Что такое RAID и как выбрать подходящий уровень для вашего сервера

14 апреля 2025 Возможно, что ваш сервер нуждается в улучшении производительности и надёжности. Объединив нужным образом несколько дисковых накопителей в единый массив (RAID того или иного уровня), вы сможете увеличить скорость обработки данных и обеспечить их сохранность.

В этой статье мы расскажем о принципах работы RAID, особенностях его применения и предложим рекомендации по выбору подходящего уровня для вашей системы.

Что такое RAID

RAID, или Redundant Array of Independent Disks (избыточный массив независимых дисков) — программная или аппаратная конфигурация, объединяющая несколько физических накопителей в один логический массив. Его основная цель — повысить надежность хранения и/или скорость доступа к данным.

Распределив данные между несколькими физическими устройствами, можно получить:

Повышение производительности. Чтение и запись одновременно с нескольких накопителей способствуют увеличению скорости передачи данных.
Увеличение надежности. В некоторых конфигурациях создаются контрольные суммы или данные дублируются — возможно восстановить информацию в случае неисправности одного или нескольких дисков.

Image by upklyak on Freepik.

Основные типы RAID-массивов

Выделяют два базовых типа RAID — аппаратный и программный. Они отличаются способом объединения дисков и своими возможностями:

Аппаратный RAID реализуется с помощью специального оборудования — RAID-контроллера, управляющего массивом. Его целесообразно использовать в системах, где требуются высокая производительность и надежность. Это:
- серверы баз данных;
- файловые серверы со значительным объемом данных;
- системы хранения данных с повышенными требованиями к доступности и безопасности.
Программный, напротив, реализуется компонентами ПО ОС. Он не требует дополнительного оборудования, но обычно уступает аппаратному в плане производительности. Именно поэтому для серверов предпочитают аппаратный RAID, а программный подходит для ситуаций, когда бюджет ограничен, но всё же требуется определенный уровень защиты данных. Это:
- Рабочие станции и домашние компьютеры.
- Малые и средние предприятия с ограниченными ресурсами.
- Тестовые и экспериментальные среды.

Отметим, что независимо от того, какой именно рейд вы выберете, в его основе будет лежать одна и та же идея — объединение нескольких накопителей.

Уровни RAID: особенности и применение

Это, по сути, разные способы организации массивов (arrays) со своими особенностями, достоинствами и недостатками. Выбор конкретного уровня зависит от ваших потребностей, бюджета и приоритетов (максимальное быстродействие или надежное хранение).

Классические уровни RAID

RAID 0 (Striping) — самый простой. Данные равномерно распределяются по всем дискам массива (дисковое чередование). В этом случае, если один накопитель выйдет из строя, вся информация будет потеряна. Подходит для тех, кому важна максимальная производительность, но не критична потеря данных (не важна избыточность). Потребуется минимум два hdd или ssd.
RAID 1 (Mirroring). Здесь данные дублируются на двух дисках, обычно одинаковых. При выходе из строя одного накопителя данные останутся доступными на другом. Это хороший вариант хранения данных, утрата которых неприемлема. Собственно для данных будет доступна лишь половина общего объема накопителей.
RAID 5 (Striping with Parity). Объединяет достоинства уровней 0 и 1. Данные распределяются по дискам, одновременно вычисляется и сохраняется избыточная информация — контрольная сумма. Если один из накопителей выйдет из строя, данные останутся доступными. Необходимо минимум три диска.
RAID 6 (Striping with Double Parity). Похож на предыдущий, но сохраняет дополнительную информацию о четности — он способен пережить выход из строя двух накопителей одновременно. Требует больше дисков (минимум четыре) и имеет меньший полезный объем хранения, нежели RAID 5.

Смешанные (комбинированные) уровни

Кроме классических, существуют также смешанные или комбинированные уровни RAIDs, объединяющие преимущества разных подходов. Как правило, используются в ситуациях, когда критичны оба параметра — и скорость, и надежность.

RAID 10 (1+0) — один из самых популярных комбинированных уровней. Сочетает принципы зеркалирования и чередования. Диски объединяют в пары, и данные зеркалируются между ними — при неисправности одного накопителя данные останутся доступными на другом. Затем пары накопителей объединяют в один массив с чередованием данных — этим обеспечивается высокая производительность.
RAID 50 сочетает принципы уровней 5 и 0. Группы накопителей объединяют в массивы RAID 5, где данные распределяются по всем дискам с использованием контрольных сумм для обеспечения избыточности. Затем массивы RAID 5 объединяют в один с чередованием (RAID 0).
RAID 60 сочетает принципы уровней 6 и 0. Он построен аналогично RAID 50, но использует двойную контрольную сумму (RAID 6) вместо одинарной (RAID 5).
RAID 100 — дальнейшее развитие концепции RAID 10, где массивы RAID 10 объединяются в один с чередованием данных.

Альтернативные уровни

Известны и другие, менее распространенные уровни, например, 2, 3, 4, 7. Не будем углубляться в их детали, так как чаще всего используются именно описанные выше. Однако стоит упомянуть, что у различных hardware производителей могут быть собственные реализации и свои номенклатуры.

Преимущества и ограничения использования RAID

Используя RAID нужного уровня, вы можете существенно улучшить работу системы хранения данных — увеличить ее быстродействие и устойчивость к сбоям. Но, несмотря на очевидные выгоды, существуют нюансы, которые нельзя игнорировать при выборе и настройке RAID-массивов. Чтобы правильно оценить целесообразность использования того или иного типа RAID, необходимо понимать его преимущества и потенциальные ограничения технологии.

Увеличение производительности󠀨󠀨𝅸

Это одна из причин использования RAID в системах хранения данных:

В большинстве его уровней данные распределяются по нескольким дискам — читать и записывать данные можно одновременно. Это ускоряет процессы ввода-вывода, особенно при работе с большими файлами или множеством мелких.
За счет параллелизма операций чтения-записи время отклика системы уменьшается. Это особенно заметно в приложениях, требующих быстрого доступа к данным, таких как базы данных, файловые серверы и мультимедийные программы.
RAID-массивы способны обрабатывать большие объемы данных за короткий промежуток времени, что повышает общую пропускную способность системы. Это существенно для приложений, работающих с потоковыми данными — например, видео и аудио.

На производительность дисковой подсистемы влияют такие факторы, как тип RAID, количество и вид накопителей — на жестких магнитных дисках (винчестерах) и твердотельных, качество оборудования и условия эксплуатации. Оптимально подобранный и настроенный RAID-массив способен значительно улучшить работу системы хранения данных.

Повышение надежности хранения данных

Другое значимое преимущество RAID — избыточность и надежность хранения информации. Уровни 1, 5, 6 и им подобные позволяют пережить отказ одного или даже двух накопителей без потери данных. Это критически важно для систем, в которых потеря информации недопустима, например, для СУБД, файловых серверов или веб-сайтов. При поломке одного диска система останется работоспособной, хотя и со сниженной производительностью — до замены неисправного устройства.

Ограничения и риски при использовании RAID-массивов

Принимая решение о выборе типа RAID в конкретной ситуации, учитывайте следующие аспекты:

Затраты на оборудование. Необходимы дополнительные накопители и специализированное оборудование — RAID-контроллеры. Чем выше уровень, тем дороже обойдутся создание и поддержка массива. Например, для RAID 10 нужно минимум четыре диска — это увеличивает первоначальные вложения.
Сложность настройки и управления. Ошибки в конфигурировании неизбежно приведут к неэффективной работе массива или даже к потере данных. Также необходимы регулярное обслуживание и мониторинг состояния дисковой подсистемы для поддержания ее нормальной работы.
Потери данных при отказе сразу нескольких накопителей. На некоторых уровнях, например, на пятом и шестом, допускаются отказы одного или двух дисков соответственно без потери данных. Однако, если выйдут из строя сразу несколько, превысив допустимое число, произойдет полная утрата данных. Требуются регулярное бэкапирование и мониторинг состояния массива.
Время восстановления. Восстановление данных после замены накопителя может быть весьма длительным, особенно для уровней, использующих контрольные суммы, например, для RAID 5 и 6. Во время восстановления производительность системы может снижаться — возможно, это повлияет на доступность данных и работу приложений.
Неэффективность при малых нагрузках. Некоторые уровни RAID, например пятый и шестой, могут показывать низкую производительность при выполнении большого количества случайных операций записи. Это связано с необходимостью пересчета и записи контрольных сумм, замедляющих выполнение операций. Поэтому такие уровни могут быть не вполне подходящими для приложений, которые часто обновляют данные.
Проблемы с совместимостью. Например, замена контроллера на устройство другого производителя может потребовать перенастройки массива или даже полного его перестроения, что усложнит процесс восстановления данных.

Помимо этого, помните, что RAID — не панацея от потери данных. Он не защищает от других инцидентов, таких как пожар, кража, вирусные атаки или ошибки пользователя.

Как выбрать уровень RAID для ваших нужд

Рассмотрим, как выбрать уровень, подходящий именно вам. Ответ, как всегда, зависит от ваших потребностей и приоритетов.

Учет объема данных

Первым делом определитесь с данными, которые вы планируете хранить. Если у вас небольшой объем и вы цените надежность, то RAID 1 — вполне подходящий вариант. Если же у вас большой объем данных, предпочтительными будут уровни 5 или 6. Вы также должны учитывать, сколько дисков вы готовы использовать и сколько места потеряете на обеспечение избыточности. Например, RAID 1 занимает 50% дискового пространства, RAID 5 теряет один disk из общего количества, а RAID 6 теряет два. В зависимости от количества накопителей и вида raid посчитайте, сколько места будет у вас для хранения данных.

Оценка бюджета и оборудования

Второй важный фактор — бюджет. Аппаратный RAID, как правило, более дорогой, но и более производительный. Программный RAID — менее затратное решение, но требует больше серверных ресурсов. Стоит обратить внимание на то, какие массивы поддерживает ваш контроллер и сколько накопителей вы планируете использовать. Учитывайте стоимость самих дисков, а также стоимость контроллера, если вы выбираете аппаратное решение. Также обратите внимание на характеристики ваших HDD и SSD — какие у них объемы и интерфейсы подключения.

Заключение

RAID — это мощное средство для надежного хранения данных, однако выбор подходящей конфигурации требует тщательного анализа ваших потребностей и возможностей. Вместе с тем RAID — это лишь один из инструментов обеспечения сохранности информации. Используйте его в сочетании с другими мерами безопасности, и тогда ваши данные будут в целости и сохранности.

Автор: Евробайт