Типы RAID-массивов: простое объяснение особенностей, преимуществ и недостатков

• Марьяна Ермолова
• Опубликовано: Август 2, 2022
• Обновлено: Август 3, 2022

Существуют следующие уровни RAID: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Кроме того, существуют комбинации: 01, 10, 50, 60 и другие. В этой статье мы рассмотрим несколько наиболее распространенных типов RAID-массивов, принципы их работы, преимущества и недостатки, чтобы вы могли сделать правильный выбор для своих потребностей и задач.

RAID 0 (чередование)

RAID 0, также известный как чередующийся набор или чередующийся том, представляет собой небезопасную систему RAID. Это означает, что, если один из жестких дисков выйдет из строя, данные будут потеряны. Рассмотрим несколько основных особенностей RAID 0:

• Для создания RAID 0 требуется минимум 2 жестких диска.
• При создании системы RAID необходимо определить «размер блока». Используя этот параметр, данные разделяются в соответствии с размером блока и записываются поочередно на каждый жесткий диск. Грубо говоря, первые 64кб файла записываются на первый HDD, следующие 64кб записываются на второй HDD и так далее.
• Эта система позволяет записывать или читать части данных на каждом диске одновременно. Таким образом, скорость чтения и записи на массиве RAID 0 увеличивается.

Преимущества уровня RAID 0

• Самая высокая скорость чтения и записи.
• 100% эффективность использования дискового пространства.

Недостаток RAID 0

Самая низкая надежность хранения данных. Тем не менее, если один жесткий диск выйдет из строя, то и весь RAID 0 станет недееспособным. Действительно, файлы разделены и повторно разделены на всех жестких дисках, поэтому для получения всех частей файла необходимы все жесткие диски.

Причины сбоев массива RAID 0

• Физическая проблема на одном из жестких дисков.
• Потеря конфигурации RAID.
• Реконфигурация RAID.
• Ошибка SMART на одном из жестких дисков.

RAID 1 (зеркалирование)

RAID 1, известный как зеркальный RAID, представляет собой безопасную систему RAID. Пока хотя бы один из жестких дисков исправен, эта система RAID будет работать. Рассмотрим особенности массива RAID 1:

• Для создания RAID 1 требуется минимум 2 жестких диска.
• Данные просто дублируются на каждый жесткий диск массива RAID 1.
• Такая RAID-система очень безопасна, но не работает быстро при чтении/записи. Действительно, система устроена так, что данные должны каждый раз дублироваться на все жесткие диски массива.

Преимущества уровня RAID 1

• Достаточно высокая степень надежности.
• Самая высокая скорость чтения за счет параллельных запросов ко всем дискам сразу.

Недостаток RAID 1

Поскольку каждый последующий жесткий диск является клоном первого, в результате вы будете иметь только половину от их общей памяти.

Причины сбоев массива RAID 1

• Потеря конфигурации RAID.
• Реконфигурация RAID 1 в другой тип RAID.
• Сбой в электросети.

RAID 5 (чередование с распределенной четностью)

RAID 5, известный как чередование на уровне блоков с распределенной четностью, представляет собой довольно безопасную систему RAID. Он может работать при отказе одного диска в RAID-массиве. Если выйдет из строя более, чем один диск, система RAID перестанет работать. Рассмотрим особенности работы массива RAID 5:

• Для создания RAID 5 требуется минимум 3 жестких диска. При расчете четности RAID 5 может работать, если один из жестких дисков выходит из строя.
• Допустим, у нас есть RAID 5, состоящий из 4 жестких дисков. Файл, записанный в системе RAID, разбит на небольшие блоки длиной по X секторов. Первый блок файла записывается на первый HDD, второй на второй HDD и третий на третий HDD. Затем из этих 3 блоков вычисляется четность (это результат XOR для 3 блоков). Эта четность записана на четвертом HDD. Это продолжается и продолжается для каждой строки.
• Чтобы избежать наличия всех четностей на одном жестком диске, четность записывается на другой жесткий диск циклическим образом. Это называется типом смещения четности.
• Четность — это XOR (исключающее ИЛИ), вычисляемое для блоков данных. Если один из жестких дисков выходит из строя, блок данных в этой строке отсутствует. Отсутствующий блок вычисляется из оставшихся блоков простым уравнением.
• При замене вышедшего из строя жесткого диска недостающие данные воссоздаются благодаря другим жестким дискам массива RAID 5.

Преимущества уровня RAID 5

• Значительное повышение скорости чтения по сравнению с дисками, не объединенными в RAID массив.
• Высокая эффективность использования дискового пространства по сравнению с RAID 1, 6, 10.
• Базовый уровень надежности (допускается выход из строя только одного из дисков в массиве).

Недостаток RAID 5

Значительным минусом массива RAID 5 является то, что при выходе из строя одного из дисков – весь массив переходит в критический режим, все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями и нагрузкой, резко падает производительность, диски начинают греться. Если срочно не принять меры, можно потерять все данные.

Причины сбоев массива RAID 5

• Потеря конфигурации RAID.
• Выход из строя двух и более жестких дисков.
• Неправильная реконфигурация RAID.

RAID 6 (чередование с двойной четностью)

RAID 6, известный как чередование на уровне блоков с двумя распределенными блоками четности. Он представляет собой достаточно безопасную систему RAID. Если даже два жестких диска в массиве вышли из строя, данные все еще остаются в безопасности. Рассмотрим особенности работы массива RAID 6:

• Для создания RAID 6 необходимо минимум 4 жестких диска. Благодаря двум разным четностям эта система RAID может выдержать потерю 2 дисков.
• Допустим, у нас есть 5 жестких дисков RAID 6. Данные разбиты на блоки по X секторов. Первый блок записывается на первый HDD, второй блок на второй HDD, третий блок на третий HDD. Как только эти 3 блока записаны на 3 жестких диска, выполняется первый расчет четности в соответствии с этими тремя блоками. Эта четность записывается на четвертом HDD. Затем вычисляется вторая четность другим методом и записывается на пятый HDD. Как только эти две четности сохранены, следующие блоки данных записываются в соответствии с тем же процессом. При этом первая четность вычисляется, как и в RAID 5 (обычный XOR), а вторая – по более сложной формуле (на основе кодов Рида – Соломона).
• Чтобы избежать наличия всех четностей на одних и тех же жестких дисках, четности записываются каждый раз на разные жесткие диски циклическим образом.
• Потеря двух жестких дисков (то есть два блока данных на строку) может быть пересчитана благодаря двойной четности. При замене неисправного жесткого диска недостающие данные автоматически восстанавливаются благодаря использованию других жестких дисков RAID 6.

Преимущества уровня RAID 6

• Быстрая реконструкция RAID-массива.
• Надежность не снижается с увеличением размера массива.
• Максимально возможная производительность для установленных дисков и канала передачи данных.

Недостаток RAID 6

Сложная реализация, необходимо слишком много ресурсов для расчета сразу двух контрольных сумм. По сравнению с RAID 10 и RAID 5 технология RAID 6 представляет собой уровень RAID с самой низкой производительностью и самым высоким требованием к «железу».

Причины сбоев массива RAID 6

• Потеря конфигурации RAID.
• Выход из строя трех и более жестких дисков.
• Неправильная реконфигурация RAID.

JBOD-массив

JBOD (от англ. Just a bunch of disks, просто куча дисков) – это несколько дисков, объединенных в один большой том или дисковый массив. Особенности JBOD заключаются в том, что:

• Файлы записываются на первый HDD до его полного заполнения, затем на второй и так далее.
• Если один из жестких дисков выйдет из строя, все данные этого жесткого диска будут потеряны. Безопасность хранения данных на низком уровне. Тем не менее, JBOD более надежен, чем тот же RAID 0.

Преимущества JBOD-массива

• Емкость массива равна общей сумме объемов составляющих его дисков и его легко можно расширить с помощью дополнительных накопителей. Нагрузка на процессор при работе со JBOD сравнима с нагрузкой при работе с единичным диском, т.е. совсем небольшая.
• При выходе из строя одного из дисков JBOD-массива теряются только те данные, которые хранились на нем.
• Потери дискового пространства при организации JBOD не происходит.
• Применяется JBOD чаще всего, когда пользователю нужно воспользоваться общей емкостью всех накопителей в массиве, т.е. основным его преимуществом является увеличение емкости.

Недостаток JBOD

Высокая стоимость является существенным минусов. А кроме увеличения емкости, от этого способа объединения жестких дисков других существенных преимуществ нет. Также, в отличии от RAID 0, не увеличивается скорость работы массива.

Причины сбоев JBOD-массива

• Выход из строя любого HDD.
• Потеря конфигурации JBOD.
• Неправильная реконфигурация JBOD-массива.

RAID 01 или RAID 0+1

RAID 01 — это объединение в массив двух систем RAID (RAID 0 и RAID 1). Таким образом, RAID 01 – это массив в массиве. Узнаем особенности массива RAID 01:

• Эта система обеспечивает безопасное хранение благодаря RAID 1, а также более быстрое чтение и запись благодаря RAID 0.
• Это менее надежно, чем RAID 10, потому что, если жесткий диск выйдет из строя, это приведет к отказу всей пары.
• В RAID 01 данные разделены на блоки по X секторов. Первый блок записывается на первый жесткий диск пары, второй блок записывается на второй жесткий диск той же пары и т. д. (пара — это RAID 0). Затем эта пара клонируется на другую пару (две пары как зеркало, это RAID 1). Эта система предлагает надежность и хорошую скорость.

Причины сбоев RAID 01

• Потеря конфигурации RAID.
• Выход из строя всех жестких дисков одной пары.
• Неправильная реконфигурация RAID-массива.

RAID 10 или RAID 1+0

RAID 10 — это объединение двух систем RAID (RAID 1 и RAID 0). Также как RAID 01, RAID 10 – это массив в массиве. Рассмотрим ключевые особенности массива RAID 10:

• Эта система обеспечивает безопасное хранение данных благодаря RAID 1, а также более быстрое чтение и запись благодаря RAID 0.
• Технология массива RAID 10 достаточно надежна, поскольку данные могут быть потеряны только в том случае, если два жестких диска одной пары (RAID 1) выйдут из строя одновременно.
• В RAID 10 данные разделены на блоки по X секторов. Первый блок записывается на два HDD (RAID 1, зеркалирование), а второй на два других HDD (другой RAID 1). Эта система предлагает надежность и хорошую скорость.
• RAID 10 более безопасен, чем RAID 01.

Причины сбоев RAID 10

• Потеря конфигурации RAID.
• Выход из строя всех жестких дисков одной ветки.
• Неправильная реконфигурация RAID.

RAID + Spare

Это RAID-системы с запасным HDD, которые более устойчивы к отказам HDD. А особенность системы RAID + Spare заключается в том, что, если у нас есть RAID 5 с неисправным жестким диском, другой сбой жесткого диска недопустим, иначе данные будут потеряны. Но если есть запасной диск, то он сразу заменит неисправный HDD.

Отсутствующие данные восстанавливаются на резервном диске, и как только этот процесс завершается, система RAID больше не находится в состоянии сбоя. Таким образом, запасной жесткий диск используется только в случае выхода из строя одного из дисков массива.

Типы RAID, которые могут работать с запасным диском:

• RAID 1 + Spare
• RAID 5 + Spare
• RAID 6 + Spare
• RAID 10 + Spare

Сравнительная характеристика типов RAID-массивов

Характеристики	RAID 0	RAID 1	RAID 5	RAID 6	RAID 01	RAID 10
Минимальное количество дисков	2	2	3	4	4	4
Максимальное количество дисков	16	3	16	16	16	16
Производительность чтения	Высокая	Выше среднего	Высокая	Высокая	Выше среднего	Выше среднего
Производительность записи	Выше среднего	Выше среднего	Средняя	Средняя	Выше среднего	Выше среднего
Встроенный диск резерва	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет
Избыточность	—	+	+	+	+	+
Использование емкости диска	100%	50%	67-94%	50-88%	50%	50%

Что делать, если массив вышел из строя и были утеряны все данные?

Если диски в массиве вышли из строя, сломался RAID-контроллер или сам пользователь совершил ряд ошибочных действий в процессе работы, существует высокая вероятность потери данных. Независимо от причин, важно знать методы восстановления данных.

На сегодняшний день на рынке программного обеспечения существуют различные инструменты для восстановления данных с RAID-массивов. Самым простым и эффективным является Magic RAID Recovery. Понятный и удобный интерфейс программы доступен даже для начинающих пользователей. Вам не нужно обладать какими-то специальными техническими навыками, чтобы восстановить файлы с помощью этой утилиты.

Как восстановить файлы с RAID массива с помощью программного обеспечения Magic RAID Recovery?

1. Откройте программу и выберите RAID-массив для анализа.

2. В дополнение к автоматически найденному RAID-массиву, вы можете создать его вручную с необходимыми параметрами.

3. Выберите быстрый или полный анализ и дождитесь окончания сканирования.

4. Восстановите нужные файлы или все содержимое RAID-массива.

Как видите, процесс восстановления удаленных файлов с RAID-массива довольно прост и понятен, если вы используете программу Magic RAID Recovery. Попробуйте прямо сейчас, чтобы убедиться на собственном опыте, насколько это легко!