Technologia RAID (Redundant Array of Independent Disks) jest stosowana do łączenia wielu dysków twardych w jedną logiczną jednostkę w celu zwiększenia wydajności, niezawodności danych lub obu tych czynników jednocześnie. Istnieje kilka różnych poziomów RAID, z których każdy oferuje inne cechy i zalety. Spotykane są zarówno rozwiązania programowe, gdy odpowiedni moduł systemu operacyjnego zajmuje się odczytem/zapisem danych w macierzy, jak również sprzętowe.
| RAID sprzętowy | RAID programowy |
|---|---|
| większa wydajność poprzez zmniejszenie obciążenia CPU, gdyż przeliczaniem sum kontrolnych zajmuje się wówczas dedykowany kontroler | relatywnie mniejsza wydajność związana z większym obciążeniem CPU, gdyż przeliczaniem sum kontrolnych zajmuje się jednostka centralna |
| możliwość bezpośredniego startu systemu z macierzy dyskowej w związku z przezroczystością macierzy dyskowej dla systemu operacyjnego | partycja startowa powinna znajdować się poza macierzą, co wiąże się z koniecznością zastosowania dodatkowego nośnika wyłącznie do celu ładowania systemu |
| większa kompatybilność z mniej popularnymi systemami operacyjnymi; konfiguracja macierzy odbywa się poprzez menu podobne do menu BIOS, dostępne jeszcze przed startem systemu operacyjnego, dla którego sama macierz jest zupełnie przezroczysta, przez co z punktu widzenia OS zachowuje się ona jak każdy inny dysk twardy | nie wszystkie systemy operacyjne obsługują technologię RAID, co czasami może oznaczać instalację dodatkowego specjalnego oprogramowania dla danego systemu |
| niestandardowy sposób zapisu danych na nośnikach wykorzystujący własnościowe protokoły i struktury danych inne dla każdego producenta, a nawet mogące się różnić w obrębie różnych modeli kontrolerów tego samego producenta, co w przypadku uszkodzenia kontrolera może uniemożliwić odzyskanie danych pomimo sprawnie działających dysków twardych | standardowy (często również otwarty) sposób zapisu danych pozwalający na korzystanie z macierzy dyskowej po podłączeniu do innego systemu obsługującego ten standard |
| możliwość łączenia różnych interfejsów takich jak ATA, SCSI, SATA, USB w obrębie jednej macierzy |
Działanie technologii RAID opiera się o:
- Striping (łączenie): W przypadku RAID z poziomem striping, dane są dzielone na mniejsze fragmenty i zapisywane na kilku dyskach jednocześnie. Ten proces zwiększa prędkość odczytu i zapisu, ponieważ dane mogą być pobierane lub zapisywane równolegle na wielu dyskach.
- Mirroring (lustrzane odbicie): W RAIDzie z poziomem mirroring, dane są kopiowane jednocześnie na co najmniej dwa dyski twarde. Każdy dysk w macierzy zawiera identyczne dane, co zapewnia zabezpieczenie przed utratą danych w przypadku awarii jednego dysku. System może kontynuować działanie, korzystając z drugiego dysku w przypadku awarii jednego z nich.
- Parity (parzystość): W niektórych konfiguracjach RAID, takich jak RAID 5, dane są dzielone na bloki, a do każdego bloku dodawana jest parzystość. Parzystość jest obliczana na podstawie danych i zapisywana na różnych dyskach. Gdy jeden z dysków ulegnie awarii, dane mogą być odtworzone na podstawie pozostałych dysków i informacji o parzystości.
- Combination (kombinacja): Niektóre konfiguracje RAID wykorzystują kombinacje różnych poziomów, takie jak RAID 10, który łączy funkcje striping i mirroring. W przypadku RAID 10 dane są najpierw dzielone na bloki i zapisywane równolegle na dwóch zestawach dysków. Następnie każdy zestaw dysków jest lustrzany, co zapewnia zarówno wydajność, jak i niezawodność danych.
Jak działa RAID 0?
RAID 0 jest jednym z podstawowych poziomów technologii RAID, który zapewnia zwiększenie wydajności poprzez łączenie (striping) danych na kilku dyskach twardych. Podstawowa idea RAID 0 polega na dzieleniu danych na mniejsze bloki i równoczesnym zapisywaniu ich na dwóch lub więcej dyskach twardych. Dzięki temu możliwe jest równoległe odczytywanie i zapisywanie danych, co prowadzi do znacznego wzrostu przepustowości systemu.
Działanie RAID 0 można opisać następującymi krokami:
- Dzielenie danych: Dane przekazywane do systemu RAID 0 są dzielone na mniejsze fragmenty, nazywane blokami danych.
- Striping (łączenie): Bloki danych są następnie przypisywane do różnych dysków twardych w macierzy RAID 0. Każdy blok danych jest zapisywany na innym dysku.
- Równoległe odczytywanie i zapisywanie: Dzięki równoczesnemu zapisywaniu danych na wielu dyskach, operacje odczytu i zapisu mogą być wykonywane równolegle, co zwiększa przepustowość i wydajność systemu. Jeśli na przykład jedna część danych jest odczytywana z jednego dysku, równocześnie inna część może być odczytywana z innego dysku.
Jednakże należy pamiętać, że RAID 0 nie zapewnia żadnej redundancji danych. Oznacza to, że w przypadku awarii jednego dysku wszystkie dane w macierzy RAID 0 mogą być utracone. W związku z tym RAID 0 jest zwykle stosowany w środowiskach, gdzie wydajność jest priorytetem, a nie bezpieczeństwo danych. Na przykład może być stosowany do pracy z dużymi plikami multimedialnymi, renderowania wideo czy bazami danych, gdzie szybki dostęp do danych jest kluczowy, a ryzyko utraty danych jest akceptowalne.
Jak działa RAID 1?
RAID 1, znany również jako “lustrzane odbicie”, jest jednym z podstawowych poziomów technologii RAID, który zapewnia wysoki poziom niezawodności poprzez duplikowanie danych na dwóch (lub więcej) dyskach twardych. Podstawowa idea RAID 1 polega na równoczesnym zapisywaniu tych samych danych na dwóch oddzielnych dyskach. Dzięki temu, jeśli jeden z dysków ulegnie awarii, dane pozostaną dostępne na drugim dysku, co minimalizuje ryzyko utraty danych.
Działanie RAID 1 można opisać następującymi krokami:
- Duplikowanie danych: Każde dane, które są zapisywane na macierzy RAID 1, są jednocześnie zapisywane na dwóch lub więcej dyskach twardych.
- Lustrzane odbicie: Zarówno pierwotne dane, jak i ich kopie (lustrzane odbicie) są przechowywane na dyskach twardych. Oznacza to, że każdy dysk zawiera identyczne dane.
- Zwiększona niezawodność: W przypadku awarii jednego z dysków, dane nadal są dostępne na drugim dysku, ponieważ są one identyczne. System może kontynuować działanie, korzystając z drugiego dysku, a użytkownik może wymienić uszkodzony dysk i odtworzyć dane na nowym dysku.
Jednakże warto zauważyć, że kosztem wysokiej niezawodności jest mniejsza dostępna przestrzeń dyskowa. Ponieważ dane są duplikowane na każdym dysku, dostępna przestrzeń dyskowa wynosi połowę całkowitej pojemności dysków w macierzy. Na przykład, w macierzy RAID 1 składającej się z dwóch dysków po 1 TB, dostępna przestrzeń dyskowa wynosi 1 TB, ponieważ dane są duplikowane na obu dyskach. RAID 1 jest często stosowany w środowiskach, gdzie niezawodność danych jest kluczowa, takich jak serwery firmowe, bazy danych, czy systemy przechowywania danych, gdzie ryzyko utraty danych jest nieakceptowalne.
Jak działa RAID 1+0 (RAID 10 / RAID 01)?
RAID 0+1, nazywany także RAID 01, jest hybrydowym połączeniem dwóch poziomów technologii RAID: RAID 0 (striping) i RAID 1 (mirroring). Działa poprzez łączenie cech tych dwóch poziomów, aby zapewnić zarówno zwiększoną wydajność, jak i wysoki poziom niezawodności danych.
Działanie RAID 0+1 można opisać następującymi krokami:
- Pierwszy poziom striping (RAID 0): Dane są dzielone na mniejsze bloki i równocześnie zapisywane na dwóch lub więcej dyskach twardych, co zwiększa przepustowość systemu. Ten proces nazywany jest stripingiem.
- Drugi poziom mirroring (RAID 1): Następnie, dane zapisane na dyskach w RAID 0 są duplikowane (lustrzane odbicie) na innym zestawie dysków twardych. Każdy dysk w zestawie zawiera identyczne dane, co zapewnia wysoki poziom niezawodności.
Dzięki temu połączeniu RAID 0+1, użytkownicy mogą cieszyć się zwiększoną wydajnością poprzez równoczesny zapis danych na wielu dyskach (striping), jednocześnie mając gwarancję, że ich dane są bezpieczne dzięki duplikacji na drugim zestawie dysków (mirroring). W przypadku awarii jednego z dysków w jednym zestawie, dane nadal są dostępne na drugim zestawie dzięki kopiom zapasowym. Jednakże, RAID 0+1 wymaga co najmniej czterech dysków twardych, aby działać, co sprawia, że jest to kosztowna opcja, szczególnie w przypadku dużych pojemności dysków.
RAID 0+1 jest często stosowany w środowiskach, gdzie wymagana jest zarówno wysoka wydajność, jak i niezawodność danych, takich jak serwery baz danych, systemy przechowywania danych dla dużych przedsiębiorstw, czy też środowiska, gdzie czas działania i bezpieczeństwo danych są kluczowe.
Inne poziomy RAID
Oprócz RAID 0, 1 i 10, istnieje wiele innych poziomów technologii RAID, z których każdy oferuje różne funkcje i korzyści.
- RAID 5: W RAID 5 dane są dzielone na bloki i zapisywane na co najmniej trzech dyskach twardych. Do każdego bloku danych dodawana jest suma kontrolna (parzystość), która umożliwia odzyskanie danych w przypadku awarii jednego z dysków. RAID 5 łączy w sobie wydajność i niezawodność danych.
- RAID 6: Podobnie jak RAID 5, RAID 6 wykorzystuje parzystość do ochrony danych, ale zamiast jednej sumy kontrolnej, używa dwóch niezależnych sum kontrolnych. Pozwala to na odtworzenie danych nawet w przypadku awarii dwóch dysków, co czyni RAID 6 bardziej odpornym na awarie niż RAID 5.
- RAID 50: RAID 50 jest kombinacją RAID 0 i RAID 5. Działa poprzez łączenie wielu macierzy RAID 5 za pomocą RAID 0. Zapewnia wysoką przepustowość i niezawodność danych, łącząc zalety obu poziomów RAID.
- RAID 60: Podobnie jak RAID 50, RAID 60 jest kombinacją RAID 0 i RAID 6. Działa poprzez łączenie wielu macierzy RAID 6 za pomocą RAID 0. Zapewnia wyższy poziom niezawodności niż RAID 50 kosztem mniejszej dostępnej przestrzeni dyskowej.
- RAID 3 i RAID 4: Zarówno RAID 3, jak i RAID 4 wykorzystują dedykowany dysk do przechowywania danych parzystości. W przypadku RAID 3, dane są dzielone na bloki, a parzystość jest przechowywana na oddzielnym dysku. W RAID 4 dane również są dzielone na bloki, ale parzystość jest przechowywana w osobnym bloku na jednym z dysków.
- RAID 7: RAID 7 wykorzystuje dedykowany kontroler RAID z wbudowanymi funkcjami kryptografii i cache, co zapewnia wysoką wydajność i bezpieczeństwo.
Istnieje również wiele innych egzotycznych i mniej popularnych poziomów RAID, każdy z nichma swoje własne zalety i ograniczenia, dlatego wybór odpowiedniego poziomu RAID zależy od konkretnych potrzeb, budżetu i wymagań dotyczących niezawodności i wydajności danych.
