RAID (Redundant Array of Independent Disks - Nadmiarowa Macierz Niezależnych Dysków), zdefiniowany standard posiadający kilka różnych poziomów oraz ich kompilacji. W tanich kontrolerach najczęściej stosuje się poziomy RAID 0, RAID1 i rzadziej RAID5.
System RAID został stworzony, by połączyć dyski twarde tak, że system (komputer) widzi je jako jeden logiczny napęd. Dyski łączy się w macierze, aby uzyskać większą pojemność, wydajność, bezpieczeństwo danych lub kombinację tych cech. RAID realizuje się za pomocą odpowiedniego sprzętu (kontrolerów) i oprogramowania (specjalistycznego software do zarządzania macierzą). W większości współcześnie produkowanych płyt głównych zaimplementowane są tryby pracy RAID dzięki wbudowanym fabrycznie, funkcjom kontrolera. Również właściwie wszystkie systemy operacyjne oferują nam typowo programowe tryby RAID.
RAID 0: często nazywany poziomem pasków (stripes) jako, że dane na dyskach zapisywane są w blokach z przeplotem na poszczególne dyski macierzy. Dzięki temu poziomowi, dla dwóch identycznych dysków , uzyskujemy dwa razy większą pojemność i w przybliżeniu dwa razy większą prędkość odczytu i zapisu, niestety kosztem bezpieczeństwa. Np.: łącząc w RAID0 dwa pojedyncze dyski WD 500GB, będą one widziane przez system jako 1 dysk o pojemności 1 TB. Kiedy łączymy różne dyski uzyskana pojemność jest dwa razy większa od najmniejszego, a prędkość dwa razy większa od najwolniejszego.
Na tym poziomie możliwe też jest skonfigurowanie rozmiaru paska-bloku danych (Stripe size), najczęstsze rozmiary to 32, 64, 128KB.
Niestety, entuzjazm hamuje bardzo niski poziom bezpieczeństwa tej konfiguracji. Ze względu na to, że wszystkie dane są pomieszane na dyskach w macierzy jak kartka papieru w niszczarce - wystarczy że jeden z dysków zawiedzie i dane są nie do odzyskania. Dla przykładu: Producenci określają MTBF (Mean Time Between Failures, średni czas między awariami) – wyrażony w godzinach średni czas, w którym urządzenie może działać bezawaryjnie. Jeżeli MTBF wynosi 200 tysięcy godzin, to prawdopodobieństwo uszkodzenia tego dysku w ciągu roku wynosi 4,38%. Czyli Szansa na uszkodzenie dwu-dyskowej macierzy wynosi dwa razy więcej - prawie 9%. Wniosek z tego oczywisty - Podczas używania tego poziomu macierzy należy bardzo często wykonywać kopię bezpieczeństwa.
RAID 1:
Poziom ten zwany jest także lustrem (mirror) jako że jeden dysk jest lustrzanym odbiciem drugiego, dane zapisywane są równolegle na oba dyski. Dzięki temu poziomowi uzyskujemy bezpieczeństwo danych kosztem pojemności. Tym razem wielkość macierzy jest równa najmniejszemu dyskowi, a prędkość przy odczycie zwykle jest większa, przy zapisie mniejsza niż najwolniejszego dysku. Jeżeli trzy dyski po 500 GB zostaną połączone w RAID 1. , powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar 500 GB. Jeżeli jeden lub dwa dyski w pewnym momencie ulegają uszkodzeniu, użytkownik nadal ma dostęp do danych.
Prawdopodobieństwo uszkodzenia macierzy, przez brak dostępu do danych, jest w tym przypadku bardzo niskie, jednak wydajność i pojemność pozostawia trochę do życzenia!
RAID 5:
Ta konfiguracja RAID to zdecydowanie najlepsze rozwiązanie z wymienionych wyżej. Oferuje bardzo wysoki poziom bezpieczeństwa danych dzięki zapisywaniu danych nadmiarowych. Dane są dzielone na bloki (16, 32, 64 lub 128 kB). Takie pakiety zapisywane są na dyskach podobnie do rozwiązania RAID 0. .
Ponad to dla każdego rzędu zapisywanych danych zapisywany jest blok parzystości. Z tym, że bity parzystości nie są zapisywane na specjalnie do tego przeznaczonym dysku, lecz są rozpraszane po całej strukturze macierzy. RAID 5 umożliwia odzyskanie danych w razie awarii jednego z dysków przy wykorzystaniu danych i kodów korekcyjnych zapisanych na pozostałych dyskach .
RAID6:
W konfiguracji RAID 5 w przypadku uszkodzenia jednego z dysków, macierz dyskowa umożliwia wymianę uszkodzonego dysku na sprawny i korzystając z zapisanych na innych dyskach kodach nadmiarowych, odbudować jego strukturę. Niestety podczas tej operacji bezpieczeństwo całego systemu RAID obarczone jest na dużym ryzykiem. Twarde dyski mają coraz większą pojemność, a przez to znacznie dłużej trwa proces odbudowywania. Gdy podczas niego uszkodzeniu ulegnie drugi dysk, tracimy wszystkie dane. Dyski Mają też podobną żywotność, więc nie jest odosobnionym przypadkiem, że awarii ulegnie więcej niż jeden dysk.
Przed taką sytuacją zabezpiecza RAID 6, który nie jest wrażliwy na równoczesną awarię dwóch twardych dysków. W tak skonfigurowanym systemie dyskowym wyliczany jest dodatkowy, drugi blok parzystości, co powoduje, że potrzebne są dwa nadmiarowe dyski.
Pierwszą korzyścią przy zastosowaniu macierzy RAID 6 jest to, że nie trzeba natychmiast odbudowywać uszkodzonego dysku. Odbudowę można odłożyć na czas mniejszego obciążenia systemu, a System i tak może pracować z pełną wydajnością. Dodatkowo, nawet w przypadku awarii dwóch dysków na raz, macierz nadal pracuje stabilnie.
RAID 0+1
Macierz realizowana jako RAID 1, którego elementami są macierze RAID 0. Macierz taka ma zarówno zalety macierzy RAID 0 – szybkość w operacjach zapisu i odczytu – jak i macierzy RAID 1 – zabezpieczenie danych w przypadku awarii pojedynczego dysku. Pojedyncza awaria dysku powoduje, że całość staje się w praktyce RAID 0. Potrzebne są minimum 4 dyski o tej samej pojemności.
RAID10
RAID 10 zapewnia lepszą odporność na awarie i wydajność „przebudowy” niż RAID 01. Oba typy macierzy zapewniają bardzo dobrą ogólną wydajność dzięki połączeniu prędkości RAID 0 z redundancją RAID 1 bez konieczności obliczania parzystości. Stripingowi podlegają relatywnie niewielkie bloki danych, które są zapisane na dwóch dyskach, dzięki czemu podczas wymiany uszkodzonego dysku odbudowywany jest tylko fragment całej macierzy.
Najbardziej popularny z wielu poziomów RAID, RAID 01 i 10, łączy najlepsze cechy stripingu i mirroringu, aby uzyskać duże macierze o wysokiej wydajności i doskonałej odporności na uszkodzenia. RAID 01 to lustrzana konfiguracja dwóch rozłożonych zestawów; RAID 10 to paski- bloki danych na wielu zestawach lustrzanych. RAID 10 i 01 są coraz bardziej popularne, ponieważ dyski twarde są coraz tańsze, więc użycie czterech napędów jest mniej kosztowne. RAID 10 zapewnia lepszą odporność na błędy i przebudowę oraz wydajności niż RAID 01. Oba typy macierzy zapewniają bardzo również dobrą szybkość RAID 0 z redundancją RAID 1 gdyż nie ma konieczności wykonywania obliczeń parzystości.
RAID 5E i 6E
Jest to RAID 5 z rozproszonym dyskiem hot spare (urządzenie hot spare automatycznie przejmuje rolę urządzenia uszkodzonego) z tym, że nie ma oddzielnego dysku hot spare, tylko jest on rozłożony na wszystkie dyski tak jak parzystość, dzięki temu wzrasta wydajność oraz liczba pracujących dysków. Organizacja zapisu jest jak w RAID 5 czy 6, czyli jedna parzystość. Z ogólnej liczby dysków pojemność jednego tracona jest na parzystość, a drugiego na hot spare
W tym artykule zajęliśmy się tylko tymi najbardziej popularnymi, aby wyjaśnić ogólną zasadę działania tego typu rozwiązań.
Konfigurując RAID trzeba się poważnie zastanowić do czego będzie wykorzystywany i jakiego rodzaju dane będziemy na nim przetrzymywać. Na pewno nie należy traktować RAIDu jako kopii zapasowej danych. Trzeba brać pod uwagę, że jakiekolwiek błędy macierzy, czy usunięcie danych zostanie zreplikowane na pozostałe nośniki w macierzy i takich danych już nie da się przywrócić. Również ostrożnie należy podchodzić do RAIDów 0, gdyż są one bardzo podatne na awarie.
