Что такое raid массивы и зачем они нужны?

Создание программного RAID с помощью встроенных инструментов Windows 8 или Windows 10

Windows 10 имеет встроенную функцию «Дисковые пространства», которая позволяет объединять жесткие диски или твердотельные накопители в один дисковый массив, называемый RAID. Эта функция была впервые представлена в Windows 8 и значительно улучшена в Windows 10, что упростило создание многодисковых массивов.

Чтобы создать массив RAID, вы можете использовать как функцию «Дисковые пространства», так и командную строку или «Windows PowerShell».

Перед созданием программного RAID необходимо определить его тип и для чего он будет использоваться. Сегодня Windows 10 поддерживает три типа программных массивов: RAID 0, RAID 1, RAID 5.

Вы можете прочитать о том, какие типы RAID существуют и какой RAID в каких целях лучше использовать, в статье «Типы RAID и какой RAID лучше всего использовать».

Итак, мы определились с типом RAID. Затем для создания дискового массива мы подключаем все диски к компьютеру и загружаем операционную систему.

Стоит отметить, что все диски будущего RAID должны быть одинаковыми не только по объему памяти, но желательно и по всем другим параметрам. Это поможет избежать многих неприятностей в будущем.

Далее, чтобы создать программный RAID-массив, выполните следующие действия:

Шаг 1. Откройте «Панель управления», щелкнув правой кнопкой мыши «Пуск» и выбрав «Панель управления» («Control Panel»).

Шаг 2: В открывшемся окне выберите «Дисковые пространства» («Storage Spaces»)

Шаг 3. Затем выберите «Создать новый пул и дисковое пространство» («Create a new pool and storage space»).

Шаг 4: Выберите диски, которые вы хотите добавить в массив RAID, и нажмите «Создание пула носителей» («Create pool»).

Важно: все данные на дисках, из которых создается RAID-массив, будут удалены. Поэтому заранее сохраните все важные файлы на другой диск или внешний носитель

После того, как вы настроили массив, вы должны дать ему имя и правильно настроить.

Шаг 5: В поле «Имя» введите имя нашего RAID-массива.

Шаг 6: Затем выберите букву и файловую систему для будущего RAID

Именно с этим именем и буквой массив будет отображаться в системе Windows.

Шаг 7: Теперь вы должны выбрать тип устойчивости.

Аппаратный RAID: особенности использования +23

• 04.06.19 11:00

•
Darksa
•
#449312
•
Хабрахабр

•

•

5700

Серверное администрирование, Блог компании Selectel
Рекомендация: подборка платных и бесплатных курсов таргетированной рекламе — https://katalog-kursov.ru/

Организация единого дискового пространства — задача, легко решаемая с помощью аппаратного RAID-контроллера. Однако следует вначале ознакомиться с особенностями использования и управления таким контроллером. Об этом сегодня расскажем в нашей статье.
Надежность и скорость работы дисковых накопителей — вопрос, волнующий каждого системного администратора. Несмотря на заверения производителей о качестве собственных устройств — HDD и SSD продолжают выходить из строя в самое неподходящее время, теряя драгоценные данные. Технология S.M.A.R.T. в большинстве случаев дает возможность оценить «здоровье» накопителя, но это не гарантирует того, что диск будет продолжать беспроблемно работать.
Предсказать выход диска из строя со 100%-ой точностью невозможно, поэтому следует предусмотреть вариант, при котором это не станет проблемой или причиной остановки сервисов. Использование RAID-массивов решает эту задачу. Рассмотрим три основных подхода, применяющихся для этой задачи:

• Программный RAID — наименее затратный вариант, но и наименее производительный. Массив создается средствами операционной системы, вся нагрузка по обработке данных «ложится на плечи» центрального процессора.
• Интегрированный аппаратный RAID (еще его часто называют Fake-RAID) — микрочип, установленный на материнскую плату, который берет на себя часть функционала аппаратного RAID-контроллера, работая в паре с центральным процессором. Этот подход работает чуть быстрее, чем программный RAID, но надежность у такого массива оставляет желать лучшего.
• Аппаратный RAID — это отдельный контроллер с собственным процессором и кэширующей памятью, полностью забирающий на себя выполнение всех дисковых операций. Наиболее затратный, однако, самый производительный и надежный вариант для использования.

А что есть ещё?

Ещё есть

• RAID2, где применяется специальный алгоритм, который может сам находить повреждённые данные, но ему нужно минимум 7 дисков;
• RAID3 и 4, которые похожи на 5, но работают медленнее;
• RAID10, где объединяется RAID1 и RAID0 — это даёт повышенную скорость и надёжность, но требует много дисков

Но всё это уже экзотика и для домашнего применения подходит слабо. Проще всего купить готовый NAS, который умеет сам организовать нужный массив, и вам останется только вставить диски. Но если вы будете знать, какой RAID-массив используется в NAS, вам будет легче подобрать тот, который нужен именно вам.

Самые распространенные типы массивов

Обычно создают RAID1. Процесс его создания называется «зеркалированием». Преимущество RAID1 в том, что все файлы одного диска дублируются на другом, и оба винчестера являются точной (зеркальной) копией друг друга. После создания массива вероятность сохранности информации увеличивается в 2 раза. Если пользователь сохранил файл на одном диске, сразу же появится его копия на втором. В случае поломки одного винчестера данные останутся невредимыми на другом (на зеркале). Процент вероятности одновременной поломки двух HDD (SSD) минимальный.

Типы массивов:

1. JBOD. Последовательно соединяет накопители (разного объема) в том количестве, которое позволяет контроллер. Увеличивает вероятность сохранности данных, но не изменяет скорость и производительность. Не рекомендован для SSD, так как массив заполняется последовательно.
2. RAID Требует минимум два накопителя одинакового объема и скорости. Информация разбивается и записывается параллельно на два носителя. При выходе из строя одного содержимое второго не подлежит прочтению. Преимущество: повышает скорость обработки большого объема информации.
3. RAID Потребуется установка еще одного или двух накопителей. Объем отзеркаленного массива будет равняться объему основного диска. В случае сбоя данные сохранятся на втором накопителе. Чем большее подсоединено дисков, тем больше копий. Данные дублируются на каждый накопитель.
4. RAID Потребуется минимум 3 накопителя. Информация будет дублироваться только на одном из них. Отзеркаленные данные можно использовать для восстановления. Увеличит производительность и скорость.
5. RAID Требует минимум 4 накопителя. Допускается выход из строя двух из них без фатальных последствий. Надежен, но менее производителен.
6. RAID Потребуется четное количество накопителей, но не меньше 4 штук. Совмещает качества RAID 1 и 0. Расходует много пространства под резерв, но использует половину от общего объема гигабайт. Увеличивает скорость. Приводит к проблемам только при поломке сразу двух дисков массива.

Теория: Уровни RAID и принципы восстановления данных

Чаще всего сейчас используются массивы уровней 0, 1, 10, 5, 50. В последнее время наблюдается возрастающий интерес к шестому уровню.

Ниже приведена краткая информация о принципах работы массивов. Более подробно, об этом можно прочитать в соответствующей статье.

RAID 0 – использование чередующейся записи (страйп). Строится из двух и более накопителей. Информация записывается на все диски массива блоками определенного (8кб,16кб,32кб,64 кб, 128кб…) размера. Файлы, размер которых один блок, равномерно распределяются по двум или более дискам.

Из-за отсутствия избыточности или дублирования данных, при выходе из строя одного из дисков, восстановить информацию в полном объеме невозможно без использования данных с неисправного накопителя. Исключением будут лишь файлы, размер которых меньше размера блока. Для полноценного восстановления информации в таких случаях необходимо сначала снять данные с неисправного диска, после чего восстанавливать RAID.

В случаях, когда все диски исправны, а массив отказывается корректно работать, восстановление производится программными методами, которые описаны

RAID 1 – использование технологии зеркалирования (зеркало). Строится из двух дисков. Информация одновременно пишется на оба накопителя, каждый диск является полной копией своего собрата. В случае выхода из строя одного из дисков массив остается работоспособным.

Если происходит сбой в работе контроллера и массив перестает определяться, то восстановление данных можно выполнить, воспользовавшись советами из статьи «Простое восстановление данных». Для этого один из дисков следует подключить к компьютеру на прямую, минуя RAID контроллер. Если повезёт, после подключения Ваши данные могут оказаться доступными и без использования программ, описанных в вышеуказанной статье.

RAID 10 – это объединение уровня 0 с уровнем 1, т.е. два страйпа объединяются в зеркало. В массиве используются минимум 4 диска. Он может остаться работоспособным при выходе из строя одного из составляющих его RAID 0.

При возникновении проблемы, в первую очередь необходимо определить, с чем именно возникли неполадки – с контроллером или с дисками

Когда проблема на уровне контроллера, Вам следует определить, какие винчестеры являются парами, составляющими страйпы

Здесь важно не перепутать диски, т.к. это приведет к потерянному времени и отсутствию результата. После того, как это станет известно, берётся одна такая пара, и с неё снимается информация таким же образом, как и с самостоятельного RAID 0

После того, как это станет известно, берётся одна такая пара, и с неё снимается информация таким же образом, как и с самостоятельного RAID 0.

Во время эксплуатации RAID 10, случается и такое, что выходят из строя два диска. Здесь возможны следующие варианты:

1) Оба диска принадлежат к одному страйпу, контроллер корректно обрабатывает исключительную ситуацию, и массив продолжает функционировать нормально.

2) Оба диска принадлежат к одному страйпу, но массив разваливается. В этом случае просто берём исправный страйп, и программно собираем его (об этом ниже).

3) Диски принадлежат к разным страйпам, но в одном из них уцелел первый, а в другом второй накопитель. Попробуйте программно собрать из них RAID 0.

4) Вышли из строя одноимённые диски разных страйпов. Увы  Один из сломанных дисков придётся отремонтировать, или каким-либо ещё образом снять с него данные. Затем программная сборка.

RAID 5 – массивы с контролем четности. Основным его достоинством является распределение блоков информации и контрольных блоков четности по всем дискам массива. Для создания такого массива требуется минимум три диска. Объём массива равен сумме объёмов составляющих его накопителей, минус один диск. Блоки контроля чётности используются для вычисления недостающей информации при выходе из строя одного из накопителей, составляющих массив. Таким образом, при утрате одного из дисков данные не теряются, и массив может продолжать работу.

Но, случается и такое, что после выхода из строя одного накопителя, контроллер неверно обрабатывает исключительную ситуацию и массив перестает корректно работать, либо полностью «падает». Подобный сбой может возникнуть также во время выполняемого после замены диска перестроения массива. Иногда в течение короткого времени после смерти первого диска, выходит из строя ещё один.

Если массив не работает, и количество неисправных дисков не более одного, то его можно собрать При выходе из строя двух накопителей, сначала потребуется восстановить работоспособность, или снять информацию на исправный диск с одного из них, и лишь затем можно заняться сборкой массива.

Аппаратная реализация RAID (хардрейд)

В случае аппаратной реализации RAID диски подключаются к карте контроллера RAID, которая устанавливается в разъем PCI-Express (PCI-e) материнской платы. Это выполняется одинаково, как в случае крупных серверов, так и при установке RAID на настольных компьютерах. У большинства внешних устройств RAID карта контроллера встроена в само устройство.

Преимущества

• Лучшая производительность, особенно для сложных конфигураций RAID. Обработка выполняется специальным процессором RAID, а не основным процессором компьютера. В результате этого снижается нагрузка на систему при записи резервной копии данных, и уменьшается время восстановления данных.
• Предоставляется больше возможностей конфигурации RAID, включая гибридные конфигурации, которые могут быть недоступны при определенных настройках операционной системы.
• Совместимость с различными операционными системами. Этот фактор является критичным, если вы планируете одновременный доступ к своей системе RAID с компьютеров Mac и Windows. Аппаратная реализация RAID будет распознаваться любой системой.

Недостатки

• Так как система содержит больше оборудования, то затраты на начальном этапе ее развертывания будут выше.
• Снижение производительности у определенных вариантов аппаратной реализации RAID при использовании твердотельных дисков (SSD). Более старые контроллеры RAID не обеспечивают быстрого встроенного кэширования SSD, необходимого для эффективного программирования диска и стирания информации на нем.
• Программное обеспечение аппаратных RAID рассчитано на работу исключительно с крупными системами (универсальные ЭВМ, системы Solaris RISC, Itanium, SAN), применяемыми в промышленной инфраструктуре.

RAID 5

Основным недостатком уровней RAID от 2-го до 4-го является невозможность производить параллельные операции записи, так как для хранения информации о чётности используется отдельный контрольный диск. RAID 5 не имеет этого недостатка. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, нет асимметричности конфигурации дисков. Под контрольными суммами подразумевается результат операции XOR (исключающее или). Xor обладает особенностью, которая даёт возможность заменить любой операнд результатом, и, применив алгоритм xor, получить в результате недостающий операнд. Например: a xor b = c (где a, b, c — три диска рейд-массива), в случае если a откажет, мы можем получить его, поставив на его место c и проведя xor между c и b: c xor b = a. Это применимо вне зависимости от количества операндов: a xor b xor c xor d = e. Если отказывает c тогда e встаёт на его место и проведя xor в результате получаем c: a xor b xor e xor d = c. Этот метод по сути обеспечивает отказоустойчивость 5 версии. Для хранения результата xor требуется всего 1 диск, размер которого равен размеру любого другого диска в raid.

Достоинства

RAID5 получил широкое распространение, в первую очередь, благодаря своей экономичности. Объём дискового массива RAID5 рассчитывается по формуле (n-1)*hddsize, где n — число дисков в массиве, а hddsize — размер наименьшего диска. Например, для массива из четырех дисков по 80 гигабайт общий объём будет (4 — 1) * 80 = 240 гигабайт. На запись информации на том RAID 5 тратятся дополнительные ресурсы и падает производительность, так как требуются дополнительные вычисления и операции записи, зато при чтении (по сравнению с отдельным винчестером) имеется выигрыш, потому что потоки данных с нескольких дисков массива могут обрабатываться параллельно.

Недостатки

Производительность RAID 5 заметно ниже, в особенности на операциях типа Random Write (записи в произвольном порядке), при которых производительность падает на 10-25% от производительности RAID 0 (или RAID 10), так как требует большего количества операций с дисками (каждая операция записи, за исключением так называемых full-stripe write-ов, сервера заменяется на контроллере RAID на четыре — две операции чтения и две операции записи). Недостатки RAID 5 проявляются при выходе из строя одного из дисков — весь том переходит в критический режим (degrade), все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность. При этом уровень надежности снижается до надежности RAID-0 с соответствующим количеством дисков (то есть в n раз ниже надежности одиночного диска). Если до полного восстановления массива произойдет выход из строя, или возникнет невосстановимая ошибка чтения хотя бы на еще одном диске, то массив разрушается, и данные на нем восстановлению обычными методами не подлежат

Следует также принять во внимание, что процесс RAID Reconstruction (восстановления данных RAID за счет избыточности) после выхода из строя диска вызывает интенсивную нагрузку чтения с дисков на протяжении многих часов непрерывно, что может спровоцировать выход какого-либо из оставшихся дисков из строя в этот наименее защищенный период работы RAID, а также выявить ранее не обнаруженные сбои чтения в массивах cold data (данных, к которым не обращаются при обычной работе массива, архивные и малоактивные данные), что повышает риск сбоя при восстановлении данных

Минимальное количество используемых дисков равно трём.

RAID 5

Типы RAID массивов для Windows 7, 8 и 10 (HDD — SSD)

Массив RAID 1 из 2 жестких дисков

Массив RAID 1 — один из самых распространенных и бюджетных вариантов, который использует 2 жестких диска. Это минимальное количество дисков HDD или SSD, которое можно использовать. Массив RAID 1 призван обеспечить максимальную защиту данных пользователя, потому что все файлы будут одновременно копироваться сразу на 2 жестких диска. Для того, чтобы его создать, берем два одинаковых по объему харда, например по 500 Гб и делаем соответствующие настройки в BIOS для создания массива. После этого в вашей системе будет виден один жесткий диск размеров не 1 Тб, а 500 Гб, хотя физически работают два жестких диска — формула расчета приведена чуть ниже. И все файлы одновременно будут писаться на два диска, то есть второй будет полной резервной копией первого. Как вы понимаете, при выходе из строя одного из дисков вы не потеряете ни частички своей информации, так как у вас будет вторая копия этого диска.

Также поломки и не заметит операционная система, которая продолжит работу со вторым диском — о неполадке вас известит лишь специальная программа, которая контролирует функционирование массива. Вам нужно лишь удалить неисправный диск и подключить такой же, только рабочий — система автоматически скопирует на него все данные с оставшегося исправного диска и продолжит работу.

Объем диска, который будет видеть система, рассчитывается здесь по формуле:

V = 1 x Vmin, где V — это общий объем, а Vmin — объем памяти самого маленького жесткого диска.

Что такое массив RAID 0 на Windows 10

Еще одна популярная схема, которая призвана повысить не надежность хранения, а наоборот, скорость работы. Также состоит из двух HDD, однако в этом случае ОС видим уже полный суммарный объем двух дисков, т.е. если объединить в Raid 0 диски по 500 Гб, то система увидит один диск размером 1 Тб. Скорость чтения и записи повышается за счет того, что блоки файлов пишутся поочередно на два диска — но при этом отказоустойчивость данной системы минимальная — при выходе из строя одного из дисков почти все файлы будут повреждены и вы потеряете часть данных — ту, которая была записана на сломавшийся диск. Восстанавливать информацию после этого придется уже в сервисном центре.

Формула расчета общего объема диска, видимого Windows, выглядит так:

V = V1 + V2

Если вы до прочтения данной статьи по большому счету не беспокоились об отказоустойчивости вашей системы, но хотели бы повысить скорость работы, то можете купить дополнительный винчестер и смело использовать этот тип

По большому счету, в домашних условиях подавляющее количество пользователей не хранит какой-то супер-важной информации, а скопировать какие-то важные файлы можно на отдельный внешний жесткий диск

Массив Raid 10 (0+1) из 4 или 6 жестких дисков

Как следует уже из самого названия, этот тип массива объединяет в себе свойства двух предыдущих — это как бы два массива Raid 0, объединенных в Raid 1. Используются четыре жестких диска, на два из них информация записывается блоками поочередно, как это было в Raid 0, а на два других — создаются полные копии двух первых. Система очень надежная и при этом достаточно скоростная, однако весьма дорогая в организации. Для создания нужно 4 HDD или SSD, при этом система будет видеть общий объем по формуле:

V = 2 x Vmin

То есть, если возьмем 4 диска по 500 Гб, то система увидит 1 диск размером 1 Тб.

Данный тип, также как и следующий, чаще всего используется в организациях, на серверных компьютерах, где нужно обеспечить как высокую скорость работы, так и максимальную безопасность от потери информации в случае непредвиденных обстоятельств.

Ваше мнение — WiFi вреден?
Да 22.84%

Нет 77.16%

Проголосовало: 39415

Какое количество дисков в массиве RAID 5?

Массив жестких дисков Raid 5 — оптимальное сочетание цены, скорости и надежности. В данном массиве минимально могут быть задействованы 3 HDD/SSD, объем рассчитывается из более сложной формулы:

V = N x Vmin — 1 x Vmin, где N — количество жестких дисков.

Итак, допустим у нас 3 диска по 500 Гб. Объем, видимый ОС, будет равен 1 Тб.

Схема работы массива выглядит следующим образом: на первые два диска (или три, в зависимости от их количества) записываются блоки разделенных файлов, а на третий (или четвертый) — контрольная сумма первых двух (или трех). Таким образом, при отказе одного из дисков, его содержимое легко восстановить за счет имеющейся на последнем диске контрольной суммы. Производительность такого массива ниже, чем у Raid 0, но такая же надежная, как Raid 1 или Raid 10 и при этом дешевле последнего, т.к. можно сэкономить на четвертом харде.

На схеме ниже представлена схема Raid 5 из четырех HDD.

Есть также другие режимы — Raid 2,3, 4, 6, 30 и т.д., но они являются по большому счету производными от перечисленных выше.

Стенд для тестирования имел следующую конфигурацию:

• процессор — Intel Core i7-965 Extreme Edition;
• материнская плата — Gigabyte GA-EX58A-UD7;
• версия BIOS — F2a;
• жесткие диски — два диска Western Digital WD1002FBYS, один диск Western Digital WD3200AAKS;
• интегрированные RAID-контроллеры:
• ICH10R,
• GIGABYTE SATA2,
• Marvell 9128;
• память — DDR3-1066;
• объем памяти — 3 Гбайт (три модуля по 1024 Мбайт);
• режим работы памяти — DDR3-1333, трехканальный режим работы;
• видеокарта — Gigabyte GeForce GTS295;
• блок питания — Tagan 1300W.

Тестирование проводилось под управлением операционной системы Microsoft Windows 7 Ultimate (32-bit). Операционная система инсталлировалась на диск Western Digital WD3200AAKS, который подключался к порту контроллера SATA II, интегрированного в южный мост ICH10R. RAID-массив собирался на двух дисках WD1002FBYS с интерфейсом SATA II.

Для измерения скоростных характеристик создаваемых RAID-массивов мы использовали утилиту IOmeter, которая является отраслевым стандартом для измерения производительности дисковых систем.

Что такое RAID?

В переводе с английского «RAID» (Redundant Arrays of Inexpensive Disks) означает «избыточный массив независимых дисков». Этот перевод не совсем дословный, но именно содержащийся в нем смысл является правильным.

Впервые термин RAID появился в 1987 году, когда исследователям из Калифорнийского Университета в Беркли удалось создать действующий массив из нескольких жестких дисков.

Первоначальное предназначение RAID – создание на базе нескольких винчестеров диска большого объема с увеличенной скоростью доступа. Но затем к двум основным целям добавилась третья – сохранение данных в случае отказа части оборудования. Именно эти три кита сделали RAID-массивы столь востребованными бизнесом и военными. Впрочем, за объем, скорость и надежность пришлось платить повышением стоимости и сложности систем хранения данных.

Со временем оборудование для построения RAID массивов стало более доступным, особенно с появлением дешевых решений для IDE/ATA и SATA дисков. Теперь уже не только специалисты по СХД, но и обычные пользователи столкнулись с хитростями построения дисковых массивов.

Оказывается, не так просто найти оптимальное решение одновременно по надежности, емкости и цене. Надо быть готовым к тому, что придется купить не один, а несколько жестких дисков, и емкость как минимум одного из них не будет использоваться. Если речь идет о построении более-менее серьезной системы, потребуется отдельный (лучше специальный) корпус с отдельным (а то и двумя) блоком питания, плата контроллера и соответствующее программное обеспечение.

Не испугались? Значит, пора знакомиться с RAID более подробно.

Заключение

Подавляющее большинство современных операций и востребованных процессов пользователей требуют наличия и обязательного использования персональных компьютерных устройств, которые позволяют получать, обрабатывать, оперировать и хранить огромный объем доступных цифровых материалов, количество которых постоянно увеличивается, требуя, в свою очередь, соответствующего доступного свободного дискового инструментария.

Конструктивный формат современных компьютеров не ограничивается возможностью использовать только один дисковый накопитель и позволяет дополнительно комплектовать устройства пользователей добавочными информационными хранилищами, значительно увеличивая пригодное для использования свободное пространство.

Однако не всегда подобный подход удобен, и часто, чтобы организовать защищенное хранилище, обладающее высокими параметрами безопасности, производительности, эффективности, отказоустойчивости и надежности, рекомендуется задействовать, доступную на сегодняшний день, технологию виртуализации данных «RAID», позволяющую объединить нескольких физических дисковых устройств в общий логический модуль.

Подобный вариант может первоначально показаться несколько сложным, однако при более близком взаимодействии процедура организации дискового пространства в формате «RAID» становиться понятной и простой, а также способствует облегчению многих, связанных с хранением данных, процессов. После соответствующей настройки «RAID», пользовательские данные будут автоматически сохранены на нескольких жестких дисках, что значительно повышает их защищенность от всевозможных нежелательных последствий и непредвиденных утрат.