, такая конфигурация RAID-массива чревата потерей данных, что уменьшает безопасность хранения информации. Это объясняется структурой каждого файла. Последний состоит из определенной последовательности блоков (байт), поскольку каждый из них записывается на разные диски и происходит «нарушение» его целостности. Если один накопитель выходит из строя, то блок «теряется». При этом получается «битый» файл, который практически невозможно восстановить.

Достоинства

• Дисковый RAID-массив уровня 0 обеспечивает ощутимый прирост скорости, который прямо пропорционально зависит от кратности количества накопителей.
• Использование всего дискового объема, т. е. при установке четырех дисков по 2 ТБ общий объем RAID-массива будет равен 2*4=8 ТБ.

Недостатки

• Нарушение отказоустойчивости. Иногда возможен отказ в операциях чтения или записи.
• При выходе из строя одного накопителя информация полностью теряется.

Использование

Применяется в приложениях для скоростного обмена информацией, в хранилищах временных файлов. Также RAID 0 нужен для систем, использующих некритичные по важности массивы данных.

RAID 1

Технология RAID 1 называется мirroring («зеркалирование»). Она подразумевает использование от 2 до 4 накопителей. Однако при этом теряется половина объема дисков, поскольку это пространство используется резервированием данных.

Простыми словами, если RAID-система состоит из 2 жестких дисков, то при выходе одного из них информация не потеряется полностью, поскольку один накопитель является точной копией другого.

Достоинства

• Надежность хранения информации.
• Простота реализации.
• Высокая производительность при выполнении операции чтения.
• Минимальная комплектация составляет всего 2 жестких диска.

Недостатки

• Низкая производительность.
• Емкость RAID-массива делится на 2, что обусловлено резервированием информации.
• Замена неисправного накопителя требует полное отключение системы.

Использование

Уровень RAID 1 необходимо применять для увеличения надежности хранения информации на серверах.

RAID 5

Технология RAID 5 («чередование с чётностью») считается наиболее распространенной и безопасной. Для подобной конфигурации необходимо минимум 3 диска, а максимальное допустимое количество — 16.

При записи информации происходит разделение на блоки данных, но с одним условием — на один из дисков, называемый блок «чётность данных» (Parity Drive, PD), происходит запись информации для восстановления. Этот подход позволяет спасти данные при повреждении одного из накопителей.

RAID 5 может реализовываться программным методом при помощи специальных утилит, но IT-специалисты рекомендуют все же отдать предпочтение аппаратному способу.

Достоинства

• Увеличена скорость чтения за счет одновременной обработки данных с нескольких независимых потоков от дисков массива.
• Информация не «потеряется» при повреждении одного накопителя.
• При замене неисправного диска происходит автоматическое восстановление информации.

Недостатки

1. Иногда происходят отказы дисков.
2. Если объем поврежденного накопителя 4 ТБ и более, при замене его на идентичный диск, восстановление может занять более одного дня.
3. Если диск «чётности» вышел из строя при выполнении процедуры восстановления, то информация будет окончательно утеряна.
4. Минимальное количество накопителей — 3.

Использование

Технология виртуализации 5 уровня (RAID 5) прекрасно подойдет для безопасного хранения данных, но при этом не будет утрачена производительность. Очень часто ее используют файловые серверы.

RAID 6

Технология виртуализации 6 уровня («чередование с двойной чётностью») похожа на RAID 5. Отличие состоит в записи информации для восстановления на два диска. Первый — блок «чётность данных» (PD) используются в архитектуре RAID 5 для резервного хранения данных. Второй диск «чётности» дублирует работу первого. Его работа основана на коде Рида-Соломона (Reed-Solomon), поэтому диск часто имеет краткое обозначение — RS или Q.

Благодаря использованию принципа двойной чётности, система может перенести без потерь информации отказ сразу двух жестких дисков. Однако для создания RAID 6 потребуется минимум четыре накопителя.

Достоинства

• Высокая скорость считывания и записи данных.
• Поддержка двух, одновременно вышедших из строя накопителей.

Недостатки

• Время на операцию записи на 20% больше, чем для RAID 5.
• Минимальная вероятность отказа дисков.
• Восстановление после сбоя занимает много времени.
• Для реализации необходимо 4 накопителя.

Использование

RAID 6 является более надежной конфигурацией, чем RAID пятого уровня. Она часто применяется на файловых серверах, где используются большие объемы данных.

RAID 10

Технология виртуализации 10 — «гибрид» RAID нулевого и первого уровней, сочетающая в себе все их преимущества.

Достоинства

• Высокая скорость восстановления данных.
• Высокая надежность.
• Быстродействие.

Недостатки

• Дороговизна реализации.
• Емкость, уходящая на зеркалирование, эквивалентна 50 % от всего объема дисков.

Использование

Гибридная технология RAID 10 используется в тех же случаях, что и RAID 0 и RAID 1.

Утилиты для создания

В операционной системе Windows есть встроенная утилита для создания RAID. Однако она поддерживает только RAID-массивы первого. Поэтому для более сложных операций, а также для платформ на базе Unix/Linux требуется установка стороннего ПО.

Перед выбором соответствующей конфигурации RAID-массива, специалисты рекомендуют сохранить информацию на отдельный носитель. При создании или удалении RAID-системы данные на дисках уничтожаются.

Mdadm

Для операционных систем на основе Linux рекомендуется использовать штатную утилиту «mdadm», которую необходимо предварительно установить через терминал.

Основные возможности

• Создание и сброс RAID-массивов.
• Монтирование файловых систем.
• Сохранение топологии массива.
• Удаление отдельных элементов из RAID.

Установка

Для инсталляции утилиты требуется ввести в терминале следующие команды:

• СentOS и Red Hat:

  yum install mdadm

• Ubuntu и Debian:

  apt-get install mdadm

При этом в систему будет инсталлирована утилита, а также необходимый набор библиотек.

MegaRAID Storage Manager (MSM)

Бесплатное приложение от Microsoft, разработанное с целью обеспечения гибкого управления RAID-системами в ОС Windows.

Основные возможности

• Просмотр состояния RAID-контроллера.
• Создание RAID-массивов различных уровней.
• Удаление элементов из массива.
• Графический интерфейс.
• Монтирование файловых систем.

Установка

1. Скачать по ссылке  MegaRAID Storage Manager.
2. Распаковать скачанный архив.
3. Запустить установщик «setup.exe».
4. Нажать кнопку инсталляции «Install».
5. Принять условия лицензионного соглашения и нажать «Next».
6. Выбрать пункт «All users» («Для всех пользователей») и нажать «Next».
7. Указать путь для установки и нажать «Next».
8. Выбрать тип инсталляции — «Полный» («Complete») или «Выборочный» («Custom») и нажать «Next».
9. Запустить процесс установки с учетом введенных параметров, нажав «Install».
10. Завершить инсталляцию — кнопка «Finish».

Заключение

Использование RAID-массивов позволяет реализовать повышенние потенциала нескольких дисковых накопителей за счет их объединения. В частности, растет производительность и надежность хранения информации. Однако эффективность работы массива будет сильно зависеть от того, каким способом он создан. Оптимальным является аппаратный метод на базе отдельного RAID-контроллера, но его организация потребует больших финансовых вложений.

Помимо способа реализации для работы RAID важна конфигурация массивов, которая делится на несколько базовых уровней. Оптимальным уровнем считается RAID-10, поскольку он обеспечивает не только высокую скорость обработки данных, но и их сохранность.

Виртуальный сервер от Eternalhost — надежная площадка для современного веб-ресурса! Быстрые NVMe диски, реальная защита от DDoS, техподдержка 24/7.

Оцените материал: [Всего голосов: 0    Средний: 0/5]

Читайте также:

Как стать веб-разработчиком за 5 месяцев: пошаговое руководство

Перенос сайта на другой хостинг — практические рекомендации

Привязка домена к почте Яндекс, Gmail и Mail.Ru

Чек-лист для запуска сайта: 45 пунктов полной проверки

Популярные пакетные менеджеры Linux

SEO-оптимизация изображений для сайта: 7 эффективных методов

1. СтатьиСистемы видеонаблюдения
2. RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 10 или что такое уровни RAID?

06 Апрель 2008

«Какой уровень RAID самый надежный?» Все знают, что наиболее распространенным является уровень RAID5, однако он отнюдь не лишен серьезных недостатков, которые неочевидны для неспециалистов.

RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 10 или что такое уровни RAID?

В своей статье я попытаюсь охарактеризовать самые популярные уровни RAID, а затем сформулирую рекомендации по использованию этих уровней. Для иллюстрации статьи я построил диаграмму, на которой поместил эти уровни в трехмерном пространстве надежности, производительности и ценовой эффективности.

JBOD (Just a Bunch of Disks) – это простое объединение (spanning) жестких дисков, которое уровнем RAID формально не является. Томом JBOD может быть массив из одного диска или объединение нескольких дисков. Контроллеру RAID для работы с таким томом не требуется проведение каких-либо вычислений. На нашей диаграмме диск JBOD служит в качестве «ординара» или отправной точки – его значения надежности, производительности и стоимости совпадают с соответствующими показателями единичного жесткого диска.

RAID 0 (“Striping”) избыточности не имеет, а информацию распределяет сразу по всем входящим в массив дискам в виде небольших блоков («страйпов»). За счет этого существенно повышается производительность, но страдает надежность. Как и в случае JBOD, за свои деньги мы получаем 100% емкости диска.

Поясню, почему уменьшается надежность хранения данных на любом составном томе – так как при выходе из строя любого из входящих в него винчестеров полностью и безвозвратно пропадает вся информация. В соответствии с теорией вероятностей математически надежность тома RAID0 равна произведению надежностей составляющих его дисков, каждая из которых меньше единицы, поэтому совокупная надежность заведомо ниже надежности любого диска.

Хороший уровень – RAID 1 (“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 – это уровень RAID 10. 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.

RAID 5, действительно, 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 составляет меньше половины объема исходного дискового массива).

RAID 6 отличется от RAID 5 тем, что в каждом ряду данных (по английски stripe) имеет не один, а два блока контрольных сумм. Контрольные суммы — «многомерные», т.е. независимые друг от друга, поэтому даже отказ двух дисков в массиве позволяет сохранить исходные данные. Вычисление контрольных сумм по методу Рида-Соломона требует более интенсивных по сравнению с RAID5 вычислений, поэтому раньше шестой уровень практически не использовался. Сейчас он поддерживается многими продуктами, так как в них стали устанавливать специализированные микросхемы, выполняющие все необходимые математические операции.

Согласно некоторым исследованиям, восстановление целостности после отказа одного диска на томе RAID5, составленном из дисков SATA большого объема (400 и 500 гигабайт), в 5% случаев заканчивается утратой данных. Другими словами, в одном случае из двадцати во время регенерации массива RAID5 на диск резерва Hot Spare возможен выход из строя второго диска… Отсюда рекомендации лучших RAIDоводов: 1) всегда делайте резервные копии; 2) используйте RAID6!

Недавно появились новые уровни RAID1E, RAID5E, RAID5EE. Буква «Е» в названии означает Enhanced.

RAID level-1 Enhanced (RAID level-1E) комбинирует mirroring и data striping. Эта смесь уровней 0 и 1 устроена следующим образом. Данные в ряду распределяются точь-в-точь так, как в RAID 0. То есть ряд данных не имеет никакой избыточности. Следующий ряд блоков данных копирует предыдущий со сдвигом на один блок. Таким образом как и в стандартном режиме RAID 1 каждый блок данных имеет зеркальную копию на одном из дисков, поэтому полезный объем массива равен половине суммарного объема входящих в массив жестких дисков. Для работы RAID 1E требуется объединение трех или более дисков.

Мне очень нравится уровень RAID1E. Для мощной графической рабочей станции или даже для домашнего компьютера — оптимальный выбор! Он обладает всеми достоинствами нулевого и первого уровней — отличная скорость и высокая надежность.

Перейдем теперь к уровню RAID level-5 Enhanced (RAID level-5E). Это то же самое что и RAID5, только со встроенным в массив резервным диском spare drive. Это встраивание производится следующим образом: на всех дисках массива оставляется свободным 1/N часть пространства, которая при отказе одного из дисков используется в качестве горячего резерва. За счет этого RAID5E демонстрирует наряду с надежностью лучшую производительность, так как чтение/запись производится параллельно с бОльшего числа накопителей одновременно и spare drive не простаивает, как в RAID5. Очевидно, что входящий в том резервный диск нельзя делить с другими томами (dedicated vs. shared). Том RAID 5E строится минимум на четырех физических дисках. Полезный объем логического тома вычисляется по формуле N-2.

RAID level-5E Enhanced (RAID level-5EE) подобен уровню RAID level-5E, но он имеет более эффективное распределение spare drive и, как следствие, — более быстрое время восстановления. Как и уровень RAID5E, этот уровень RAID распределяет в рядах блоки данных и контрольных сумм. Но он также распределяет и свободные блоки spare drive, а не просто оставляет под эти цели часть объема диска. Это позволяет уменьшить время, необходимое на реконструкцию целостности тома RAID5EE. Входящий в том резервный диск нельзя делить с другими томами — как и в предыдущем случае. Том RAID 5EE строится минимум на четырех физических дисках. Полезный объем логического тома вычисляется по формуле N-2.

Как ни странно, никаких упоминаний об уровне RAID 6E на просторах Интернета я не нашел — пока такой уровень никем из производителей не предлагается и даже не анонсируется. А ведь уровень RAID6E ( или RAID6EE? ) можно предложить по тому же принципу, что и предыдущий. Диск HotSpare обязательно должен сопровождать любой том RAID, в том числе и RAID 6. Конечно, мы не потеряем информацию при выходе из строя одного или двух дисков, но начать регенерацию целостности массива крайне важно как можно раньше, чтобы скорее вывести систему из «критического» режима. Поскольку необходимость диска Hot Spare для нас не подлежит сомнению, логичным было бы последовать дальше и «размазать» его по тому так, как это сделано в RAID 5EE, чтобы получить преимущества от использования бОльшего количества дисков (лучшая скорость на чтении-записи и более быстрое восстановление целостности).

Уровни RAID в «числах».

В таблицу я собрал некоторые важные параметры почти всех уровней RАID, чтобы можно было сопоставить их между собой и четче понять их суть.

Уровень	Избы  точность	Исполь зование емкости дисков	Произво дительность чтения	Произво дительность записи	Встроен ный диск резерва	Мин. кол-во дисков	Макс. кол-во дисков
RAID 0	нет	100%	Отл	Отл	нет	1	16
RAID 1	+	50%	Хор +	Хор +	нет	2	2
RAID 10	+	50%	Хор +	Хор +	нет	4	16
RAID 1E	+	50%	Хор +	Хор +	нет	3	16
RAID 5	+	67-94%	Отл	Хор	нет	3	16
RAID 5E	+	50-88%	Отл	Хор	+	4	16
RAID 5EE	+	50-88%	Отл	Хор	+	4	16
RAID 6	+	50-88%	Отл	Хор	нет	4	16
RAID 00	нет	100%	Отл	Отл	нет	2	60
RAID 1E0	+	50%	Хор +	Хор +	нет	6	60
RAID 50	+	67-94%	Отл	Хор	нет	6	60
RAID 15	+	33-48%	Отл	Хор	нет	6	60

Все «зеркальные» уровни — RAID 1, 1+0, 10, 1E, 1E0.

Давайте еще раз попробуем досконально разобраться, чем же различаются эти уровни?RAID 1. Это — классическое «зеркало». Два (и только два!) жестких диска работают как один, являясь полной копией друг друга. Выход из строя любого из этих двух дисков не приводит к потере ваших данных, так как контроллер продолжает работу с оставшимся диском. RAID1 в цифрах: двукратная избыточность, двукратная надежность, двукратная стоимость. Производительность на запись эквивалентна производительности одного жесткого диска. Производительность чтения выше, так как контроллер может распределять операции чтения между двумя дисками.

RAID 10. Суть этого уровня в том, что диски массива объединяются парами в «зеркала» (RAID 1), а затем все эти зеркальные пары в свою очередь объединяются в общий массив с чередованием (RAID 0). Именно поэтому его иногда обозначают как RAID 1+0. Важный момент — в RAID 10 можно объединить только четное количество дисков (минимум — 4, максимум — 16). Достоинства: от «зеркала» наследуется надежность, от «нуля» — производительность как на чтение, так и на запись.RAID 1Е. Буква «E» в названии означает «Enhanced», т.е. «улучшенный». Принцип этого улучшения следующий: данные блоками «чередуются» («striped») на все диски массива, а потом еще раз «чередуются» со сдвигом на один диск. В RAID 1E можно объединять от трех до 16 дисков. Надежность соответствует показателям «десятки», а производительность за счет большего «чередования» становится чуть лучше.RAID 1Е0. Этот уровень реализуется так: мы создаем «нулевой» массив из массивов RAID1E. Следовательно, общее количество дисков должно быть кратно трем: минимум три и максимум — шестьдесят! Преимущество в скорости при этом мы вряд ли получим, а сложность реализации может неблагоприятно отразиться на надежности. Главное достоинство — возможность объединить в один массив очень большое (до 60) количество дисков. Сходство всех уровней RAID 1X заключается в их показателях избыточности: ради реализации надежности жертвуется ровно 50% суммарной емкости дисков массива.

Андрей Егоров 

Описание рэйд массива и способы его восстановления

К сожалению, жесткие диски, которые являются на сегодняшний день основным хранилищем данных, не так надежны, как хотелось бы. И достаточно остро стоит проблема обезопасить свои файлы, чтобы не пришлось прибегать к восстановлению данных. Одним из путей решения этой проблемы является организация из двух и более накопителей raid массивов. Рейд массивы бывают разных конфигураций, и их создание преследует разные цели. От создания резервной копии информации, до ускорения существующей дисковой системы.

Почему может пропасть информация с RAID массива?

Основная причина, с которой мне, как инженеру по восстановлению информации приходится сталкиваться, это поломка одного или нескольких дисков рейд массива, когда перед непосредственно сборкой требуется произвести ремонт жесткого диска, вышедшего из строя. Следующая по частоте обращений с поломанным raid проблема — выход из строя рейд контроллера. Далее следуют всевозможные глюки raid контроллера, когда из рэйд массива выпадают диски (диск в raid массиве стал неактивным, получил статус degraded) и логические сбои — потеря логических томов raid или утрачена конфигурация массива. Нередко приходится сталкиваться с человеческим фактором — диски в рэйд массиве переставили местами, провели некорректную переинициализацию массива, провели неправильный ребилд рэйда.

В особо сложных случаях приходится сталкиваться с ситуациями, когда рейд массив был некорректно собран, и после такой пересборки были запущены проверочные утилиты Windows — чекдиск и им подобные.

Рассмотрим основные типы рэйд массивов:

Raid 0

Raid 0 описание

Рэйд 0 или рейд страйп (raid stripe) состоит в простейшем случае из двух дисков, блоки которых чередуются следующим образом: первые 64 килобайта на первом диске с 0-го сектора, второй блок в 64 килобайта на втором диске с 0-го сектора, третий блок опять на первом диске сразу по окончании первого, четвертый на втором диске по окончании второго блока и так далее. Размер блоков может варьироваться. За счет подобной организации массива достигается повышенная пропускная способность, по сравнению с одиночным диском, и как следствие повышается общая производительность дисковой подсистемы.

Raid 0 описание

Минимально необходимое количество дисков для создания raid0 массива — 2. При выходе из строя одного жесткого диска рэйд массив перестает функционировать, как говорится, рейд рассыпался и нужно восстановить информацию.

Восстановление raid 0

Как восстановить данные с raid0 массива? Очень просто. Определяем порядок и очередность дисков, размер блока, после чего с помощью программного обеспечения, которое может реализовывать виртуальный рэйд массив, указав все характеристики raid 0 массива, производим виртуальную сборку рэйд 0. По окончании этого процесса данные с raid 0 можно копировать на внешнее хранилище информации.

Raid 1

Raid 1 описание

Рэйд 1 или рейд зеркало, зеркальный raid массив, mirrored raid. В названии содержится его суть. Все диски массива имеют зеркальную копию содержимого raid array. Подобный raid массив имеет повышенную отказоустойчивость, и может функционировать до тех пор, пока хоть один из дисков рэйд массива продолжает работать.

Raid 1 описание

Минимально необходимое количество дисков для создания raid1 массива — 2, но в ряде случаев, в частности когда нужно программно восстановить LVM, собирается массив из одного диска с изначальным статусом degraded.

Восстановление raid 1

Не смотря на кажущуюся простоту — для того, чтобы восстановить данные с рэйд1 достаточно казалось бы восстановить информацию с любого из накопителей, на деле инженер сталкивается с необходимостью восстановления данных с наиболее актуального диска в массиве, т.к. изначально сложно сказать, какой именно диск в raid 1 массиве вышел из строя раньше и соответственно содержит устаревшие версии данных, а какой позже, и соответственно актуальность этого диска выше. В худшем случае приходится организовывать доступ к пользовательским данным на всех дисках для восстановления информации с неисправного raid 1 массива.

Raid 1e

Raid 1e описание

В raid 1E реализована функция сквозной записи блоков данных (stripe) когда каждый следующий блок записывается на следующий жесткий диск, кроме того на него же дублируется блок данных с предыдущего диска. Такая схема позволяет использовать нечетное количество дисков в рейде. При отказе одного диска в системе, потери данных не происходит. Ремонт raid 1e массива требуется при отказе более одного диска.

Raid 5

Raid 5 описание

По сути, RAID 5, пятый рэйд это тот же страйп, дополненный блоками контрольных сумм. Минимальное количество дисков для организации рейд массива пятого уровня — три HDD. Raid 5 подразделяется на forward (форвард), backward (бэквард), forward dynamic (форвард динамик) и backward dynamic (бэквард динамик). Отличия между этими типами raid 5 в очередности блоков контрольной суммы и их ротации. Отдельно стоит упомянуть про особенности восстановления raid 5 с серверов HP восстановление raid 5 hewlett Packard) где средствами контроллера организован так называемый delay, задержка, после которой собственно и начинается ротация блоков.

Raid 5 backward описание

Raid 5 forward описание

Raid 5 forward dynamic описание

Raid 5 backward dynamic описание

Минимально необходимое количество дисков для создания raid5 массива — 3. Рэйд 5 способен функционировать при выходе из строя одного диска в массиве. В этом случае замедляется скорость работы системы в целом. Появляются задержки особенно заметные при работе с базами данных. При выходе из строя двух дисков и более, raid 5 перестает работать и требуется восстановление данных.

Восстановление raid 5

Для восстановления данных с raid 5 массива требуется создание клонов по возможности всех дисков массива и сборка рейда виртуально. Порядок тот же, что и в случаях с восстановлением данных на raid 0, а именно: определение порядка дисков, размера блока и на финальных стадиях восстановления данных с рэйд 5 массива определение актуальной сборки в тех случаях, когда в массиве сперва вышел из строя один диск, какое-то время сервер работал в критическом режиме, и только потом на raid 5 отказало два диска или более.

Raid 5e

Raid 5e описание

Массив RAID 5e (RAID 5 enhanced) является усовершенствованной версией RAID5, с повышенной производительностью и сохранностью данных. Кроме резервирования места для контрольных сумм, также резервируется место для горячей замены (hot-spare). Причем, запись производится на каждый из жестких дисков и резервированное место так же есть на каждом из hdd. Таким образом , возрастает скорость работы raid-массива и каждый из жестких дисков используется равномерно. Для построения Raid 5E потребуется как минимум 4 жестких диска. Отличительная особенность массива этого уровня в том, что резервная область hot spare расположена в логическом конце физических дисков.

Raid 5-e backward описание

Восстановление raid 5e

По сравнению с обычной пятеркой рейд 5е собирается несколько сложнее, так как приходится учитывать наличие hot spare пространства. Если из массива не выпадали в процессе диски, не шел процесс самовосстановления raid массива средствами контроллера, то сборка 5e рэйд массива ни чем не отличается от обычной пятерки. Если же хот спейр пространство было использовано (или началось использоваться) то приходится этот нюанс учитывать. Но в целом базовый подход такой же — определение очередности накопителей, определения размера блока, типа ротации блоков четности и определение актуальности жестких дисков в массиве.

Raid 5ee

Raid 5ee описание

RAID 5EE отличается от RAID 5E только логической структурой расположения данных. Если в RAID 5E резервное место выделяется общим куском в конце массива, то в RAID 5EE это место делится на блоки которые ротируются с блоками контрольной суммы и блоками данных. При перестройке(rebuild) массива, такая схема расположения блоков ускоряет процесс восстановления работоспособности. Рэйд 5 ее так же весьма напоминает по своему строению raid 6 где вместо одного из блоков четности используется hot-spare блок.

Raid 5-ee backward описание

Восстановление raid 5ee

Особенности восстановления информации с такого, прямо скажем нечасто встречающегося рейд массива, каким является raid 5ee заключаются в сложности его идентификации. Если массив вышел из строя по причине поломки рэйд контроллера идентификация достаточно проста, наличие регулярно повторяющихся пустых блоков ожидаемого размера говорит само за себя. Если же в процессе работы рэйд массива вышел из строя один жесткий диск и его заменили другим, начался процесс переинициализации массива (ребилд рэйда) который закончился с ошибкой, или raid контроллер перевел массив в аварийный режим, то ранее пустые блоки могут содержать данные, рассчитанные контроллером по контрольным суммам.

Raid 6

Raid 6 описание

Дальнейшее логическое развитие пятого рэйда — raid 6, который от пятого отличается наличием двух блоков контрольных сумм, и соответственно в состоянии пережить выход из строя двух дисков в массиве. Типы ротации блоков контрольных сумм те же — forward, backward и их dynamic вариации. При выходе из строя трех дисков и больше в рэйд 6 массиве сервер перестает функционировать и требуется восстановление информации. Точно так же различают рэйд форвард, рэйд бэквард и их динамик вариации.

Raid 6 backward описание

Raid 6 forward описание

Минимально необходимое количество дисков для создания raid6 массива — 4.

Восстановление raid 6

И опять методология сходна с восстановлением информации на raid 5, проблема осложняется только тем, что из коммерческого программного обеспечения мало кто может похвастаться поддержкой восстановления данных с raid 6. Но в целом порядок тот же — определение очередности, размера блоков и выяснение степени актуальности. Кроме того, нужно отметить что на raid 6 массивах чаще чем на 5-х и уж тем более чаще чем на страйпах или рейд-зеркалах встречаются такие вещи, как слайсы, десятки виртуальных машин, малораспространенные файловые *NIX системы и прочие прелести.

Рекомендую к прочтению дополнительные материалы: восстановление raid 6 и raid 6 wide pace proNAS OS

Raid 10

Raid 10 описание

Raid 10 представляет из себя комбинацию рейдов первого и нулевого уровней. В raid 10 используется 4 (или более) жестких диска, которые попарно зеркалированы друг на друга(RAID 1), а пары объединены в RAID 0. Поломка диска внутри пары, не приводит к потере данных, однако при выходе из строя пары, данные теряются и требуется процедура восстановления.

Raid 10 описание

Минимально необходимое количество дисков для создания raid10 массива — 4.

Восстановление raid 10

Восстановление данных с рэйд массива raid 10 вышедшего из строя по причине аппаратного сбоя (поломки нескольких жестких дисков в рэйд массиве) приходится делать не часто. Гораздо чаще приносят на восстановление raid10 массивы на которых потеряны данные вследствие сбоя контроллера или неквалифицированных действий персонала (системных администраторов). Ввиду недостаточно эффективного использования дискового пространства подобные рэйд-массивы используют в крупных коммерческих организациях и как правило подобные задачи осложнены использованием слайсов, когда идет поступенчатое представление физические жесткие диски — логические — физические — логические. Когда аппаратно собранный неразмеченный еще рейд-массив средствами raid контроллера делится на слайсы, которые опять таки представляются как физические накопители, из которых в свою очередь собирается другой raid массив, возможно с другой конфигурацией, например рэйд5 или рэйд0.

Raid JBOD

JBOD Raid описание

JBOD (Just a bundle of disks), то есть связка жестких дисков, рейд массивом строго говоря не является. Однако несколько дисков могут быть объединены в один логический раздел с помощью операционной системы, либо аппаратно, с помощью рэйд контроллера, поддерживающего функцию построения jbod массива. Файлы обычно записываются последовательно до конца диска, далее запись продолжается на следующий указанный hdd. Подобная организация данных не требует специального оборудования, как я сказал выше, и может быть реализована на программном уровне средствами ОС или стороннего ПО. Однако при поломке одного из дисков файловая система разрушается и требуется операция восстановления данных jbod массива.

JBOD массив описание

Минимально необходимое количество томов (дисков) для создания jbod — 2.

Восстановление JBOD

В случае выхода из строя дискового jbod массива необходимо определиться с порядком дисков, это не сложно сделать, если в джибод-массиве всего два накопителя, и задача становится сложнее, если дисков три или более. В этом случае нужно провести анализ таблиц размещения файлов, определиться с адресацией начала файла или директории и проведя необходимые вычисления достаточно легко определить очередность дисков в массиве. Так же нужно отметить, что в ряде случаев, когда один или несколько дисков jbod массива вышли из строя и не подлежат восстановлению, информацию с поврежденного jbod все же можно достать, пусть и частично.

Raid 50

Raid 50 описание

Raid 50 является комбинацией между двумя рэйд-массивами пятого уровня, объединенными между собой в страйп, или raid 0. Минимальное количество дисков для построения рэйд 50 массива — шесть штук.

Raid 50 описание

На иллюстрации показан частный случай организации такого массива. Нужно иметь ввиду, что на ряде контроллеров идет каскадное представление дисков по цепочке физический-логический-физический. То есть шесть физических жестких дисков объединяются в два логических массива (диска) raid-5, далее они представляются как два физических диска соответствующего размера и уже эти диски объединяются между собой в страйп, со своим размером блока и очередностью и восстановление raid может быть в такой ситуации весьма нетривиальной задачей. Полученный логический диск собранный по технологии рейд 50, уже средствами ОС воспринимается как физический, и размечается и форматируется.

В качестве иллюстрации возможных нагромождений представим что этот «физический» диск raid-50 делится средствами ОС на два логических, из которых собирается JBOD или raid-0 уже средствами ОС. Инженер осуществляющий восстановление данных raid и получивший шесть дисков которые состояли в подобном массиве может потратить массу времени на построение таблиц соответствия блоков и дисков.

Восстановление Raid-50

Как и в случаях с рэйд массивами 6-го уровня, на raid-50 достаточно часто встречаются надстройки в виде слайсов, крутятся десятки виртуальных машин, *nix файловые системы, VMFS и прочие радости бытия. Восстановление информации с raid50 является достаточно сложной задачей. Для начала нужно попытаться получить максимально полную информацию о предполагаемой конфигурации, количестве и размере разделов и т.п. Далее, определившись с конфигурацией, целесообразно идти по пути сборки, которой оперировал raid контроллер. То есть сначала собираются все рэйд-5 массивы входившие в состав raid50, выгружаются в отдельные образы и уже они объединяются в виртуальный страйп.

Рекомендации по выбору рэйд массива и эксплуатации рэйд массивов

Для того, чтобы ответить на вопрос, какой же рэйд массив лучше использовать на практике, нужно определиться с задачами, которые стоят перед конторой или системным администратором. В общем случае таких задач две, повышение скорости дисковой подсистемы и повышение надежности хранения информации. Редко какая то из этих двух целей доминирует, как правило, используется комбинированный подход со смещением приоритетов в сторону быстродействия или сохранности данных. Немаловажную роль в принятии решения играет и финансовая составляющая, которую можно условно представить как цена за гигабайт дискового пространства. Очевидно, что у страйпа и JBOD она будет ниже всего, т.к. потерь нет, дисковое пространство всех жестких дисков в массиве суммируется, а например на зеркальном рэйде стоимость доступного гигабайта будет больше всего.

Комбинированные решения, они же наиболее популярные, это массивы Raid level 5. Эти массивы являются абсолютными лидерами по использованию, соответственно и обращаются с проблемами в рйэд 5 массивах чаще.

Наиболее критичные данные целесообразно держать на рэйд 1 или рэйд 10, либо на рэйд 5 с обязательной продуманной политикой создания резервных копий на внешние диски, не входящие в состав массива. Страйпы целесообразно использовать для выделенного дискового пространства в файлах подкачки на графических станциях, известно, что тот же Photoshop очень любит свопы туда сюда прокачивать и при работе с большими изображениями это может серьезно сказаться на быстродействии системы.

JBOD как правило используют, чтобы достичь объема единого диска, недоступного в качестве физического. То есть если вам требуется диск на 10 терабайт для выгрузки части образа при восстановлении raid 10 на 24-х двух терабайтниках (а это еще не самый сложный массив с которым приходилось сталкиваться), то создание JBOD массива это самый удобный и правильный в этой ситуации подход к решению задачи.

Если вы столкнулись с потерей данных на рэйд массиве, вы можете получить бесплатную online или телефонную консультацию и рекомендации к дальнейшим действиям от специалиста по восстановлению данных.

Читать так же:

Восстановление Raid HP с двумя вышедшими из строя дисками

Описание виртуальной сборки Raid массива 5-го уровня Hewlett Packard с двумя вышедшими из строя дисками и определением неактуального диска

Восстановление Raid-6 Wide pace proNAS OS после ребилда

Редкий тип массива RAID-6 Wide pace из proNAS OS (proNASVG) на примере заказа, присланного из Читы

Используемые источники:

• https://eternalhost.net/blog/sistemnoe-administrirovanie/raid-massiv
• https://www.aktivsb.ru/statii/raid_0_raid_1_raid_5_raid_10_ili_chto_takoe_urovni_raid.html
• https://www.hardmaster.info/articles/30-07-2018.html