Типы RAID массивов

Технология обеспечения отказоустойчивости с помощью массивов жестких дисков называется RAID - Redundant Array of Inexpensive Disks (избыточный массив недорогих дисков). Наличие избыточности, однако, не гарантирует 100% надежности хранения данных. При выходе системы из строя (например, из-за поломки RAID-контроллера) восстановление данных с RAID массива является более сложной и трудоемкой задачей, чем восстановление информации с отдельного жесткого диска. Она занимает длительный отрезок времени и требует значительных трудозатрат. Иногда для восстановления информации с RAID массива даже приходится писать специальные программные модули, позволяющие «собрать» испорченные данные, распределенные по многим жестким дискам.



Рассмотрим основные характеристики уровней RAID массивов с точки зрения надежности и сложности восстановления данных.

RAID 0
Массив RAID 0 по существу не является отказоустойчивой системой, но способен значительно повысить производительность. В обычной системе данные последовательно записываются на каждый диск raid массива, пока не будет исчерпан его объем. Массив RAID 0 распределяет данные по дискам массива следующим образом. Если, например, в RAID0 используются четыре диска , то данные записываются на первую дорожку первого диска, затем на первую дорожку второго диска, первую дорожку третьего и первую дорожку четвертого. Затем данные записываются на вторую дорожку первого диска и т. д. Такое распределение данных позволяет одновременно читать и записывать данные на четырех дисках и тем самым увеличивает производительность системы. С другой стороны, если один из дисков RAID 0 выйдет из строя, восстановление данных придется делать тоже на всех четырех дисках. Таким образом, технология RAID 0 является самой быстрой, но и самой ненадежной с точки зрения сохранения информации.

RAID 1
Массив RAID 1 реализует метод зеркаливания/дуплексирования данных, создавая для каждого диска массива вторую копию данных на отдельном диске. Дуплексирование помимо данных на диске дублирует также адаптерную плату и кабель, обеспечивая еще большую избыточность. Метод хранения двух копий данных - надежный способ реализации отказоустойчивой дисковой подсистемы, и он нашел широкое применение в современных архитектурах хранения данных.

RAID 2
Массив RAID 2 распределяет данные на жестких дисках массива побитно: первый бит записывается на первом жестком диске, второй бит - на втором жестком диске и т. д. Избыточность обеспечивается за счет нескольких дополнительных дисков, куда записывается код коррекции ошибок. Эта реализация дороже, поскольку требует больших накладных расходов: raid массив с числом основных дисков от 16 до 32 должен иметь три дополнительных жестких диска для хранения кода коррекции. Массив RAID 2 обеспечивает высокую производительность и надежность, но его применение ограничено главным образом рынком компьютеров для научных исследований из-за высоких требований к минимальному объему дискового пространства массива. В сетевых файловых серверах этот метод в настоящее время не используется.

RAID 3
Массив RAID 3 распределяет данные на жестких дисках массива побайтно: первый байт записывается на первом жестком диске массива, второй байт - на втором жестком диске и т. д. Избыточность обеспечивает один дополнительный жесткий диск, куда записывается сумма данных по модулю 2 (XOR) для каждого из основных дисков массива. Таким образом, массив RAID 3 разбивает записи файлов данных, храня их одновременно на нескольких жестких дисках и обеспечивая очень быстрые чтение и запись. XOR-сегменты на дополнительном диске позволяют обнаружить любую неисправность дисковой подсистемы, а специальное ПО определит, какой из дисков массива вышел из строя. Использование побайтного распределения данных позволяет выполнять одновременное чтение или запись данных с нескольких дисков для файлов с очень длинными записями. В каждый момент времени может выполняться только одна операция чтения или записи.

RAID 4
Массив RAID 4 аналогичен массиву RAID 3, за тем исключением, что данные распределяются на жестких дисках по блокам. Для хранения XOR-сегментов также используется один дополнительный диск в raid массиве. Такая реализация raid массива удобна для файлов с очень короткими записями и большей частотой операций чтения по сравнению с операциями записи на raid, поскольку в этом случае при подходящем размере блоков на диске возможно одновременное выполнение нескольких операций чтения. Однако по-прежнему допустима только одна операция записи на дисковый массив в момент времени, так как все операции записи используют один и тот же дополнительный диск для вычисления контрольной суммы в raid массиве.

RAID 5
В массиве RAID 5 как и RAID 4, использует поблоковое распределение данных, но XOR-сегменты распределены по всем жестким дискам массива. Это позволяет выполнять несколько операций записи на диски одновременно. Массив RAID 5 также удобен для файлов с короткими записями.

RAID 7
Массив RAID 7 является разработкой компании Storage Computer.Массив RAID 7 не является, по существу, уровнем RAID, поскольку не предлагает новых способов организации данных. Основные изменения коснулись способов доступа к данным raid массива. Все жесткие диски, которых может быть до 48 (46 - непосредственно для данных, 1 для четности, 1 - в горячем резерве), подключены к индивидуальным каналам, что позволяет организовать асинхронный доступ к данным raid массива. Система поддерживает подключения к 12 хостам, обмен данными с которыми тоже осуществляется асинхронно. Доступом к каждому жесткому диску и операциями с каждым хостом заведует свой интеллектуальный контроллер с ассоциированным буфером. В системе имеется объединенный кэш и процессор управления доступом, работающий в системе реального времени. В случае отказа жестких дисков или других элементов запрос помещается в кэш, в то время как система перестраивает данные.Массив RAID 7 поддерживает все традиционные уровни RAID, но преимущественно ориентируется на уровни RAID 3 и RAID5, автоматически адаптируя способ организации хранения данных под конкретные задачи.

RAID 10
Массив RAID 10 объединяет технологии RAID 1 и RAID 0. Жесткие диски сначала зеркалируются в массив RAID 1, а потом используется попеременная запись RAID 0

Управление raid

Создание устройства:
# mdadm –create /dev/mdX –level=raid1 –raid-devices=2 /dev/hdAA /dev/hdBB
level - уровень RAID,
raid-devices - количество устройств, затем их перечисление.
Сохранение конфигурации о нём:
# mdadm -E -s -c partitions >> /etc/mdadm.conf

Статус устройства можно посмотреть через
# mdadm -Q --detail /dev/mdX
Удаление/добавление отдельного диска:
Пометить диск как сбойный:
# mdadm /dev/mdX --fail /dev/XXX
Удалить диск из массива:
# mdadm /dev/mdX --remove /dev/XXX
Добавить диск в массив:
# mdadm /dev/mdX --add /dev/XXX

Зеркальный програмный рейд

Просотр таблицы разделов диска /dev/hda
#sdfisk -l /dev/hda

Копирование таблицы разделов диска /dev/hda на диск /dev/hdc
#sfdisk -d /dev/hda | sfdisk /dev/hdc

, либо вручную создаем необходимый раздел

Создание зеркального раздела /dev/md0
# mdadm --create /dev/md0 --level=1 --raid-devices=2 /dev/hda1 /dev/hdc1

Создание файловой системы
# mkfs.ext3 /dev/md0

Сохраняем конфигурацию
cd /etc/mdadm
echo ’DEVICE /dev/hd[a-z] /dev/sd*[a-z]’ > mdadm.conf
echo 'MAILADDR root' >> mdadm.conf
mdadm --examine --scan --config=mdadm.conf >> mdadm.conf

Grub + raid1

Setting up GRUB:
------------------------------------------------------------------
# grub

grub> root (hd0,0)
grub> setup (hd0)
grub> root (hd1,0)
grub> setup (hd1)

grub> quit

------------------------------------------------------------------
/boot/grub/menu.lst
------------------------------------------------------------------
# Boot automatically after 5 secs.
timeout 5

# By default, boot the first entry.
default 0

# Fallback to the second entry.
fallback 1

title Debian GNU/Linux, kernel 2.6.18-4-686 /dev/sda
root (hd0,0)
kernel /boot/vmlinuz-2.6.18-4-686 root=/dev/md0 ro
initrd /boot/initrd.img-2.6.18-4-686
savedefault

title Debian GNU/Linux, kernel 2.6.18-4-686 /dev/sdb
root (hd1,0)
kernel /boot/vmlinuz-2.6.18-4-686 root=/dev/md0 ro
initrd /boot/initrd.img-2.6.18-4-686
savedefault

Восстановление md RAID1 массива

Диспозиция следующая 2-а HDD диска, один из которых на момент работы полностью обнулён, а второй содержит актуальный данный разрушенного RAID1 массива. Условимся, что:
/dev/hda - содержит актуальные данные;
/dev/hdc - свободен.

1. Создание аналогичной таблицы разделов:
sfdisk -ld /dev/hda | sfdisk /dev/hdc
2. Визуальная проверка таблицы разделов:
sfdisk -l /dev/hdc
3. Добавление партиции к /dev/md0
mdadm --add /dev/md0 /dev/hdc1
4. Восстановление менеджера загрузки grub
grub> device (hd0) /dev/hdc
grub> root (hd0, 0)
grub> setup (hd0)
grub> quit