Pamiętam jak w latach 90 XX wieku montowaliśmy pierwsze macierze RAID w urzędach, radiu i telewizji. Dyski SCSI po kilkaset MB pojemności a każdy wartością przekraczał koszt zakupu auta w tamtych czasach. Wraz z rozwojem technologi i ilości produkowanych danych zmieniło się też zastosowanie macierzy RAID oraz ich dostępność. Rosnąca z roku na rok ilość danych sprawia, że wiele osób i firm poszukuje skutecznych metod na bezpieczne przechowywanie plików oraz zapewnienie nieprzerwanego dostępu do nich. Rozwiązaniem, które od dekad cieszy się ogromnym zaufaniem administratorów systemów i zaawansowanych użytkowników, jest technologia RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks). Wbrew pozorom nie jest to rozwiązanie wyłącznie dla wielkich korporacji – macierze RAID są z powodzeniem wykorzystywane także w małych firmach i domowych serwerach. Warto jednak wiedzieć, że RAID to nie tylko jeden „standard”. Istnieje bowiem wiele poziomów (konfiguracji) – od najprostszych po niezwykle wyrafinowane, co postaram się w tym artykule chociaż trochę wyjaśnić.
Na czym polega idea macierzy RAID
W dużym uproszczeniu macierz RAID łączy wiele fizycznych dysków w jeden logiczny zasób. Dla użytkownika końcowego taki wolumin może wyglądać jak pojedynczy dysk. Sposób rozdzielenia danych na poszczególne talerze bądź układy elektroniczne determinuje, czy macierz będzie nastawiona na maksymalną wydajność, czy też na utrzymanie pracy przy awarii jednego lub kilku nośników.
Kluczową cechą, która wyróżnia RAID, jest nadmiarowość – w wielu poziomach dane przechowywane są w sposób umożliwiający ich odbudowę nawet wtedy, gdy fizycznie uszkodzi się jeden czy dwa dyski. Wszystko jednak zależy od tego, jaki typ RAID-u wybierzemy i w jaki sposób skonfigurujemy macierz.
Rodzaje macierzy RAID
RAID 0
To najprostszy wariant, zwany również stripingiem. Dane są dzielone na bloki i zapisywane naprzemiennie na poszczególnych dyskach, co znacząco zwiększa wydajność – zwłaszcza przy dużych operacjach odczytu/zapisu. Niestety, brak tu jakiejkolwiek nadmiarowości: uszkodzenie jednego dysku może oznaczać całkowitą utratę danych. RAID 0 jest więc rzadko stosowany w rozwiązaniach krytycznych, ale czasem znajduje zastosowanie w systemach, gdzie priorytetem jest szybkość i gdzie dane są regularnie backupowane w inny sposób.
RAID 1
Nazywany mirroringiem, bo każdy dysk w macierzy przechowuje dokładnie tę samą kopię danych. To proste podejście pozwala błyskawicznie przywrócić system do działania po awarii jednego nośnika, ponieważ druga (lub kolejne) kopia danych jest natychmiast dostępna. RAID 1 nie zwiększa jednak wydajności w takim stopniu jak RAID 0, a dodatkowo wymaga zakupu dwa razy większej liczby dysków niż wynosi efektywna pojemność (przy dwóch dyskach realna przestrzeń do przechowywania danych jest równa pojemności jednego z nich).
RAID 5
Jeden z najbardziej rozpowszechnionych poziomów, zwany stripingiem z rozproszoną parzystością. Dane są rozbijane na bloki zapisywane na wszystkich dyskach, a dodatkowo rozproszona jest też suma kontrolna (parzystość). RAID 5 pozwala przetrwać awarię jednego nośnika bez utraty dostępu do plików – gdy uszkodzony dysk zostanie wymieniony, system odbudowuje dane z wykorzystaniem informacji przechowywanych na pozostałych nośnikach. Rozwiązanie to zapewnia przyzwoitą szybkość i dobrą ochronę, dlatego bywa nazywane „złotym środkiem” pomiędzy wydajnością a bezpieczeństwem.
RAID 6
To kolejny krok w stronę niezawodności – wykorzystuje podwójną parzystość, dzięki czemu pozwala przetrwać awarię aż dwóch dysków jednocześnie. W sytuacji, gdy zmacierzowany jest duży wolumen danych, ryzyko wystąpienia drugiej usterki podczas odbudowy (rebuild) staje się niestety realne, dlatego RAID 6 szczególnie doceniany jest w większych centrach danych lub środowiskach, gdzie priorytetem jest nieprzerwany dostęp do kluczowych informacji.
RAID 10 (1+0)
Kombinacja mirroringu (RAID 1) i stripingu (RAID 0). W praktyce wygląda to tak, że poszczególne pary dysków działają w trybie RAID 1, a następnie te pary łączone są w macierz RAID 0. Rozwiązanie to łączy wysoką wydajność z bezpieczeństwem, choć wymaga znaczącej liczby dysków. Dla uzyskania realnej przestrzeni o pojemności X terabajtów potrzebujemy aż 2X terabajtów łącznej pojemności fizycznej.
RAID 50 (5+0) i RAID 60 (6+0)
Są to kolejne rozwiązania łączące cechy kilku poziomów w jedną macierz. RAID 50 to w dużym uproszczeniu kilka grup RAID 5, połączonych w RAID 0. Z kolei RAID 60 łączy grupy RAID 6 w macierz RAID 0. Obie konfiguracje podnoszą wydajność i utrzymują odporność na jednoczesną awarię nawet wielu dysków, choć ponownie kosztem bardziej skomplikowanej konfiguracji i wyższych kosztów.
RAID-Z
Specyficzny wariant stosowany w systemie plików ZFS, dostępny głównie w serwerach opartych na FreeBSD, TrueNAS czy OpenZFS. Podobnie jak RAID 5 i RAID 6, wykorzystuje sumy kontrolne do odbudowy danych. Główna różnica polega na tym, że w ZFS każda operacja zapisu jest transakcyjna, co zapobiega problemom związanym z tzw. write hole (błędne zapisy przy awarii zasilania). W efekcie RAID-Z uznawany jest za niezwykle bezpieczne i stabilne rozwiązanie. Występuje w odmianach RAID-Z1, RAID-Z2 oraz RAID-Z3, przy czym te ostatnie dopuszczają jednoczesną awarię nawet dwóch lub trzech dysków bez utraty danych.
RAID sprzętowy czy programowy?
Technologia RAID może być realizowana na dwa sposoby.
RAID sprzętowy (hardware RAID) opiera się na dedykowanym kontrolerze – może to być karta rozszerzeń wpinana w płytę główną lub nawet wbudowany układ na profesjonalnych serwerowych płytach. Kontroler samodzielnie zarządza rozkładem danych między dyskami, odciążając procesor główny (CPU). Przy prawidłowym wdrożeniu to rozwiązanie gwarantuje wysoką wydajność i pewność działania, choć jest droższe i w razie awarii specjalistycznego kontrolera odtworzenie macierzy może wymagać identycznej jednostki. Taki rodzaj kontrolerów wykorzystuje się głównie w serwerach HP, DELL, IBM, Fujitsu, SuperMicro…
RAID programowy (software RAID) polega na tym, że zadania związane z zarządzaniem macierzą przejmuje system operacyjny (np. Windows, Linux, FreeBSD, macOS). Dzięki temu unikamy kosztów zakupu drogiego sprzętu, a także mamy większą elastyczność konfiguracji. Trzeba jednak pamiętać, że w tym scenariuszu to CPU wykonuje większość operacji, a ewentualna awaria systemu operacyjnego czy błędna aktualizacja może bezpośrednio przełożyć się na działanie macierzy. Ten typ konfiguracji macierzy RAID upodobali sobie producenci serwerów NAS jak QNAP, Synology, WD, Buffalo
Gdzie stosuje się macierze RAID?
Technologia RAID nie jest zarezerwowana wyłącznie dla profesjonalnych centrów danych czy wielkich korporacji. Oczywiście tam znajduje najbardziej zaawansowane zastosowania, chociażby w klastrach obliczeniowych czy środowiskach wirtualizacyjnych, gdzie każda minuta przestoju oznacza duże straty finansowe. Coraz częściej jednak macierze RAID można spotkać również w niewielkich biurach i domach, zwłaszcza przy rosnącej popularności serwerów NAS. Nawet osoby prywatne, zarządzające dużymi zbiorami zdjęć, filmów czy materiałów multimedialnych, mogą skorzystać na zwiększeniu wydajności i bezpieczeństwa, jakie daje RAID.
Zalety i pułapki rozwiązań RAID
Największą korzyścią, poza sprawniejszą pracą z danymi, jest poczucie bezpieczeństwa – w większości konfiguracji jeden uszkodzony dysk nie uniemożliwia dostępu do plików. Jednak RAID nie zwalnia nikogo z potrzeby wykonywania kopii zapasowych w innych lokalizacjach. Przy poważniejszych awariach (jak uszkodzenie wielu dysków naraz), błędach kontrolera, zalaniu czy pożarze może dojść do sytuacji, w której nawet najbardziej wyrafinowana macierz okaże się bezsilna.
Ważne jest także regularne monitorowanie stanu dysków i okresowy przegląd logów kontrolera lub systemu. Wczesne wykrycie zbliżającej się awarii bywa kluczowe dla uniknięcia znacznie poważniejszych problemów.
Na zakończenie
Macierze RAID to potężne narzędzie, które w umiejętnych rękach może zdecydowanie podnieść poziom bezpieczeństwa danych i wydajności systemu. Wybór konkretnej konfiguracji – od prostego RAID 0, przez popularne RAID 5 i RAID 6, aż po złożone RAID 50 czy 60 – zależy od potrzeb, budżetu oraz priorytetów użytkownika. Nie należy przy tym zapominać o możliwości wykorzystania RAID sprzętowego lub programowego, a także o alternatywach takich jak RAID-Z w ekosystemie ZFS.
RAID nie zastąpi jednak podstawowej praktyki w świecie IT, czyli wykonywania regularnych kopii zapasowych. Nawet najlepsza macierz nie zagwarantuje pełnej ochrony przed każdym zagrożeniem. Mimo to, przy odpowiedniej konfiguracji i właściwym monitorowaniu, RAID pozostaje jednym z filarów współczesnej infrastruktury sieciowej – zarówno w wielkich serwerowniach, jak i w zaciszu domowego biurka.
0 komentarzy