Opis działania pamięci masowej RAID

środa, 3 listopada 2021 przez Ontrack

RAID

Redundant Array of Independent Disks (RAID) to termin używany w nazwach komputerowych systemów przechowywania danych, które rozprzestrzeniają i/lub replikują dane na wielu dyskach. Technologia RAID zrewolucjonizowała pamięć masową danych przedsiębiorstw i została zaprojektowana z myślą o dwóch kluczowych celach: zwiększeniu niezawodności danych i zwiększeniu wydajności I/O (wejścia/wyjścia).

Niestety pamięć masowa RAID nie jest idealną technologią, w wyniku czego utrata danych może nadal wystąpić podczas korzystania z tych systemów. W tym poście omówimy, jak działają poszczególne poziomy RAID i jak dane mogą być przechowywane (i tracone) przy użyciu tego typu pamięci.

Jak działa oprogramowanie RAID?

RAID łączy dyski fizyczne w jedną jednostkę logiczną przy użyciu specjalnego sprzętu lub oprogramowania. Sprzętowe rozwiązania RAID mogą być dostępne w różnych stylach, od wbudowanych na płycie głównej lub dodawanych kart do dużych serwerów NAS lub SAN dla dużych przedsiębiorstw. System operacyjny (OS) tego typu konfiguracji nie jest świadomy technicznego działania RAID, więc rozwiązania programowe są zwykle implementowane w systemie operacyjnym.

RAID jest tradycyjnie używany na serwerach, ale może być również używany na stacjach roboczych. To ostatnie rozwiązanie jest typowe dla komputerów intensywnie korzystających z pamięci masowej, takich jak te używane do edycji wideo i audio, gdzie wymagane są duże pojemności pamięci masowej i prędkości przesyłania danych.

 

 

Powszechnie używane terminy pamięci masowej RAID

Rzućmy okiem na niektóre terminy techniczne, które są powszechnie używane do opisania aspektów pamięci masowej RAID:

  • RAID - technologia, która obsługuje różne konfiguracje dysków twardych w celu osiągnięcia większej wydajności, niezawodności i większych rozmiarów woluminów dzięki zastosowaniu konsolidacji zasobów dysku i obliczeń równości.

  • Równość– rozproszona informacja, która umożliwia odtworzenie danych przechowywanych w macierzy RAID, nawet jeśli dysk ulegnie awarii.

  • Odwzorowanie - gdy dane z 1 lub więcej dysków twardych są duplikowane na innych dyskach fizycznych.

  • Dzielenie- metoda, w której dane mogą być zapisywane na wielu dyskach. W poniższym przykładzie dane są zapisywane na dyskach w kolejności sekwencyjnej, aż dotrą do ostatniego dysku. Następnie przeskakują z powrotem do pierwszego dysku, uruchamiają drugi pasek itd.

  • Blok – blok to przestrzeń logiczna na każdym dysku, na którym zapisywane są dane; ilość miejsca jest ustawiana przez kontroler RAID.
  • Symetria lewo/prawo - symetria w macierzy RAID kontroluje, w jaki sposób dane i równość są dystrybuowane na dyskach. Istnieją cztery główne style symetrii, które mogą być używane w zależności od dostawcy RAID. Niektóre firmy tworzą również własne style w zależności od potrzeb biznesowych.

  • "Hot spare" - istnieje kilka różnych metod radzenia sobie z awariami dysków w macierzy RAID. Jedną z metod jest użycie "hot spare" - dysku zapasowego, który może być używany zamiast dysku z awarią.

  • Tryb zdegradowany - dzieje się tak, gdy dysk w macierzy RAID staje się nieczytelny. Dysk jest następnie uznany za zły i zostaje wycofany z macierzy RAID. Nowe dane i równość są następnie zapisywane na pozostałych dyskach w macierzy RAID. Jeśli wymagane są dane z dotkniętego awarią dysku, są one udostępniane z pomocą równości w innych dyskach. Ten spadek liczby dysków obniża wydajność macierzy RAID.

Przyjrzyjmy się teraz trzem kluczowym koncepcjom w macierzy RAID (odwzorowaniu, dzieleniu i korekcja błędów) i zbadajmy, jak działają niektóre z tradycyjnych konfiguracji poziomów.

Poziomy pamięci masowej RAID

Jak wcześniej wspomniano, odwzorowanie polega na kopiowaniu danych na więcej niż jeden dysk, dzielenie występuje, gdy dane są podzielone między przynajmniej dwoma dyskami, a korekcja błędów występuje, gdy nadmiarowe dane są przechowywane jako sposób umożliwiający wykrycie i ewentualnie naprawienie problemów (znane jako tolerancja błędów). Jedna lub więcej z tych technik może być używana w ramach różnych ustawień RAID, w zależności od wymagań systemowych.

Standardowe konfiguracje RAID są określane jako poziomy. Pierwotnie powstało pięć poziomów, jednak następnie ewoluowały one, przekształcając się w większą liczbę odmian, w tym kilka poziomów zagnieżdżonych i wiele niestandardowych (głównie zastrzeżonych) poziomów. Branża odnotowała już rozszerzenie poziomów od RAID 0 do RAID 51 (i nie tylko). Ponieważ różne poziomy mają różne rodzaje redundancji, zwykle należy dokonać kompromisu między tolerancją błędu a wydajnością, w zależności od zastosowania.

Podstawowe poziomy RAID obejmują:

  • RAID 0 - często nazywany "dzieleniem", jest uważany za najbardziej podstawowy poziom RAID. Nie oferuje redundancji, ale doskonałą wydajność. Dane są rozłożone na co najmniej dwóch dyskach, a przy każdym dodanym dysku wydajność odczytu/zapisu i pojemność pamięci masowej są zwiększane na jednym dysku.

  • RAID 1 - ten poziom jest również nazywany "odwzorowaniem", które (jak sama nazwa wskazuje) odzwierciedla te same dane na dwóch dyskach; zapewniając najniższy poziom redundancji RAID. Ten poziom oferuje nawet dwukrotność wydajności odczytu na pojedynczym dysku, ale bez wzrostu prędkości zapisu. Przechowywane dane są zawsze dostępne, jeśli jeden dysk nadal działa.

  • RAID 5 - Jest to powszechna konfiguracja, która oferuje przyzwoity kompromis między bezpieczeństwem a wydajnością. Wymaga co najmniej trzech dysków i zapewnia wzrost prędkości odczytu, ale nie zwiększa wydajności zapisu. RAID 5 wprowadza do macierzy "równość", która zajmuje łącznie miejsce na jednym dysku. Ten poziom może tolerować jedną awarię dysku.

  • RAID 6 - przenosi koncepcję RAID 5 o krok dalej - wymagane są co najmniej cztery dyski i wprowadzono podwójną równość, co oznacza, że dane można odtworzyć, nawet jeśli dwa dyski w macierzy ulegną awarii.

Nowoczesne macierze RAID

Istnieje wiele sposobów na lepsze wykorzystanie systemu RAID. Biorąc jednak pod uwagę wysoce skomplikowany i techniczny charakter nowoczesnych macierzy (oraz sposób, w jaki można je wykorzystać z innymi złożonymi systemami w celu uzyskania znacznej wydajności i korzyści kosztowych, takich jak wirtualizacja), nierzadko zdarza się, że jedna z tych technologii ulega awarii. Może to spowodować znaczną utratę danych ze względu na wzajemne połączenia wielu systemów i w rezultacie może kosztować firmy miliony z powodu przestojów.

Nowoczesne macierze RAID mogą również korzystać z wielu systemów plików, takich jak BTRFS lub ZFS na poziomie sprzętowym, z NTFS lub HFS warstwowo na górze w celu obsługi aplikacji za pośrednictwem wirtualizacji.

Wyzwania związane z odzyskiwaniem danych RAID

Macierze RAID są bardzo złożone. Jest to często nasilone w infrastrukturach IT przedsiębiorstw, ponieważ systemy RAID są wykorzystywane głównie do zastosowań o znaczeniu krytycznym dla firmy, gdzie dostępność i wydajność są kluczowymi czynnikami. Technologie dodatkowe, takie jak wirtualizacja lub aplikacje bazodanowe, mogą również oznaczać katastrofę dla firmy, jeśli system ulegnie awarii.

Z punktu widzenia odzyskiwania danych zwykle konieczne byłoby zrekonstruowanie systemu plików RAID i ominięcie wszelkich fizycznych awarii, a także ocena każdej zwirtualizowanej architektury, która może istnieć. Proces ten często może sprawić, że próba odzyskania będzie niezwykle skomplikowana i czasochłonna; jednak w wielu przypadkach odzyskiwanie danych może być bardzo udane.

Przygotuj się na awarię dysku

Niestety dyski mogą (i będą) ulegać awarii w pewnym momencie swojego życia. Jeśli wystąpi awaria dotycząca poszczególnych dysków (zakładając, że jest to RAID 1 lub dalsza wersja), wadliwy dysk można po prostu wymienić na nowy, a mapę przechowywania danych można odbudować bez utraty danych. Jeśli jednak awaria dysku przekroczy możliwości nadmiarowości macierzy RAID, należy natychmiast skontaktować się z profesjonalnym specjalistą ds. odzyskiwania danych raid, aby uzyskać najlepszą szansę na odzyskanie danych. Konieczne jest upewnienie się, że wybrany dostawca ma narzędzia i wiedzę specjalistyczną, aby odzyskać dane w każdej sytuacji i konfiguracji utraty danych. Należy również ocenić, czy posiada on bezpośrednie partnerstwa z dostawcami magazynu i możliwości programistyczne w celu dostosowania nowych lub niestandardowych konfiguracji.

Czy ostatnio doświadczyłeś/aś utraty danych RAID? Skontaktuj się z ekspertami z Ontrack w celu uzyskania pomocy w odzyskaniu krytycznych danych. Nasz personel jest gotowy 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, 365 dni w roku, by pomóc w Twoich potrzebach, od codziennych po jedyne w swoim rodzaju scenariusze utraty danych.