Что такое RAID - массив. Варианты RAID-массивов. Виды RAID и их характеристики Что значит raid 0

Если Вы заинтересовались этой статьей, то Вы, по-видимому, столкнулись или предполагаете вскоре столкнуться с одной из ниже перечисленных проблем на Вашем компьютере:

- явно не хватает физического объема винчестера, как единого логического диска. Наиболее часто эта проблема возникает при работе с файлами большого объема (видео, графика, базы данных);
- явно не хватает производительности винчестера. Наиболее часто эта проблема возникает при работе с системами нелинейного видео монтажа или при одновременном обращении к файлам на винчестере большого количества пользователей;
- явно не хватает надежности винчестера. Наиболее часто эта проблема возникает при необходимости работать с данными, которые ни в коем случае нельзя потерять или которые должны быть всегда доступны для пользователя. Печальный опыт показывает, что даже самая надежная техника иногда ломается и, как правило, в самый не подходящий момент.

Что такое «RAID»?

В вышеупомянутой статье было определено пять типов (уровней) дисковых массивов: RAID-1, RAID-2, ..., RAID-5. Каждый тип обеспечивал устойчивость на отказ, а также различные преимущества по сравнению с одиночным дисководом. Наряду с этими пятью типами популярность приобрел также дисковый массив RAID-0, НЕ обладающий избыточностью.

Какие существуют уровни RAID и какой из них выбрать?

Так как RAID-0 не обладает избыточностью, авария одного дисковода приводит к аварии всего массива. С другой стороны RAID-0 обеспечивает максимальную скорость обмена и эффективность использования объема дисководов. Поскольку для RAID-0 не требуются сложные математические или логические вычисления, затраты на его реализацию минимальны.

Область применения: аудио- и видео приложения требующие высокой скорости непрерывной передачи данных, которую не может обеспечить одиночный дисковод. Например, исследования, проведенные фирмой Mylex, с целью определить оптимальную конфигурацию дисковой системы для станции нелинейного видео монтажа показывают, что, по сравнению с одним дисководом, массив RAID-0 из двух дисководов дает прирост скорости записи/чтения на 96%, из трех дисководов - на 143% (по данным теста Miro VIDEO EXPERT Benchmark).
Минимальное количество дисководов в массиве "RAID-0" - 2шт.

RAID-1 . Более известен как "Mirroring" ("Зеркалирование") - это пара дисководов, содержащих одинаковую информацию и составляющих один логический диск:

Запись производится на оба дисковода в каждой паре. Тем не менее, дисководы, входящие в пару, могут совершать одновременные операции чтения. Таким образом «зеркалирование» может удваивать скорость чтения, но скорость записи остается неизменной. RAID-1 обладает 100% избыточностью и авария одного дисковода не приводит к аварии всего массива - контроллер просто переключает операции чтения/записи на оставшийся дисковод.
RAID-1 обеспечивает наивысшую скорость работы среди всех типов избыточных массивов (RAID-1 - RAID-5), особенно в многопользовательском окружении, но наихудшее использование дискового пространства. Поскольку для RAID-1 не требуются сложные математические или логические вычисления, затраты на его реализацию минимальны.
Минимальное количество дисководов в массиве "RAID-1" - 2шт.
Для увеличения скорости записи и обеспечения надежности хранения данных несколько массивов RAID-1 можно, в свою очередь, объединить в RAID-0. Такая конфигурация называется «двухуровневый» RAID или RAID-10 (RAID 0+1):

Минимальное количество дисководов в массиве "RAID 0+1" - 4шт.
Область применения: дешевые массивы, в которых главное - надежность хранения данных.

RAID-2 . Распределяет данные по страйпам размером в сектор по группе дисководов. Некоторые дисководы выделяются для хранения ECC (код коррекции ошибок). Так как большинство дисководов по умолчанию хранят коды с ECC для каждого сектора, RAID-2 не дает особых преимуществ по сравнению с RAID-3 и, поэтому, практически не применяется.

RAID-3 . Как и в случае с RAID-2 данные распределяются по страйпам размером в один сектор, а один из дисководов массива отводится для хранения информации о четности:

RAID-3 полагается на коды с ECC, хранящиеся в каждом секторе для обнаружения ошибок. В случае отказа одного из дисководов восстановление хранившейся на нем информации возможно с помощью вычисления исключающего ИЛИ (XOR) по информации на оставшихся дисководах. Каждая запись обычно распределена по всем дисководам и поэтому этот тип массива хорош для работы в приложениях с интенсивным обменом с дисковой подсистемой. Так как каждая операция ввода-вывода обращается ко всем дисководам массива, RAID-3 не может одновременно выполнять несколько операций. Поэтому RAID-3 хорош для однопользовательского однозадачного окружения с длинными записями. Для работы с короткими записями требуется синхронизация вращения дисководов, так как иначе неизбежно уменьшение скорости обмена. Применяется редко, т.к. проигрывает RAID-5 по использованию дискового пространства. Реализация требует значительных затрат.
Минимальное количество дисководов в массиве "RAID-3" - 3шт.

RAID-4 . RAID-4 идентичен RAID-3 за исключением того, что размер страйпов много больше одного сектора. В этом случае чтение осуществляется с одного дисковода (не считая дисковода, хранящего информацию о четности), поэтому возможно одновременное выполнение нескольких операций чтения. Тем не менее, так как каждая операция записи должна обновить содержимое дисковода четности, одновременное выполнение нескольких операций записи невозможно. Этот тип массива не имеет заметных преимуществ перед массивом типа RAID-5.
RAID-5. Этот тип массива иногда называется «массив с вращающейся четностью». Данный тип массива успешно преодолевает присущий RAID-4 недостаток - невозможность одновременного выполнения нескольких операций записи. В этом массиве, как и в RAID-4, используются страйпы большого размера, но, в отличие от RAID-4, информация о четности хранится не на одном дисководе, а на всех дисководах по очереди:

Операции записи обращаются к одному дисководу с данными и к другому дисководу с информацией о четности. Так как информация о четности для разных страйпов хранится на разных дисководах выполнение нескольких одновременных операций записи невозможно только в тех редких случаях, когда либо страйпы с данными, либо страйпы с информацией о четности находятся на одном и том же дисководе. Чем больше дисководов в массиве, тем реже совпадает местоположение страйпов информации и четности.
Область применения: надежные массивы большого объема. Реализация требует значительных затрат.
Минимальное количество дисководов в массиве "RAID-5" - 3шт.

RAID-1 или RAID-5?
RAID-5 по сравнению с RAID-1 более экономно использует дисковое пространство, так как в нем для избыточности хранится не «копия» информации, а контрольное число. В результате в RAID-5 можно объединить любое количество дисководов, из которых только один будет содержать избыточную информацию.
Но более высокая эффективность использования дискового пространства достигается за счет более низкой скорости обмена информацией. Во время записи информации в RAID-5 надо каждый раз обновлять информацию о четности. Для этого надо определить, какие именно биты четности изменились. Сначала считывается подлежащая обновлению старая информация. Затем эта информация перемножается по XOR с новой информацией. Результат этой операции - битовая маска, в которой каждый бит =1 означает, что в информации о четности в соответствующей позиции надо заменить значение. Затем обновленная информация о четности записывается на соответствующее место. Следовательно, на каждое требование программы записать информацию, RAID-5 совершает два чтения, две записи и две операции XOR.
За то, что более эффективно используется дисковое пространство (вместо копии данных хранится блок четности) приходится платить: на генерацию и запись информации о четности уходит добавочное время. Это означает, что скорость записи на RAID-5 ниже, чем на RAID-1 в соотношении 3:5 или даже 1:3 (т.е. скорость записи на RAID-5 составляет от 3/5 до 1/3 от скорости записи RAID-1). Из-за этого RAID-5 бессмысленно создавать в программном варианте. Их также нельзя рекомендовать в тех случаях, когда именно скорость записи имеет решающее значение.

Какой выбрать способ реализации RAID - программный или аппаратный?

- специализированный контроллер освобождает центральный процессор от основных операций с RAID, причем эффективность контроллера тем более заметна, чем выше уровень сложности RAID;
- контроллеры, как правило, снабжены драйверами, позволяющими создать RAID практически для любой популярной ОС;
- встроенный BIOS контроллера и прилагаемые к нему программы управления позволяют администратору системы легко подключать, отключать или заменять дисководы, входящие в RAID, создавать несколько RAID-массивов, причем даже разных уровней, контролировать состояние дискового массива и т.д. У «продвинутых» контроллеров эти операции можно производить «на лету», т.е. не выключая системный блок. Многие операции могут быть выполнены в «фоновом режиме», т.е. не прерывая текущую работу и даже дистанционно, т.е. с любого (конечно при наличии доступа) рабочего места;
- контроллеры могут оснащаться буферной памятью («кэш»), в которой запоминаются несколько последних блоков данных, что, при частом обращении к одним и тем же файлам, позволяет значительно увеличить быстродействие дисковой системы.

Как выбрать модель RAID-контроллера?

Ultra (Ultra Wide) SCSI контроллер фирмы Mylex KT930RF (KT950RF).
Внешне данный контроллер ни чем не отличается от обыкновенного SCSI-контроллера. Вся "специализация" находится в BIOS, который как бы разделен на две части - «Конфигурация SCSI» / «Конфигурация RAID». Несмотря на невысокую стоимость (менее $200) данный контроллер обладает неплохим набором функций:

- объединение до 8-и дисководов в RAID 0, 1или 0+1;
- поддержка Hot Spare для замены "на лету" вышедшего из строя дисковода;
- возможность автоматической (без вмешательства оператора) замены неисправного дисковода;
- автоматический контроль целостности и идентичности (для RAID-1) данных;
- наличие пароля для доступа в BIOS;
- программа RAIDPlus представляющая информацию о состоянии дисководов в RAID;
- драйвера для DOS, Windows 95, NT 3.5x, 4.0

У энтузиастов есть неписаное правило: жёсткий диск Western Digital WD1500 Raptor является идеальной моделью для настольных ПК, если вам нужна максимальная производительность. Но по этому пути могут последовать далеко не все пользователи, поскольку тратить $240 на жёсткий диск ёмкостью всего 150 Гбайт - решение не очень привлекательное. Остаётся ли Raptor лучшим выбором? Цена не менялась уже многие месяцы, а сегодня за такие деньги можно легко купить пару 400-Гбайт накопителей. Не настало ли время сравнить производительность современных RAID массивов с Raptor?

Энтузиасты хорошо знакомы с жёсткими дисками Raptor, поскольку это единственный 3,5" жёсткий диск для настольных ПК, который вращается на скорости 10 000 об/мин. Большинство винчестеров в этом секторе рынка имеют скорость вращения 7 200 об/мин. Только дорогие жёсткие диски для серверов вращаются быстрее. Первые жёсткие диски WD Raptor на 36 и 74 Гбайт были представлены три года назад. Около года назад на рынок вышел Western Digital Raptor-X , который обеспечивает более высокую производительность, доступны также модели с прозрачной крышкой, которая позволяет заглянуть внутрь жёсткого диска.

Жёсткие диски Western Digital Raptor после своего выхода обошли все другие 3,5" винчестеры Serial ATA для настольных ПК, хотя изначально они позиционировались на недорогие серверы.

Скорость вращения шпинделя 10 000 об/мин даёт два существенных преимущества. Во-первых, скорость передачи данных заметно увеличивается. Да, максимальная последовательная скорость чтения не особо впечатляет, но минимальная скорость намного превосходит любые жёсткие диски на 7 200 об/мин. Кроме того, у жёсткого диска на 10 000 об/мин меньше задержки на вращение, то есть накопителю требуется меньшее время на получение данных после того, как головки чтения/записи будут позиционированы.

Главным недостатком WD Raptor является цена - около $240 за 150-Гбайт модель. Среди других недостатков отметим более высокий (хотя и не критичный) уровень шума и более высокое тепловыделение. Впрочем, энтузиасты легко смирятся с подобными недостатками, если этот жёсткий диск даст более высокую производительность подсистемы хранения данных.

Если посчитать стоимость хранения гигабайта данных, то Raptor будет уже не так привлекателен. За $240 можно взять пару 400-Гбайт жёстких дисков, да и до уровня $300 за 750-Гбайт Seagate Barracuda 7200.10 уже недалеко. Если обратить взор на дешёвый сегмент, то можно взять пару 160-Гбайт жёстких дисков на 7 200 об/мин по $50 каждый, которые обеспечат ту же ёмкость, что и Raptor, но более чем в два раза дешевле. Поэтому сегодня даже энтузиасты часто спрашивают себя: стоит ли брать WD Raptor, не лучше ли выбрать конфигурацию RAID 0 на двух жёстких дисках на 7 200 об/мин?

Массив RAID 0 не снижает время доступа, но зато он практически удваивает скорость последовательного чтения, так как данные распределяются между двумя жёсткими дисками. Недостатком можно считать повышенный риск потери данных, поскольку если один жёсткий диск выйдет из строя, то будет потерян весь массив (правда, сегодня существуют и варианты восстановления информации RAID ). Многие встроенные контроллеры на материнских платах верхнего ценового уровня поддерживают режимы RAID, которые легко настроить и установить.

Быстрый или разумный жёсткий диск?

Сегодня можно купить 40-80-Гбайт жёсткие диски чуть ли не за копейки, и если у вас нет особых требований по ёмкости, то такого объёма будет достаточно даже сегодня. Впрочем, мы рекомендуем брать жёсткие диски по цене $50-$70, поскольку вы можете легко взять модели с ёмкостью от 120 до 200 Гбайт. В интернет-магазинах уже начали появляться модели на 250 и 320 Гбайт по цене меньше $100. За те деньги, которые вы потратите на WD Raptor с 10 000 об/мин, можно легко получить ёмкость от 800 Гбайт до 1 Тбайт на жёстких дисках с 7 200 об/мин.

Если вам не нужна такая высокая ёмкость, можно довольствоваться жёсткими дисками на 7 200 об/мин начального уровня. Два накопителя WD1600AAJS от Western Digital обойдутся в $55 каждый, при этом вы легко получите ёмкость 320 Гбайт в массиве RAID 0. И потратите в два раза меньше денег, и получите в два раза большую ёмкость. Насколько оправдана подобная экономия? Давайте разберёмся.

7 200 или 10 000 об/мин? RAID 0 или Raptor?

Мы решили протестировать разные конфигурации жёстких дисков. В нашем тестировании участвуют одиночный WD Raptor WD1500ADFD, одиночный WD4000KD, Raptor в массиве RAID 0 и WD4000 в массиве RAID 0. Мы решили взять 400-Гбайт жёсткие диски WD на 7 200 об/мин, поскольку два таких винчестера примерно соответствуют по цене одному Raptor. Посмотрим, насколько хорошо "бюджетный" RAID-массив покажет себя по сравнению с одним Raptor.

WD4000KD оснащён 16 Мбайт кэша и имеет интерфейс Serial ATA/150. Основное отличие по сравнению с WD Raptor на 10 000 об/мин кроется в производительности и ёмкости. Raptor существенно уступает по стоимости хранения одного гигабайта, которая оказывается, как минимум, в шесть раз больше по сравнению с 400-Гбайт WD4000KD. Тесты покажут, насколько сильны различия в производительности. На момент публикации цена WD4000KD Caviar составляла $130.

Raptor - бесспорный чемпион по производительности на рынке настольных ПК, но это и самый дорогой жёсткий диск. WD1500 Raptor использует интерфейс Serial ATA/150, которого по-прежнему вполне достаточно. Если взглянуть на результаты тестов, то ни один другой жёсткий диск не может обойти Raptor, пусть даже с интерфейсом SATA 300 Мбайт/с. В общем, скорость интерфейса SATA не должна влиять на решение о покупке. На момент публикации цена WD1500ADFD Raptor составляла $240.

Данная конфигурация должна сразиться с WD1500 Raptor. Смогут ли два жёстких диска WD4000KD в массиве RAID 0 обойти Raptor?

Этот сценарий самый дорогой в нашем тестировании, поскольку он требует двух жёстких дисков WD Raptor, но он, тем не менее, очень интересен. Два жёстких диска Raptor на 10 000 об/мин в массиве RAID 0 должны "порвать" буквально всех.

RAID 0

Производительность

В теории RAID 0 является идеальным решением для увеличения производительности, поскольку последовательная скорость передачи информации практически линейно масштабируется с ростом числа жёстких дисков в массиве. Файлы распределяются поблочно по всем жёстким дискам, то есть RAID-контроллер записывает данные практически одновременно на несколько винчестеров. Скорость передачи данных RAID 0 заметно возрастает почти во всех сценариях, хотя время доступа и не уменьшается. В реальных тестах время доступа в массивах RAID 0 даже увеличивается, хотя и очень незначительно, примерно на половину миллисекунды.

Если построить конфигурацию RAID на нескольких жёстких дисках, "узким местом" может стать контроллер накопителей. Обычная шинная PCI позволяет передавать, максимум, 133 Мбайт/с, что легко поглощается двумя современными жёсткими дисками. Контроллеры Serial ATA, которые входят в чипсет, дают, как правило, более высокую пропускную способность, поэтому они не ограничивают производительность массивов RAID.

Мы получили до 350 Мбайт/с на четырёх жёстких дисках WD Raptor с 10 000 об/мин на чипсетах с южными мостами Intel ICH7 и ICH8 . Великолепный результат, который очень близок к суммарной пропускной способности четырёх отдельных жёстких дисков. В то же время, чипсет nVidia nForce 680 показал максимум в 110 Мбайт/с, увы. Похоже, что не каждый интегрированный RAID-контроллер способен обеспечить высокую производительность массивов RAID, пусть даже технически такая возможность есть.

Сравнение режимов RAID

Следует отметить, что RAID 0 на самом деле не раскрывает идею массивов RAID, что расшифровывается как Redundant Arrays of Independent/Inexpensive Drives (избыточный массив недорогих/независимых дисков). Избыточность подразумевает хранение данных, по крайней мере, в двух местах, чтобы они сохранились даже при сбое одного жёсткого диска. Так и происходит, например, в случае массива RAID 1, в котором все данные зеркалируются на втором жёстком диске. Если один из винчестеров "умрёт", то вы узнаете об этом только из сообщений RAID-контроллера. Массив RAID 5 намного более сложный и рассчитан на профессиональный сектор. Он работает подобно массиву RAID 0, распределяя данные по всем жёстким дискам, но к данным добавляется информация избыточности. Поэтому чистая ёмкость массива RAID 5 равняется суммарной ёмкости всех жёстких дисков за исключением одного. Информация избыточности записывается не на один жёсткий диск (как в случае RAID 3), а распределяется по всем накопителям, чтобы не создавать "узкое место" при чтении или записи информации избыточности на один HDD. Массив RAID 5, вполне понятно, требует не меньше трёх жёстких дисков.

Риски и побочные эффекты

Главная опасность для массива RAID 0 - выход из строя любого жёсткого диска, так как при этом теряется весь массив. Именно поэтому чем больше дисков в массиве RAID 0, тем выше риск потерять информацию. Если используются три винчестера, то вероятность потери информации по сравнению с одним накопителем увеличивается в три раза. Именно поэтому RAID 0 нельзя считать хорошим вариантом для пользователей, кому нужна надёжная система, и кто не может допустить ни минуты простоя.

Даже если вы купите мощный и дорогой отдельный RAID-контроллер, вы всё равно будете зависеть от "железа". Два разных контроллера могут поддерживать RAID 5, но конкретная реализация может очень сильно отличаться.

Intel Matrix RAID: на одном наборе жёстких дисков можно создавать разные массивы RAID.

Если RAID-контроллер достаточно "умный", то он может позволять устанавливать два или больше массивов RAID на один набор жёстких дисков. Хотя каждый RAID-контролер может поддерживать несколько массивов RAID, для этого, чаще всего, требуются разные наборы жёстких дисков. Поэтому южные мосты Intel ICH7-R и ICH8-R оказались очень интересными: они поддерживают функцию Intel Matrix RAID.

Типичной реализацией можно назвать два массива RAID на двух жёстких дисках. Первую треть ёмкости двух жёстких дисков можно отвести на быстрый массив RAID 0 для операционной системы, а остальную часть - на массив RAID 1 для хранения важных данных. Если один из жёстких дисков выйдет из строя, то операционная система будет потеряна, но важные данные, которые зеркалируются на второй жёсткий диск, сохранятся благодаря RAID 1. Кстати, после установки Windows можно создать образ операционной системы и хранить его на надёжном массиве RAID 1. Тогда, если винчестер выйдет из строя, ОС можно будет быстро восстановить.

Следует помнить, что многие RAID-массивы требуют установки драйвера RAID (например, Intel Matrix Storage Manager), что может создавать проблемы во время загрузки и восстановления системы. Любому загрузочному диску, который вы будете использовать для восстановления, потребуются драйверы RAID. Поэтому приберегите дискету с драйверами для такого случая.

Тестовая конфигурация

Конфигурация для тестов низкого уровня

Конфигурация для SYSmark2004 SE

Что ж, придётся перейти к итогам битвы между текущими 150-Гбайт жёсткими дисками WD Raptor и 400-Гбайт винчестерами WD4000KD в массиве RAID 0. Результат оказался удивительным. Хотя WD Raptor остаётся, без сомнения, самым быстрым настольным жёстким диском Serial ATA, массив RAID 0 выходит на первое место в большинстве тестов, не считая времени доступа и производительности ввода/вывода. Стоимость хранения гигабайта данных на Raptor вызывает наибольшие сомнения, поскольку вы можете купить в три раза более ёмкий жёсткий диск на 7 200 об/мин в два раза дешевле. То есть по цене гигабайта Raptor сегодня проигрывает в шесть раз. Впрочем, если вы беспокоитесь за сохранность данных, то дважды подумайте, прежде чем предпочесть массив RAID 0 на двух дешёвых жёстких дисках на 7 200 об/мин по сравнению с WD Raptor.

В ближайшие месяцы цена на 500-Гбайт жёсткие диски упадёт ниже $100. Но возрастут требования к доступному объёму, чтобы хранить видео высокого разрешения, музыку и фотографии. Наконец, плотность записи на пластины жёстких дисков продолжает увеличиваться, поэтому вскоре появятся более производительные модели на 7 200 об/мин. В перспективе привлекательность Raptor будет падать.

Как нам кажется, Western Digital следует изменить ценовую политику модельного ряда Raptor, поскольку прирост производительности происходит за счёт больших компромиссов по ёмкости жёстких дисков. И, надо сказать, подобные компромиссы не всем покажутся оправданными. Мы хотели бы увидеть появление обновлённого жёсткого диска Raptor на 300 Гбайт, который, возможно, стал бы ещё и гибридным винчестером со встроенной флэш-памятью для Windows Vista.

Делая аудит производительности систем на базе 1С, мы очень часто сталкиваемся со значительными проблемами в дисковой системе, вызванными неправильной ее архитектурой. Поэтому мы решили создать специальный RAID-калькулятор , который позволяет просчитать потенциальную производительность дисковой подсистемы и облегчить процесс ее проектирования. Конечно же, кроме дисковой подсистемы важно правильно подобрать и другие компоненты серверной платформы, процесс подбора которых хорошо описан в статье Проектирование сервера 1С .

RAID-калькулятор

Реализация дисковых подсистем может быть довольно разнообразная: могут использоваться локальные диски, подключенные к встроенному контроллеру, или использоваться внешний контроллер, а также могут использоваться системы SAN (СХД, Storage). Но во всех способах реализации диски объединяются в логические пулы, которые называются RAID-массивами. Такое объединение решает в основном вопрос сохранности данных, т.е. в случае выхода из строя одного из дисков логического массива – он продолжает работать без остановки сервиса, а главное без потери данных. А также объединение дисков в пул может решать вопрос производительности пула, например, RAID 0 значительно увеличивает скорость чтения, но при этом увеличивает вероятность выхода из строя массива.

Итак, RAID – это технология виртуализации данных, которая объединяет несколько дисков в логический элемент для повышения отказоустойчивости и повышения производительности.

IOPS

Важным показателем производительности дисковой подсистемы является количество элементарных операций в единицу времени (IOPS), которые может выполнить диск. Для дисковой подсистемы это операции чтения и записи данных. При планировании нагрузки для дисковой подсистемы важно представлять, какую нагрузку будет давать тот или иной сервис на дисковую подсистему. Обычно такие значения выводятся эмпирическим путем согласно уже полученного опыта на подобных проектах.

Поэтому рассчитывая количество дисков и тип RAID-массива, важно обращать внимание на нагрузку по IOPS. Важно заметить, что считается общее количество IOPS, которые потом нужно разделить на операции чтения и операции записи, так, например, на СУБД серверах разделение будет 80% на запись и 20% на чтение, а на файловых серверах наоборот 70% чтения и 30% записи, но все зависит от сервиса, который будет размещаться. Также стоит заметить, что значение IOPS для каждого диска, приведенные ниже в Таблице 1, приблизительные, поскольку разные операции дают разную нагрузку, например, последовательная запись блоками данных по 4к даст значительно больший показатель IOPS, чем случайное чтение блоками по 128К. Кроме того, производительность дисковой подсистемы измеряется не только количеством IOPS, но и очередью диска, откликом и другими счетчиками, о которых мы расскажем чуть ниже.

Таблица 1. Примерное значение IOPS в разрезе дисков

Также в расчете IOPS для RAID-массивов использовались пенальти для каждого типа массива. Например, в RAID 1 для записи данных происходит две операции на один диск и на второй диск, поэтому такой массив имеет пенальти 2. В RAID 5 для записи данных происходит 4 операции: чтение данных, чтение четности RAID, запись данных, запись четности, поэтому пенальти составляет 4. Для массивов 50, 60, 61 рассчитывался кумулятивный эффект для составляющих RAID массивов. Значение пенальти Raid приведены в Таблице 2.

Виды RAID-массивов

Существует несколько распространенных разновидностей RAID Массивов (см. Таблицу 2).

	Диаграмма (кликабельно)	Кол-во дисков	Кол-во вышедших из строя дисков	Скорость записи	Скорость чтения	Описание	RAID пенальти
		от 2	Нет			Информация разбивается на блоки данных фиксированной длины и записывается на оба/несколько дисков поочередно.	1
		от 2	1	Не меняется по сравнению с использованием одного диска.		Данные пишутся и на один диск, и на второй (зеркалируются).	2
		от 3	1			Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива.	4
		от 4	2			Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, но контрольных суммы две.	6
		от 4	от 1 до N/2 дисков в пределах разных зеркал.			Зеркалированный массив, данные в котором записываются последовательно на несколько дисков, как в RAID 0. Эта архитектура представляет собой массив типа RAID 0, сегментами которого вместо отдельных дисков являются массивы RAID 1.	2
		от 6	от 1 до 2 дисков, если выйдет одинаковое количество дисков в разных страйпах.			Массив, данные в котором записываются последовательно на несколько дисков, как в RAID 0. Однако сегментами его вместо отдельных дисков являются массивы RAID 5.	4

Таблица 2. Наиболее распространенные типы RAID-массивов

RAID 60 и 61 являются комбинированием RAID-массивов 0 и 1 соответственно, сегментами которого вместо отдельных дисков являются массивы RAID 6. Такие массивы наследуют все преимущества и недостатки составляющих их RAID-массивов. На практике наиболее распространенными RAID-массивами являются RAID 1, RAID 5 и RAID 10.

Показатели производительности дисковой подсистемы

Проверка производительности дисковой подсистемы должна проводиться на основе следующих показателей:

% Активности диска

Показывает процент общей загруженности диска. Представляет из себя сумму значений счетчиков - процент активности диска при чтении и процент активности диска при записи. При использовании RAID-массивов часто можно увидеть значения этого счетчика больше 100%.

% Бездействия диска

Показывает время простоя диска, т.е. время, в течении которого диск оставался в состоянии покоя, не обрабатывая операции чтения \записи. В отличии от предыдущего показателя лежит строго в диапазоне от 100% (полный покой) до 0% (полная загрузка).

Обращений к диску

Этот показатель как раз и показывает количество IOPS. Предельные значения как раз и указаны в расчетах. Показатель можно детализировать на обращения к диску при записи и при чтении.

Среднее время обращения к диску

Среднее время в секундах, требуемое для выполнения диском одной операции чтения или записи. Складывается из значений времени на обращение при чтении и времени на обращение при записи.

Средняя длина очереди диска

Средняя длина очереди диска отображает количество операций диска, поставленное в очередь за определенный интервал времени. Это значение рассчитывается на основе закона Литтла, согласно которому количество запросов, ожидающих обработки, в среднем равняется частоте поступления запросов, умноженной на время обработки запроса.

Текущая длина очереди диска

Показывает количество операций с диском, которые ожидают обработки на текущий момент времени.

Скорость обмена с диском

Значение, которое показывает среднее количество байт на чтение/запись, отправленных на диск за одну секунду.

Средний размер одного обмена с диском

Количество байт, передаваемое за одну IOPS. Определяется как среднеарифметическое за период времени.

Расщеплений ввода/вывода на диск

Частота разбиения операций записи/чтения на несколько операций. В случае большой фрагментации диска будут запрашиваться большие блоки и вызывать увеличение показателя.

Таким образом, для правильной архитектуры дисковой подсистемы важно сформировать требования к отказоустойчивости массива, которые зависят от важности размещенной на дисках информации, а также спрогнозировать приблизительную нагрузку в IOPS для формирования надежной и производительной масштабируемой системы.

Сервисы на базе платформы 1С при работе с диском генерируют значительно большее количество операций записи, чем чтения, поэтому для максимального быстродействия дисковая подсистема должна иметь наибольшее количество IOPS и наименьшее значение пенальти для RAID-массива.

• RAID 1 для формирования дисковой подсистемы для ОС.
• RAID 10 для хранения 1С баз и данных, требования к скорости записи у которых высокие.
• RAID 5 для хранения файловых данных.

Системная интеграция. Консалтинг

В интернете есть масса статей с описанием RAID. Например, эта описывает все очень подробно. Но как обычно, читать все не хватает времени, поэтому надо что-нибудь коротенькое для понимания - а надо оно или нет, и что лучше использовать применительно к работе с СУБД (InterBase, Firebird или что то иное - на самом деле все равно). Перед вашими глазами - именно такой материал.

В первом приближении RAID это объединение дисков в один массив. SATA, SAS, SCSI, SSD - неважно. Более того, практически каждая нормальная материнская плата сейчас поддерживает возможность организации SATA RAID. Пройдемся по списку, какие бывают RAID и зачем они. (Хотел бы сразу заметить, что в RAID нужно объединять одинаковые диски. Объединение дисков от разных производителей, от одного но разных типов, или разных размеров - это баловство для человека, сидящего на домашнем компьютере).

RAID 0 (Stripe)

Конечно, RAID 0 дает ускорение в работе из-за чередования чтения/записи.

RAID 0 часто используют для размещения временных файлов.

RAID 1 (Mirror)

При сбое тщательно проверяйте, какой именно диск сбойнул. Самый частый случай погибания данных на RAID 1 - это неверные действия при восстановлении (в качестве "целого" указан не тот диск).

Насчет производительности - по записи выигрыш 0, по чтению - возможно до 1.5 раз, т. к. чтение может производиться "параллельно" (поочередно с разных дисков) . Для баз данных ускорение мало, в то время как при параллельном обращении к разным (!) частям (файлам) диска ускорение будет абсолютно точно.

RAID 1+0

RAID 2-3-4

RAID 5

Обычно говорится, что "RAID5 использует независимый доступ к дискам, так что запросы к разным дискам могут выполняться параллельно". Следует иметь в виду, что речь идет, конечно, о параллельных запросах на ввод-вывод. Если такие запросы идут последовательно (в SuperServer), то конечно, эффекта распараллеливания доступа на RAID 5 вы не получите. Разумеется, RAID5 даст прирост производительности, если с массивом будут работать операционная система и другие приложения (например, на нем будет находиться виртуальная память, TEMP и т. п.).

Вообще RAID 5 раньше был наиболее часто используемым массивом дисков для работы с СУБД. Сейчас такой массив можно организовать и на SATA дисках, причем он получится существенно дешевле, чем на SCSI. Цены и контроллеры вы можете посмотреть в статьях
Причем, следует обратить внимание на объем покупаемых дисков - например, в одной из упомянутых статей RAID5 собирается из 4-х дисков объемом 34 гиг, при этом объем "диска" получается 103 гигабайта.

Тестирование пяти контроллеров SATA RAID - http://www.thg.ru/storage/20051102/index.html .

Adaptec SATA RAID 21610SA в массивах RAID 5 - http://www.ixbt.com/storage/adaptec21610raid5.shtml .

Почему RAID 5 - это плохо - https://geektimes.ru/post/78311/

Внимание! При закупке дисков для RAID5 обычно берут 3 диска, по минимуму (скорее из-за цены). Если вдруг по прошествии времени один из дисков откажет, то может возникнуть ситуация, когда не удастся приобрести диск, аналогичный используемым (перестали выпускаться, временно нет в продаже, и т. п.). Поэтому более интересной идеей кажется закупка 4-х дисков, организация RAID5 из трех, и подключение 4-го диска в качестве резервного (для бэкапов, других файлов и прочих нужд).

Объем дискового массива RAID5 расчитывается по формуле (n-1)*hddsize, где n - число дисков в массиве, а hddsize - размер одного диска. Например, для массива из 4-х дисков по 80 гигабайт общий объем будет 240 гигабайт.

Есть по поводу "непригодности" RAID5 для баз данных. Как минимум его можно рассматривать с той точки зрения, что для получения хорошей производительности RAID5 необходимо использовать специализированный контроллер, а не то, что есть по умолчанию на материнской плате.

Статья RAID-5 must die . И еще о потерях данных на RAID5 .

Примечание. На 05.09.2005 стоимость SATA диска Hitachi 80Gb составляет 60 долларов.

RAID 10, 50

Интересно, что комбинация RAID 0+1 в плане надежности оказывается хуже, чем RAID5. В копилке службы ремонта БД есть случай сбоя одного диска в системе RAID0 (3 диска) + RAID1 (еще 3 таких же диска). При этом RAID1 не смог "поднять" резервный диск. База оказалась испорченной без шансов на ремонт.

Для RAID 0+1 требуется 4 диска, а для RAID 5 - 3. Подумайте об этом.

RAID 6

Допустим одновременный сбой двух дисков, правда, такой случай является весьма редким.

По производительности RAID 6 я данных не видел (не искал), но вполне может быть, что из-за избыточного контроля производительность может быть на уровне RAID 5.

Rebuild time

Во время "подключения" нового диска, например, для RAID 5, контроллер может допускать работу с массивом. Но скорость работы массива в этом случае будет весьма низкой, как минимум потому, что даже при "линейном" наполнении нового диска информацией запись на него будет "отвлекать" контроллер и головки диска на операции синхронизации с остальными дисками массива.

Время восстановления функционирования массива в нормальном режиме напрямую зависит от объема дисков. Например, Sun StorEdge 3510 FC Array при размере массива 2 терабайта в монопольном режиме делает rebuild в течение 4.5 часов (при цене железки около $40000). Поэтому, при организации массива и планировании восстановления при сбое нужно в первую очередь думать именно о rebuild time. Если ваша база данных и бэкапы занимают не более 50 гигабайт, и рост в год составляет 1-2 гигабайта, то вряд ли имеет смысл собирать массив из 500-гигабайтных дисков. Достаточно будет и 250-гигабайтных, при этом даже для raid5 это будет минимум 500 гигабайт места для размещения не только базы данных, но и фильмов. Зато rebuild time для 250 гигабайтных дисков будет примерно в 2 раза меньше, чем для 500 гигабайтных.

Резюме

Еще часто не включают write cache, в результате чего запись на raid происходит медленнее, чем на обычный одиночный диск. Дело в том, что у большинства контроллеров эта опция по умолчанию выключена, т.к. считается, что для ее включения желательно наличие как минимум батарейки на raid-контроллере, а также наличие UPS.

Текст
В старой статье hddspeed.htmLINK (и в doc_calford_1.htmLINK) показано, как можно получить существенное увеличение производительности путем использования нескольких физических дисков, даже для IDE. Соответственно, если вы организуете RAID - положите на него базу, а остальное (temp, OS, виртуалка) делайте на других винчестерах. Ведь все равно, RAID сам по себе является одним "диском", пусть даже и более надежным и быстродействующим.
признан устаревшим. Все вышеупомянутое вполне имеет право на существование на RAID 5. Однако перед таким размещением необходимо выяснить - каким образом можно делать backup/restore операционной системы, и сколько по времени это будет занимать, сколько времени займет восстановление "умершего" диска, есть ли (будет ли) под рукой диск для замены "умершего" и так далее, т. е. надо будет заранее знать ответы на самые элементарные вопросы на случай сбоя системы.

Я все-таки советую операционную систему держать на отдельном SATA-диске, или если хотите, на двух SATA-дисках, связанных в RAID 1. В любом случае, располагая операционную систему на RAID, вы должны спланировать ваши действия, если вдруг прекратит работать материнская плата - иногда перенос дисков raid-массива на другую материнскую плату (чипсет, raid-контроллер) невозможен из-за несовместимости умолчательных параметров raid.

Размещение базы, shadow и backup

Объяснение очень простое. Backup - это чтение данных из файла БД и запись в файл бэкапа. Если физически все это происходит на одном диске (даже RAID 0 или RAID 1), то производительность будет хуже, чем если чтение производится с одного диска, а запись - на другой. Еще больше выигрыш от такого разделения - когда backup делается во время работы пользователей с БД.

То же самое в отношении shadow - нет никакого смысла класть shadow, например, на RAID 1, туда же где и база, даже на разные логические диски. При наличии shadow сервер пишет страницы данных как в файл базы так и в файл shadow. То есть, вместо одной операции записи производятся две. При разделении базы и shadow по разным физическим дискам производительность записи будет определяться самым медленным диском.

RAID массив (Redundant Array of Independent Disks) – подключение нескольких устройств, для повышения производительности и\или надежности хранения данных, в переводе - избыточный массив независимых дисков.

Согласно закону Мура, нынешняя производительность возрастает с каждым годом (а именно количество транзисторов на чипе удваивается каждые 2 года). Это можно заметить практически в каждой отрасли производства оборудования для компьютеров. Процессоры увеличивают количество ядер и транзисторов, уменьшая при этом тех процесс, оперативная память увеличивает частоту и пропускную способность, память твердотельных накопителей повышает износостойкость и скорость чтения.

Но вот простые жесткие диски (HDD) особо не продвинулись за последние 10 лет. Как была стандартной скорость 7200 об/мин, так она и осталась (не беря в расчет серверные HDD c оборотами 10.000 и более). На ноутбуках все еще встречаются медленные 5400 об/мин. Для большинства пользователей, чтобы повысить производительность своего компьютера будет удобнее купить SDD, но цена за 1 гигабайт такого носителя значительно больше, чем у простого HDD. «Как повысить производительность накопителей без сильной потери денег и объема? Как сохранить свои данные или повысить безопасность сохранности Ваших данных?» На эти вопросы есть ответ – RAID массив.

Виды RAID массивов

На данный момент существуют следующие типы RAID массивов:

RAID 0 или «Чередование» – массив из двух или более дисков для повышения общей производительности. Объем рейда будет общий (HDD 1 + HDD 2 = Общий объем), скорость считывания\записи будет выше (за счет разбиения записи на 2 устройства), но страдает надежность сохранности информации. Если одно из устройств выйдет из строя, то вся информация массива будет потеряна.

RAID 1 или «Зеркало» –несколько дисков копирующих друг друга для повышения надежности. Скорость записи остаётся на прежнем уровне, скорость считывания увеличивается, многократно повышается надежность (даже если одно устройство выйдет из строя, второе будет работать), но стоимость 1 Гигабайта информации увеличивается в 2 раза (если делать массив из двух hdd).

RAID 2 – массив, построенный на работе дисков для хранения информации и дисков коррекции ошибок. Расчет количества HDD для хранения информации выполняется по формуле «2^n-n-1», где n - количество HDD коррекции. Данный тип используется при большом количестве HDD, минимальное приемлемое число – 7, где 4 для хранения информации, а 3 для хранения ошибок. Плюсом этого вида будет повышенная производительность, по сравнению с одним диском.

RAID 3 – состоит из «n-1» дисков, где n – диск хранения блоков четности, остальные устройства для хранения информации. Информацию делится на куски меньше объема сектора (разбиваются на байты), хорошо подходит для работы с большими файлами, скорость чтения файлов малого объема очень мала. Характерен высокой производительностью, но малой надежностью и узкой специализацией.

RAID 4 – похож на 3й тип, но разделение происходит на блоки, а не байты. Этим решением получилось исправить малую скорость чтения файлов малого объема, но скорость записи осталось низкой.

RAID 5 и 6 – вместо отдельного диска для корреляции ошибок, как в прошлых вариантах, используются блоки, равномерно распределённые по всем устройствам. В этом случае повышается скорость чтения\записи информации за счет распараллеливания записи. Минусом данного типа является долговременное восстановление информации в случае выхода из строя одного из дисков. Во время восстановления идёт очень высокая нагрузка на другие устройства, что понижает надежность и повышает выход другого устройства из строя и потерю всех данных массива. Тип 6 повышает общую надежность, но понижает производительность.

Комбинированные виды RAID массивов:

RAID 01 (0+1) – Два Рейд 0 объединяются в Рейд 1.

RAID 10 (1+0) – дисковые массивы RAID 1, которые используются в архитектуре 0 типа. Считается самым надежным вариантом хранения данных, объединяя в себе высокую надежность и производительность.

Также можно создать массив из SSD накопителей . Согласно тестированию 3DNews, такое комбинирование не даёт существенного прироста. Лучше приобрести накопитель с более производительным интерфейсом PCI или eSATA

Рейд массив: как создать

Создается путем подключения через специальный RAID контроллер. На данный момент есть 3 вида контроллеров:

1. Программный – программными средствами эмулируется массив, все вычисления производятся за счет ЦП.
2. Интегрированный – в основном распространено на материнских платах (не серверного сегмента). Небольшой чип на мат. плате, отвечающий за эмуляцию массива, вычисления производятся через ЦП.
3. Аппаратный – плата расширения (для стационарных компьютеров), обычно с PCI интерфейсом, обладает собственной памятью и вычислительным процессором.

RAID массив hdd: Как сделать из 2 дисков через IRST

Восстановление данных

Некоторые варианты восстановления данных:

1. В случае сбоя Рейд 0 или 5 может помочь утилита RAID Reconstructor , которая соберет доступную информацию накопителей и перезапишет на другое устройство или носитель в виде образа прошлого массива. Данный вариант поможет, если диски исправны и ошибка программная.
2. Для Linux систем используется mdadm восстановление (утилита для управления программными Рейд-массивами).
3. Аппаратное восстановление должно выполняться через специализированные сервисы, потому что без знания методики работы контроллера можно потерять все данные и вернуть их будет очень сложно или вообще невозможно.

Есть множество нюансов, которые нужно учитывать при создании Рейд на Вашем компьютере. В основном большинство вариантов используются в серверном сегменте, где важна и необходима стабильность и сохранность данных. Если у Вас есть вопросы или дополнения, Вы можете оставить их в комментариях.

Отличного Вам дня!