Уровень RAID: сравнение наиболее важных концепций RAID-массивов

Объединение жестких дисков в RAID-массив имеет различные преимущества и недостатки. Их нельзя обобщить, поскольку конкретные свойства сети зависят от выбранного уровня RAID. Каждый уровень отличается от другого, в зависимости от того, сколько жестких дисков объединено и какие методы используются для хранения файлов.

Мы объясняем, чем отличаются уровни RAID и каковы последствия различных подходов. Наше сравнение уровней RAID также показывает, как каждый из них работает с точки зрения стоимости, надежности и производительности.

Уровни RAID, такие как RAID 5 или RAID 6, описывают различные подходы к соединению жестких дисков в сеть, которая функционирует как единый логический диск. Когда технология RAID была впервые представлена в 1988 году, идея заключалась в экономии затрат за счет объединения дисков в аппаратный кластер. Сегодня фактор стоимости почти не играет роли и учитывается только при оценке между различными уровнями.

Решающими свойствами, по которым уровни RAID отличаются друг от друга, сегодня являются следующие:

• Степень отказоустойчивости
• Скорость чтения (скорость вывода)
• Скорость записи (скорость ввода)
• Использование доступной емкости хранения данных
• Минимальное количество необходимых жестких дисков

Основная цель RAID-массивов — повысить безопасность хранимых данных. Отказы отдельных жестких дисков компенсируются, и потеря данных предотвращается. Для этого отдельные уровни RAID используют различные методы избыточного хранения файлов. Классической процедурой является, например, зеркалирование всех данных, при котором информация дублируется в кластере дисков. В качестве альтернативы другие уровни RAID полагаются на информацию о четности, которая хранится вместе с пользовательскими данными на интегрированных носителях и — в случае неисправности носителя — помогает быстро и легко восстановить данные.

Для повышения производительности многие уровни RAID используют чередование — процесс, при котором хранимые данные разбиваются на полосы и равномерно распределяются по всем встроенным жестким дискам. Таким образом, можно оптимизировать скорость записи и чтения — степень увеличения производительности зависит от выбранного метода резервирования.

По сравнению с отдельными дисками, многие уровни RAID обеспечивают как повышенную надежность, так и улучшенную производительность. Однако действует следующее эмпирическое правило: чем выше отказоустойчивость сети, тем слабее повышение ее производительности.

Максимальная емкость хранения данных, доступная пользователям, зависит от методов, используемых для резервирования. Уровни RAID, которые полагаются на зеркалирование данных, имеют только 50 процентов доступного пространства для хранения. Если в RAID-массиве используется четность, емкость хранения данных увеличивается с ростом числа жестких дисков.

Взаимосвязь между отказоустойчивостью, производительностью, емкостью хранения и, в конечном счете, стоимостью отличается в зависимости от уровня RAID. Некоторые подходы, такие как RAID 0 и RAID 1, предназначены для одной цели. Если RAID 0 обеспечивает повышенную пропускную способность при чтении и записи данных, то RAID 1 сосредоточен на дублировании файлов, поэтому достигается лишь минимальное улучшение скорости чтения (при использовании соответствующего RAID-контроллера).

В таблице ниже приведено сравнение свойств, достоинств и недостатков распространенных уровней RAID.

Учитывая их различные свойства, уровни RAID подходят для широкого спектра приложений. Из-за полного отсутствия избыточности, RAID 0 следует игнорировать, если вы ищете решение для хранения конфиденциальных данных. Сеть является подходящей альтернативой SSD для некритичных приложений, таких как программное обеспечение для обработки видео и изображений.

Дорогие уровни RAID 1 и 10, как и многие другие RAID-сети, не подходят для хранения огромных объемов данных. Однако их высокая отказоустойчивость отлично подходит для хранения конфиденциальных данных. Эти две концепции особенно выгодны для приложений, требующих высокой пропускной способности данных. Файловые и веб-серверы (RAID 1) или серверы баз данных и приложений (RAID 10) являются здесь типичными сценариями применения.

RAID 5 и RAID 6, работающие с четностью, подходят для хранения небольших файлов, поскольку скорость записи относительно низкая. Серверы баз данных и транзакций — типичные сценарии использования.

В течение многих лет системы RAID были верхом надежности и повышения производительности при сохранении данных. Однако сегодня существует множество альтернативных технологий.

Многокопийное зеркалирование — это практичная альтернатива RAID, при которой — как и при зеркалировании в RAID уровня 1 — создается несколько идентичных копий данных. Однако, в отличие от системы RAID, эти копии находятся на разных узлах сети и включают режим, который постоянно проверяет состояние данных. Если этот механизм восстановления встречает поврежденные или недоступные данные, они немедленно восстанавливаются с помощью копии. Количество копий определяется пользователем, при этом каждая копия всегда занимает столько же места в памяти, сколько и оригинал, что делает MCM довольно дорогим предложением.

Коды стирания используют алгоритмы, которые разбивают данные на подмножества или блоки — точно так же, как метод чередования в RAID-массивах уровней 0 или 5. Отдельные части данных могут быть удобно распределены по отдельным местам хранения. Коды стирания также имеют механизм проверки, который гарантирует читаемость и доступность данных. Альтернатива RAID требует дополнительного пространства для хранения данных в размере 33 процентов, что делает ее одним из самых экономичных вариантов резервного копирования файлов. Коды стирания лучше всего подходят для хранения больших наборов данных, поскольку разделение на блоки здесь особенно эффективно.

Мы уже говорили о том, что RAID никогда не следует использовать в качестве альтернативы резервному копированию, и точно так же не следует понимать резервное копирование как альтернативу RAID. Резервное копирование в облаке служит единственной цели хранения данных в отдельном месте. Повышение надежности или скорости чтения и записи не является целью облачного хранилища. Однако, если оптимизация аппаратного обеспечения не является вашей целью, облачные решения для резервного копирования являются хорошим вариантом для надежного хранения данных.