RAID-системи

RAID (надлишковий масив незалежних/недорогих дисків) – це система, яка складається з певної кількості дисків, об'єднаних в єдиний логічний елемент. Всіма дисками керує один або кілька контролерів. Як правило, RAID-масиви складаються з жорстких дисків, хоча іноді також використовуються масиви з сучасних твердотільних накопичувачів (SSD). RAID зазвичай слугує для збільшення швидкості і підвищення безпеки збережених даних.

Такі масиви різняться за кількістю дисків, а також методами розподілу даних між ними. Спосіб розподілу даних між дисками називається типом або рівнем RAID. На додаток до технічних характеристик, рівень RAID визначає такі властивості масиву, як швидкість роботи та здатність протистояти збоям в апаратному забезпеченні.

Існує кілька різних рівнів RAID, і кожен з них має свої специфічні властивості і призначення. Крім того, майже всі контролери мають режим JBOD (просто пачка дисків), що являє собою звичайний набір дисків, які не утворюють єдине ціле.

Більшість рівнів RAID (крім RAID0) можуть продовжувати роботу, коли один або навіть декілька дисків виходять з ладу, в так званому критичному режимі або режимі обмеженої функціональності, за якого відсутній або обмежений захист даних та знижується швидкість.

RAID0

RAID0 базується на технології чергування блоків даних та їх рівномірного розподілу між всіма дисками масиву (страйпу). Такий розподіл істотно збільшує швидкість роботи всього масиву, оскільки декілька дисків можуть одночасно виконувати операції читання/запису.

На жаль, дана технологія не характеризується високою надійністю. Якщо один з дисків вийде з ладу, дані всього масиву буде втрачено, а можливість їх відновлення практично відсутня.

RAID0 ідеально підходить для сховищ, для яких швидкість більш важлива, ніж надійність, наприклад, для серверів, які використовуються для передачі потоків відео або редагування фотографій.

Переваги:

• Найвища продуктивність серед всіх типів RAID.

• Висока швидкість запису/читання.

• Користувач може використовувати всю ємність масиву для запису даних.

• Найдешевший варіант з точки зору витрат на 1 ГБ збережених даних.

Недоліки:

• Відносно низька надійність. Будь-який збій може призвести до втрати даних.

RAID1

Масив використовує технологію дзеркального копіювання (дзеркалювання), тобто кожен диск з даними має свого близнюка, який повністю повторює цей диск. Таким чином, RAID1 складається з двох і більше дисків, які є точними копіями.

Це означає, що у випадку простого дзеркалювання (на двох компонентах) тільки половина всієї потужності масиву доступна для користувача, що підвищує вартість за зберігання даних в два рази, тобто щоб отримати на масив RAID1 ємністю у 500 ГБ, Вам необхідно придбати 2 диски по 500 ГБ кожен. З іншого боку, якщо один диск виходить з ладу, можна швидко замінити його на новий. Водночас, система миттєво копіює дані з диска, що залишився, на новий. Для налаштування RAID1 Вам потрібно мати щонайменше два диска.

RAID1 характеризується високою надійністю, яка часто досягається за рахунок зниження швидкості операцій запису даних. Інформація спочатку записується на один диск, а потім на інший. Однак, швидкість читання може бути високою завдяки паралельному читанню даних. Ці характеристики повністю залежать від апаратного (або програмного) забезпечення конфігурації RAID.

RAID1 ідеально підходить для зберігання критично важливих даних, наприклад, у системах обліку, а також для невеликих серверів даних.

Переваги:

• Висока стійкість до несправностей.

• Масив продовжить працювати навіть після відмови одного з дисків (за наявності справного диску-дзеркала).

• Висока швидкість читання (в залежності від контролера).

• Найбільш поширена конфігурація, яку підтримують всі типи RAID.

Недоліки:

• Низька швидкість запису (без незалежних контролерів).

• Тільки половина дискового простору доступна користувачеві.

• Висока вартість за 1 гігабайт.

RAID2 та RAID3

RAID2 також використовує технологію чергування даних, але дані поділяються не на блоки, а на байти. Для досягнення стійкості до відмов RAID2 відводить дисковий простір для коду Хеммінга, тобто, щоб зібрати такий масив, потрібно мати не менше трьох дисків.

RAID3 поділяє дані на байти та розподіляє їх по дискам. В масиві виділяється окремий диск для усунення несправностей.

Завдяки побайтовому розподілу даних, всі диски масиву працюють як єдине ціле. Це означає, що вони можуть виконувати одночасно тільки одну операцію. Масиви цього типу використовуються рідко.

RAID4

RAID4 також застосовує метод чергування даних і має окремий диск для виправлення помилок. Однак, порівняно з масивами рівнів 2 і 3, дані поділяються на блоки. Це дозволяє дискам працювати незалежно один від одного і одночасно виконувати кілька операцій читання. Це означає, що масив має високу швидкість читання, так само, як і RAID0. Швидкість запису знижується через необхідність зберігати інформацію про парність на додатковий диск для виправлення помилок, оскільки його дані потрібно оновлювати щоразу, коли записується нова інформація.

Для зібрання RAID4 потрібно не менше трьох дисків. З іншого боку, ця модель знайшла широке застосування завдяки гарному компромісу між швидкістю і надійністю. Якщо один з блоків втрачено, система може відновити його самостійно за допомогою сусідніх блоків та інформації про парність.

Переваги:

• Досить висока відмовостійкість, можливість самостійного відновлення.

• Здатність працювати в режимі обмеженої функціональності.

• Висока швидкість читання даних.

Недоліки:

• Низька швидкість запису, оскільки один диск призначений для виправлення помилок.

• Значно знижена швидкість читання в режим обмеженої функціональності.

• У разі втрати одного диска, відновлення даних з нового диску може зайняти багато часу. Якщо під час цього процесу ще один диск виходить з ладу, дані можна безповоротно втратити.

RAID5

RAID5 – мабуть найпопулярніша конфігурація RAID, яка використовуються в мережевих сховищах NAS. RAID5 являє собою ідеальне поєднання ціни, швидкості і якості.

RAID5 майже ідентичний до RAID4, однак він не записує інформацію про парність на окремий диск, а рівномірно розподіляє її по всіх дисках. Це означає, що RAID5 може протистояти збою одного диска без втрати даних або доступу до них, оскільки дані та інформація про парність, що знаходяться на дисках, служать для відновлення втрачених блоків.

Залежно від виробника, ємності та призначення, масиви RAID 5-го рівня можуть відрізнятися за методом розподілу даних та інформації про парність.

Щоб зібрати масив 5-го рівня потрібно не менше трьох дисків.

Переваги:

• Висока швидкість читання і запису.

• Якщо один з дисків вийде з ладу, у користувача залишається доступ до даних (в режимі обмеженої функціональності).

• Стійкість до збоїв і помилок.

Недоліки:

• Несправність диску знижує продуктивність.

• У разі втрати одного диска відновлення даних з нового диску може зайняти багато часу. Якщо під час цього процесу ще один диск виходить з ладу, дані можна безповоротно втратити.

RAID6

RAID6 схожий на RAID5, але існує одна відмінність – подвійний код Ріда-Соломона, який записується на два диски та використовується замість інформації про парність. Таким чином, мінімальна кількість дисків збільшується до чотирьох, і система може продовжувати роботу навіть у разі втрати двох дисків.

Комбіновані масиви

Існує кілька популярних комбінованих рівнів масиву, наприклад, RAID10(1+0), RAID01(0+1), RAID50(5+0) тощо.

RAID10 – це масив RAID0, який складається з масивів RAID1, а RAID01 – це масив RAID1, утворений з масивів RAID0. За аналогією, RAID50 – це масив RAID0, який включає в себе масиви RAID5.

Такі комбінації служать для збільшення продуктивності і стійкості до відмов, але все це досягається за рахунок значного підвищення вартості. Наприклад, щоб зібрати RAID10, Вам потрібно щонайменше чотири жорсткі диски.

Поєднання двох і більше масивів RAID5 у RAID0 помітно підвищує продуктивність завдяки паралельному використанню даних.

RAID10 та RAID50 стали дуже популярні через їх простоту з точки зору впровадження та поєднання досить високої швидкості з можливістю резервного копіювання, хоча й значна вартість не дозволяє використовувати їх в невеликих системах. RAID01 використовується не часто, оскільки за своїми характеристиками він практично ідентичний до RAID10.

Відновлення даних

Дані, втрачені через збій у RAID, можна відновити.

Серед ознак можливого пошкодження RAID-масиву:

• Масив працює в критичному режимі, але всі файли залишаються доступними.

• Масив було некоректно відновлено після втрати даних, налаштування або порядок дисків було змінено; доступ до файлів обмежений або відсутній.

• Статус масиву – «не активний», «не знайдений», «вимкнений», він не відображається в системі, а доступ до файлів відсутній.

Для RAID-масивів характерні й інші проблеми втрати даних, які є типовими для звичайних жорстких дисків: випадкове видалення, програмні збої, перезапис, пошкодження файлової системи тощо. Відтак, якщо RAID працює як зазвичай, але дані стали недоступними, втрата інформації може бути викликана іншою проблемою, як, наприклад, помилка оператора або комп'ютерний вірус.

Крім того, відмова RAID-системи може бути викликана поломкою контролера або дефектами диску. В залежності від рівня RAID, це може призвести до певних труднощів і обмежень у процесі відновлення даних.

Визначення сховища як частини RAID

Відомо, що кожне сховище даних має свої власні властивості, такі як тип, розмір, модель, виробник і т. д. Ця інформація знаходиться всередині диска і, як правило, запрограмована виробником.

Якщо диск використовується як компонент RAID, він отримує відповідну позначку від RAID-контролеру NAS або материнської плати. Ця позначка містить інформацію про кількість дисків в групі, конфігурацію RAID, розмір страйпу тощо. Якщо користувач вирішить використовувати певний диск окремо від RAID-масиву, ця позначка може залишатися в ньому навіть після того, як цей носій було вилучено із системи і відформатовано. Однак, те, що диск був частиною RAID-масиву, не заважає вилучити його з системи та використовувати для інших цілей – в якості основного жорсткого диска комп'ютера, зовнішнього носія або в іншому пристрої.

Проте, коли з такого диска потрібно відновити дані, Recovery Explorer проаналізує його властивості, щоб визначити тип пристрою. Якщо диски використовуються в якості компоненту RAID або колись входили до складу такого масиву, R-Explorer зчитає їх позначки і запропонує зібрати диски в єдину систему. З дозволу користувача програма автоматично збирає RAID-масиви.

Якщо Ви впевнені, що диск, який підлягає відновленню, колись був компонентом RAID, але вже не є ним, відмовтесь від автоматичного збирання RAID, яке запропонує програма, та проігноруйте попередження перед початком сканування. Втім, якщо диск все ж є частиною RAID, перед тим, як зібрати його, переконайтесь, що всі інші диски, які є компонентами цього RAID-масиву, також підключені до ПК. Ви можете зробити це вручну або ж дозволити програмі виконати цей процес автоматично.

Як відновити дані з RAID?

Оскільки RAID – це складне сховище, що складається з декількох дисків, об'єднаних в одну логічну систему, як правило, перед відновленням масив потрібно перезібрати. Recovery Explorer автоматично розпізнає метадані на дисках, які описують RAID, і збирає всі диски у єдине віртуальне сховище. Втім, якщо які-небудь метадані, що відповідають за RAID, було втрачено, рекомендується використовувати інструмент для відновлення даних, який спеціалізується на відновленні та реконструкції складних RAID-систем.

Процедура відновлення даних з RAID складається з наступних кроків:

• Вимкніть RAID;

• Вилучіть всі диски – компоненти RAID;

• Підключіть їх до стаціонарного ПК для відновлення;

• Розпочніть відновлення даних за допомогою Recovery Explorer, перейшовши до вікна «Складні сховища»;

• По завершенні сканування оберіть потрібні відновлені дані та скопіюйте їх до безпечного місця.

Маніпуляції з RAID

RAID-масиви, як правило, використовують для зберігання важливої інформації, втрата якої досить небажана. Таким чином, користувачам, які застосовують RAID, слід знати про запобіжні заходи, які допоможуть уникнути подібних ситуацій.

Налаштування RAID-масиву

1. Чи достатньо вентиляторів для охолодження сховища?

У процесі роботи будь-який жорсткий диск нагрівається, а якщо їх декілька, зростає ймовірність, що відсутність належного охолодження призведе до їх поломки. Якщо масив перегріється, він може вийти з ладу, тому слід забезпечити йому відповідне охолодження. Щоб запобігти його перегріву, перед тим, як налаштувати сховище, переконайтесь, що працює кулер і що навколо масиву достатньо вільного простору.

2. Використовуйте джерело безперебійного живлення

У разі раптового відключення живлення в процесі запису даних, дані не буде записано. Крім того, це може спричинити логічне або механічне ушкодження дисків. Щоб запобігти такій ситуації, встановіть джерело безперебійного живлення (ДБЖ).

По-перше, це дозволить вберегти обладнання від наслідків стрибків напруги. По-друге, в разі відключення електроенергії, у користувача буде час, щоб зберегти файли і належним чином вимкнути пристрій.

3. Використовуйте диски різних виробників

Більшість RAID-масивів, окрім RAID0, здатні працювати в режимі обмеженої функціональності. Якщо один диск (або до двох в RAID6) виходить з ладу, система продовжить роботу зі зниженою швидкістю читання/запису.

Якщо більш ніж один диск (два диска) відмовлять при роботі в масиву в критичному режимі, дані буде втрачено. З цієї причини, рекомендується створити масив із дисків різних виробників. Таким чином, Ви знижуєте ймовірність одночасного виходу з ладу кількох дисків.

Обслуговування RAID

Порядок дисків має велике значення

Кожен диск в RAID має власний порядковий номер, що дозволяє записувати дані на диски у певному порядку. Деякі контролери визначають порядок дисків за тим порядком, в якому їх було підключено. Якщо порядок дисків змінюється, в залежності від конфігурації, можуть виникнути певні типові проблеми:

• RAID0: система не може коректно ініціалізувати дані на диску, оскільки змінено послідовність блоків;

• будь-який RAID з кодом парності: система може бути неспроможною зрозуміти дані. Існує висока ймовірність того, що будь-які подальші маніпуляції (наприклад, запис даних) призведуть до втрати деяких блоків на переплутаних дисках. Відновлення цих даних вимагає додаткового програмного забезпечення та спеціалізованих знань.

Більшість просунутих RAID можуть самі визначити порядок, якщо підключити диски у правильному порядку. Це може допомогти у діагностиці.

Форматувати чи ні?

Припустимо, що з якихось причин користувачеві потрібно вилучити диск з RAID-системи і підключити його до ПК (наприклад, для діагностики). В такому випадку необхідно уважно читати повідомлення операційної системи.

Система може запропонувати відформатувати пристрій. Не рекомендується погоджуватись на цю пропозицію. Справа в тому, що форматування може призвести до втрати цінної інформації, що знаходиться на диску, відновлення якої вимагатиме тривалої і трудомісткої процедури.

Підключення та від'єднання дисків

Якщо запам'ятовуючий пристрій не надає можливість зберігати резервний диск, необхідно відключити його від джерела живлення перед будь-якими фізичними операціями з RAID-масивом. Якщо цього не зробити, необережні дії можуть призвести до механічних пошкоджень диска або логічного ушкодження даних.

Якщо Ви використовуєте гаряче резервування, пам'ятайте про наступні запобіжні заходи:

• Не можна використовувати цю функцію з дисками, які є компонентами RAID, що працює у критичному режимі;

• Не від'єднуйте одночасно більше одного диска. Після відключення диска і його заміни, переконайтеся, що перезібрання RAID завершено. Тільки після цього Ви можете відключити інші диски.

Транспортування RAID

Транспортування RAID вимагає підвищеної обережності, щоб не допустити механічного пошкодження дисків. Не рекомендується кидати або трусити масив. Оберніть його в антистатичний поліетиленовий пакет та алюмінієву фольгу, а також захистіть від вібрацій за допомогою спеціального пакунку.

У роботі з RAID забороняється: контрольний список

Перед початком будь-яких операцій з масивом, будь ласка, ознайомтеся з наступними правилами поводження з RAID:

1. Не підключайте RAID до пристрою, який не має достатньої кількості кулерів.
2. Не змінюйте порядок дисків.
3. Під час діагностики дисків, уважно читайте всі повідомлення операційної системи.
4. Перед проведенням будь-яких фізичних операцій, відключіть диски від живлення.
5. Уникайте будь-яких механічних пошкоджень дисків.
6. Не піддавайте масиву вібраціям та іншим навантаженням під час його транспортування.