дисковый массив что это
Как создать RAID-массив
Содержание
Содержание
У любого пользователя ПК рано или поздно появляется целая коллекция накопителей, или особые требования, которые одним диском не решить. Например, увеличение скорости, надежности системы хранения, или просто удобства использования. И с этим может справиться RAID-массив. Так как нельзя объять необъятное, рассмотрим только те случаи, с которыми может столкнуться обычный пользователь Windows 10. Конечно же, в первую очередь, понадобится оборудование.
Что может понадобиться
Материнская плата. Преимущество в том, что она у вас уже есть, а вот недостатков хватает:
Если хотя бы один пункт вас не устраивает — вам, скорее всего, понадобится внешний контроллер, например:
Накопители. Желательно наличие поддержки RAID-контроллеров. Разница, по сравнению с обычными, заключается в поведении при нештатной ситуации. В случае возникновения ошибки обычный накопитель, в попытках решить проблему самостоятельно, может не успеть отчитаться перед контроллером, что закончится разрушением массива. Также стоит обратить внимание на наличие других оптимизаций для работы в RAID. Например, повышенную устойчивость к вибрации. Чем больше нагрузка и дисков тем больше эффект от таких оптимизаций.
Корзина не менее важна. Чем больше дисков и чем больше нагрузка на них, тем важнее виброизоляция.
Так выглядит достаточно хорошая корзина в потребительском корпусе — обратите внимание на голубые вставки виброгасящего материала:
Конечно, это далеко не предел возможностей корзины. В RAID-массивах диски работают практически синхронно, а если они одной модели, то имеют практически одинаковые резонансы, что при большой нагрузке в обычном корпусе может привести к поломке за считанные недели.
Охлаждение.Забывать про обдув накопителей тоже не стоит. Оптимальная температура 30–45 градусов. С такой задачей справится обычный тихий кулер, главное чтобы он был и работал.
Самые распространенные типы массивов
Проще всего сделать массив средствами ОС
Опционально можно убедиться, что в настройках прошивки SATA переведены в режим AHCI в зависимости от материнской платы это может дать возможность замены дисков прямо на работающем компьютере. Для этого надо найти соответствующие настройки в прошивке. Лучше всего ознакомиться с руководством или обзорами для вашей материнской платы. Конкретно на этой материнской плате AHCI активен всегда, даже в режиме RAID.
На старых чипсетах выбор чуть больше.
В случае если установлен режим IDE, переставлять сразу в AHCI не стоит, практически наверняка это вызовет BSOD. В любом случае этот пункт не обязателен. Даже если в системе есть SSD, режим IDE пропускает команду TRIM. Но если хочется, то можно запустить программу Sysprep перед сменой IDE на SATA в прошивке. Установленная галочка снесет активацию и не только на Windows.
Данная процедура предназначена для OEM-сборщиков, которые настраивают систему перед продажей. Также создается новый пользователь в системе, через которого и придется зайти. И потом просто удалить лишнего пользователя куда проще, чем ковыряться в реестре. Если не успеете зайти в прошивку до загрузки ОС, то придется повторить. Поэтому убедитесь, что у вас не включен Ultra Fast Boot.
После подготовительных процедур можно приступать к созданию массива. Для этого правой кнопкой по меню пуск вызывается управление дисками.
Новый диск потребуется инициализировать, после этого выберите соответствующий вашим запросам уровень массива:
После этого запустится мастер создания томов:
Для RAID 1 лучше не использовать максимальный объем. Купленный в будущем, диск на замену вышедшему из строя, может оказаться чуть-чуть меньше. Также можно сделать RAID 1 для операционной системы, но в случае GPT разметки и отказа загрузочного накопителя потребуется восстановление UEFI загрузчика.
Более сложный способ — средствами материнской платы
Придется прогуляться на сайт производителя чипсета и скачать все, что имеет в своем названии RAID.
И тут всплывает первый подводный камень. Инсталлятор драйверов RAID отказывается устанавливаться, при отсутствии активированного в прошивке RAID.
И на этом все. Потому что если ОС установлена на SATA, это приведет к невозможности загрузки без дополнительных манипуляций с прошивкой. При загрузочном NVMe можно активировать режим RAID для SATA, и спокойно поставить драйвера. В случае, если загрузочный накопитель и будущий RAID на базе SATA, можно поставить все три драйвера в ручном режиме. ВНИМАНИЕ! Это приведет к невозможности загрузки в обычном режиме.
Теперь, когда пути назад нет, обратите внимание на эти пункты (при других параметрах BIOS доступа к настройкам массивов не будет):
И только после сохранения и перезагрузки откроется доступ к настройкам:
По умолчанию из всех существующих накопителей создаются JBOD с 1 накопителем в массиве. Поэтому надо удалить массивы, в которых оказались накопители для RAID:
Спешка тут не нужна, потому что расстаться с важной информацией на этом этапе очень просто. Положение Enabled означает, что массив будет удален:
Теперь после того, как появились накопители не участвующие ни в одном массиве, на их базе создается новый:
В данном случае Volume соответствует JBOD, а RAIDABLE — диски, предназначенные под автоматическое восстановление массива:
Объем массива можно поменять с помощью цифровой клавиатуры.
Теперь, когда создание закончено, возвращаемся в Windows, и, через управление дисками, с массивом можно работать как с обычным диском. Обратите внимание — объем, полученный с помощью материнской платы, чуть меньше. Недостача ушла на нужды контроллера.
После инициализации в неразмеченной области можно создать обычный том. Мастер будет выглядеть практически так же, как и выше за пропуском нескольких пункт.
Если же предстоит установка Windows, содержимое архива с названием nvme_sata_raid_windows_driver надо закинуть на установочную флешку в распакованном виде. И в процессе установки указать — откуда их брать.
Установить надо все три драйвера в указанной последовательности.
После чего можно продолжить установку как обычно. И все это не зря, по сравнению с массивом, созданным на базе ОС:
Массив, созданный с помощью матплаты умеет кешировать данные хоть и не большого объема:
Комплектное ПО RAIDXpert2 по большей части дублирует возможности прошивки.
Оно позволяет производить все операции не покидая ОС. Конечно, это не исчерпывающее руководство к действию, но позволит обойти самые распространенные грабли.
Дисковый массив
Дисковый массив (жарг. полка) — это внешнее устройство хранения, состоящее из нескольких жестких дисков.
В отличие от отсека для установки жёсткого диска в корпусе компьютера или специального конструктива для крепления одиночного диска, включающего в себя средства реализации физического и механического (соответствующие разъёмы) интерфейса, и, при необходимости, крепежа внутри такого конструктива дискового накопителя иного формата, (например 3½» в конструктиве 5¼») — т. н. «кармана», представляет собой куда более сложную систему, состоящую из следующих компонентов:
Некоторые из этих блоков могут быть выполнены в виде единой платы, например: RAID-контроллер, вместе с кеш-памятью, резервным питанием кеша, и контроллером доступа. Также в некоторых, менее дорогих устройствах, могут отсутствовать какие-то компоненты или их резервирование.
Обычно дисковый массив обеспечивает высокую доступность благодаря:
Также дисковые массивы могут обеспечивать повышенную скорость доступа к данным или увеличенную пропускную способность благодаря:
Дисковые массивы делят на 3 категории:
Полезное
Смотреть что такое «Дисковый массив» в других словарях:
дисковый массив FTDS — Обеспечивает непрерывную доступность данных в случае сбоя одного из компонентов системы. [http://www.morepc.ru/dict/] Тематики информационные технологии в целом EN Failure Tolerant Disk SystemFTDS … Справочник технического переводчика
дисковый массив независимых дисков — Система хранения на основе жестких дисков, предназначенная для повышения надежности хранения и возможности восстановления информации. [http://www.morepc.ru/dict/] Тематики информационные технологии в целом EN RAIDRedundant Array of Independent… … Справочник технического переводчика
дисковый массив типа FRDS — Предназначен для защиты данных при сбое одного компонента системы или одного диска. FRDS+ дополнительно имеет автоматическую «горячую» замену дисков и защиту данных от сбоев кэша или источника питания. [http://www.morepc.ru/dict/]… … Справочник технического переводчика
Дисковый кэш — Кэш (англ. cache[1], произносится kæʃ кЭш) промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена. Доступ к данным в… … Википедия
Дисковый кеш — Кэш (англ. cache[1], произносится kæʃ кЭш) промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена. Доступ к данным в… … Википедия
RAID — У этого термина существуют и другие значения, см. RAID (значения). RAID (англ. redundant array of independent disks избыточный массив независимых жёстких дисков) массив из нескольких дисков, управляемых контроллером,… … Википедия
JBOD — (от англ. Just a bunch of disks, просто пачка дисков) дисковый массив, в котором единое логическое пространство распределено по жёстким дискам последовательно. Однако в некоторых RAID контроллерах режимом «JBOD» назван режим, при… … Википедия
Сервер (аппаратное обеспечение) — У этого термина существуют и другие значения, см. Сервер. Сервер (англ. server от to serve служить) аппаратное обеспечение, выделенное и/или специализированное для выполнения на нём сервисного программного обеспечения (в том… … Википедия
Рейд — Рейд: Рейд (от нидерл. reede) прибрежная акватория, место якорной стоянки судов. Военный рейд (от англ. raid, налёт) способ боевых действий. Рейд стратегический завод в Самаре. Рейд УКВ приёмопередатчик.… … Википедия
RAID (значения) — RAID дисковый массив независимых дисков. RAID американский беспилотный привязной разведывательный аэростат. Raid торговая марка, под которой выпускаются средства для борьбы с насекомыми. Raid объединение нескольких команд… … Википедия
Записки IT специалиста
Технический блог специалистов ООО»Интерфейс»
RAID-массивы давно и прочно вошли в повседневную деятельность администраторов даже небольших предприятий. Трудно найти того, кто никогда не использовал хотя бы «зеркало», но тем не менее очень и очень многие с завидной периодичностью теряют данные или испытывают иные сложности при эксплуатации массивов. Не говоря уже о распространенных мифах, которые продолжают витать вокруг вроде бы давно избитой темы. Кроме того, современные условия вносят свои коррективы и то, чтобы было оптимальным еще несколько лет назад сегодня утратило свою актуальность или стало нежелательным к применению.
Чем является и чем не является RAID-массив
Здесь может возникнуть некоторая путаница, ведь сначала мы сказали, что RAID не защищает, а потом выяснилось, что все-таки защищает, но никакой путаницы нет. Основную ценность для пользователя представляют данные, причем не некоторые абстрактные нули-единицы, кластеры и блоки, а вполне «осязаемые» файлы, которые содержат необходимую нам информацию, иногда очень дорогостоящую. Мы будем в последствии называть это пользовательскими данными или просто данными.
BAD-блоки и неисправимые ошибки чтения
Если в этой области данных возникнет сбойный сектор, то он вполне себе может остаться необнаруженным до момента реконструкции (ребилда) массива или попыток слить данные с массива с отказавшей избыточностью. В зависимости от типа массива такой сектор может привести от невозможности выполнить ребилд до полной потери массива во время его реконструкции. По факту невозможность считать данные с еще одного диска в массиве без избыточности можно рассматривать как отказ еще одного диска со всеми вытекающими.
Кроме физически поврежденных секторов на диске могут быть логические ошибки. Чаще всего они возникают, когда контроллер без резервной батарейки использует кеширование записи на диск. При неожиданной потере питания может выйти, что контроллер уже сообщил системе о завершении записи, но сам не успел физически записать данные, либо сделал это некорректно. Попав в область с холодными данными, такая ошибка тоже может жить очень долго, проявив себя в аварийной ситуации.
В данном случае в качестве единицы измерения мы использовали десятичные единицы измерения объема, т.е. те, что написаны на этикетке диска, исходя из того, что 1 КБ = 1000 Б.
Так для одиночного диска массовой серии годовая частота отказов составит 0,87%, а для корпоративных дисков 0,44%, вроде бы немного, но если сделать расчет для массива из 5 дисков, то мы получим уже 4,28% / 2,16%. Согласитесь, что вероятность отказа в 5% достаточно велика, чтобы сбрасывать ее со счетов. В тоже время такое знание позволяет обоснованно подходить к закупке комплектующих, теперь вы можете не просто апеллировать к тому, что вам нужны корпоративные диски, потому что они «энтерпрайз и все такое. «, а грамотно обосновать свое мнение с цифрами в руках.
Но в реальной жизни не все так просто, годовая величина отказов не является статичной величиной, а подчиняется законам статистики, учитывающим совокупность реальных факторов. Не углубляясь в теорию мы приведем классическую кривую интенсивности отказов:
За ним следует период нормальной эксплуатации t1-t2, вероятность отказов в котором невелика и соответствует расчетным значениям (т.е. тем показателям, которые мы вычислили выше).
Правее отметки t2 на графике начинается период износовых отказов, когда оборудование начинает выходить из строя выработав свой ресурс, повышенная нагрузка будет только усугублять этот показатель. Также обратите внимание, что функция износа изменяется не линейно, по отношении ко времени, а по логарифмической функции. Т.е. в периоде износа отказы будут увеличиваться постепенно, а не сразу, но, с какого-то момента стремительно.
К чему это может привести? Скажем, если вы эксплуатируете массив, находящийся в периоде износовых отказов и у него выходит из строя один из дисков, то повышенная нагрузка во время ребилда способна привести к новым отказам, что чревато полной потерей массива и данных.
Для жестких дисков и SSD, согласно имеющейся статистики, период приработки где-то равен 3-6 месяцам. А период износовых отказов следует начинать отсчитывать с момента окончания срока гарантии производителя. Для большинства дисков это два года. Это хорошо укладывается в ту же статистику, которая фиксирует увеличение количества отказов на 3-4 году эксплуатации.
Мы не будем сейчас делать выводы и давать советы, приведенных нами теоретических данных вполне достаточно, чтобы каждый мог самостоятельно оценить собственные риски.
Немного терминологии
Весь входящий поток данных разбивается контроллером на блоки определенного размера, которые последовательно записываются на диски массива. Каждый такой блок является минимальной единицей данных, с которой оперирует RAID-контроллер. На схеме ниже мы схематично представили массив из трех дисков (RAID 5).
Каждая шайба на схеме представляет один такой блок, для обозначения которого используют термины: Strip, Stripe Unit, Stripe Size или Chunk, Сhunk Size. В русскоязычной терминологии это может быть блок, «страйп», «чанк». Мы, во избежание путаницы с другой сущностью, предпочитаем использовать для его обозначения термин Chunk (чанк, блок), в тоже время встроенный во многие материнские платы Intel RAID использует термин Stripe Size.
Группа блоков (чанков) расположенная по одинаковым адресам на всех дисках массива обозначается в русскоязычных терминах как лента или полоса. В англоязычной снова используется Stripe, а также «страйп» в переводах, что в ряде случаев способно внести путаницу, поэтому при трактовании термина всегда следует учитывать контекст его употребления.
Каждая полоса содержит либо набор данных, либо данные и их контрольные суммы, которые вычисляются на основе данных каждой такой полосы. Глубиной или шириной полосы (Stripe width/depth) называется объем данных, содержащийся в каждой полосе.
RAID 0
Несложно заменить, что отказ даже одного диска будет для массива фатальным, поэтому в чистом виде он практически не используется, разве что в тех случаях, когда на первый взгляд выходит быстродействие, при низких требованиях к сохранности данных. Например, рабочие станции, которые размещают на таких массивах только рабочий набор данных, который обрабатывается в текущий момент.
RAID 1
Один из самых популярных видов массивов, знакомый, пожалуй, каждому. RAID 1, он же зеркало (Mirror), состоит обычно из двух дисков, данные на которых дублируют друг друга.
Входящие данные также разбиваются на блоки и каждый блок записывается на все диски массива, тем самым обеспечивая избыточность. При отказе одного из дисков на втором у нас остается полная копия данных. Дополнительный плюс в том, что для восстановления таких данных не требуется никаких дополнительных операций, вы можете просто присоединить диск к любому ПК и выполнить с него чтение, что важно, если ребилд массива по какой-либо причине сделать не удастся.
Для RAID 1 пенальти равно двум. Поэтому его производительность на запись не отличается от производительности одиночного жесткого диска. На чтение, теоретически, можно достичь двойной производительности за счет одновременного чтения с разных дисков, но на практике такая функция в контроллерах не реализуется. Поэтому чтение с зеркала также не отличается по производительности от одиночного диска.
RAID 01 (0+1)
Что случится при отказе одного диска? Ничего страшного, массив выдерживает такой отказ. А если выйдут из строя два? В этом случае возможны варианты:
Для массива из четырех дисков (а это минимальное количество для этого уровня RAID) у нас есть шесть вариантов отказа двух дисков. Исходя из того, что отказ из любого диска RAID 0 является для него фатальным, то получаем 4 отказа из 6 или 66,67%. Т.е. при потере двух дисков вы потеряете свои данные с вероятностью 66,67%, что довольно-таки много.
RAID 10
«Десятка» также собирается минимум из 4 дисков, но внутренняя структуре ее зеркально отличается от 0+1:
В отличие от страйпа, для отказа зеркала нужен выход из строя обоих диском массива и только эта ситуация приведет к полному отказу RAID 10, из 6 вариантов это произойдет только в двух случаях, т.е. вероятность потери данных при отказе двух дисков в RAID 10 равна 33,33%. А теперь сравните это с 66,77% у RAID 0+1, поэтому в настоящее время применяется исключительно RAID 10, так как при одинаковых показателях производительности обеспечивает гораздо более высокую надежность.
Пенальти RAID 10, также, как и RAID 1 равно двум, но за счет наличия четырех дисков он обеспечивает скоростные показатели аналогичные RAID 0 при надежности сопоставимой с RAID 1, емкость массива равна емкости половины его дисков.
RAID 5
Устройство RAID 5 более сложно, чем у «младших» уровней RAID и здесь появляется понятие контрольной суммы, на же Рarity, четность. В основу алгоритма положена логическая функция XOR (исключающее ИЛИ), так для трех переменных будет справедливо равенство:
Данные формулы остаются справедливы для любого количества переменных, позволяя обходится единственным значением четности. Таким образом минимальное количество дисков в RAID 5 будет равно трем: два диска для данных и один диск для четности. Раньше существовали реализации RAID 3 и 4, которые использовали для хранения блоков четности отдельный диск, что приводило к высокой нагрузке на него, в RAID 5 поступили иначе.
Здесь данные точно также разбиваются на блоки и распределяются по дискам, как в RAID 0, но появляется еще и понятие полосы, для каждой полосы данных вычисляется контрольная сумма и записывается в той же полосе на отдельном диске, т.е. один из дисков полосы выполняет роль диска для хранения четности. В следующей полосе происходит чередование дисков, теперь два других диска будут хранить данные, а третий четность. Таким образом достигается равномерное использование всех дисков, что снижает нагрузку на диски и повышает производительность массива в целом.
Это означает, что производительность на запись массивов из небольшого числа дисков (менее 5) будет ниже, чем у одиночного диска, но производительность чтения будет сравнима с RAID 0. При этом массив допускает отказ любого одного диска.
В этом месте мы подходим к развенчанию одного из мифов, что RAID 5 «круче», нет, он не «круче», а по производительности даже уступает тому же RAID 10 (а иногда даже и зеркалу). Но по соотношению производительности, накладных расходов и надежности данный уровень RAID представлял наиболее разумный компромисс, что и обеспечило его популярность.
Внимательный читатель заметит, что в прошлом абзаце мы высказались о преимуществах RAID 5 в прошедшем времени, действительно это так, но, чтобы понять почему, следует поговорить о недостатках, которые наиболее ярко проявляются при выходе из строя одного из дисков.
При отказе одного диска массив переходит в режим деградации, при этом по его надежность начинает соответствовать RAID 0, т.е. отказ еще одного диска, BAD-блок или ошибка URE могут стать для него фатальными. При замене неисправного диска массив переходит в режим реконструкции (ребилда), который сопряжен с высокой нагрузкой на оборудование, так как для восстановления контроллер должен прочитать весь объем данных массива. Любой сбой в процессе ребилда также может привести к полному разрушению массива.
Но сегодня RAID 5 в принципе неприменим с массовыми сериями дисков, и с определенными оглядками применим на корпоративных сериях. Не смотря на более высокое значение URE последних, не будем забывать о возможных сбойных областях в зоне холодных данных, а чем больше объем дисков, тем больше секторов, тем больше вероятность сбоя в одном из них.
Также это хорошая иллюстрация пагубности мифов, так как собрав сегодня «крутой» массив RAID 5 вы с очень большой вероятностью просто угробите все свои данные при отказе одного из дисков.
RAID 5E
RAID 5E предлагает иной подход, пространство резервного диска разделяется между остальными дисками и остается неразмеченным в конце каждого диска массива.
При замене неисправного диска массив переносит данные из резервной области на новый диск и снова начинает работать как RAID 5E (производит развертывание), при этом операция развертывания не сопряжена с дополнительными рисками, отказ диска или ошибка в данной ситуации не будут фатальными.
RAID 5EE
RAID 6
В отличие от RAID 5 этот массив использует две контрольные суммы и два диска четности, поэтому для него понадобятся 4 диска, при этом допускается выход из строя двух из них. Также, как и у RAID 5 алгоритм позволяет использовать всего две контрольные суммы вне зависимости от ширины полосы и общий объем массива всегда будет равен объему всех дисков за вычетом двух. При отказе одного диска RAID 6 выдерживает отказ еще одного, либо ошибку чтения без фатальных последствий.
В общем, повысив надежность, данный массив существенно потерял в производительности настолько, что многие поставщики не рекомендуют его использование кроме как для хранения холодных данных.
И снова вернемся к мифам: RAID 6 это «круто»? Может быть, во всяком случае за свои данные можно не беспокоиться. А почему так медленно? Так это плата за надежность.
RAID 6E
RAID 50 и RAID 60
Заключение
Данная статья в первую очередь предназначена для исключения пробелов в знаниях и не претендует на какие-либо рекомендации. Тем не менее кое какие выводы можно сделать. RAID 5 в современных условиях применять не следует, скорее всего вы потеряете свои данные в любой нештатной ситуации.
RAID 6 имеет наиболее разумное сочетание надежности и накладных расходов, но его производительность оставляет желать лучшего.
Также мы надеемся, что данный материал поможет вам в осознанном выборе уровня RAID-массива согласно вашим требованиям.
Помогла статья? Поддержи автора и новые статьи будут выходить чаще:
Или подпишись на наш Телеграм-канал: 