Общие понятия и описание RAID

Добрый день уважаемые читатели и гости блога, я хочу продолжить с вами тему серверных технологий, а именно хочу поговорить про отказоустойчивость. Когда многие слышат это слово, то у них две ассоциации с ним, первое это технологий рейд массивов и контроллеров, а второе это репликация. В данном материале мы поговорим про первый вариант, а именно про Reudant Array of Independed Disks, или как в простонародье RAID.

Что такое RAID и зачем он нужен?

Акроним RAID (Reudant Array of Independed Disks) избыточный массив независимых дисков, впервые был использован в 1988 году исследователями из института Беркли Паттерсоном (Patterson), Гибсоном (Gibson) и Кацем (Katz). Они описали конфигурацию массива из нескольких недорогих дисков, обеспечивающих высокие показатели по отказоустойчивости и производительности.

Наиболее "слабой" в смысле отказоустойчивости частью компьютерных систем всегда являлись жесткие диски, поскольку они, чуть ли не единственные из составляющих компьютера, имеют механические части. Данные записанные на жесткий диск доступны только пока доступен жесткий диск, и вопрос заключается не в том, откажет ли этот жесткий диск когда-нибудь, а в том, когда он откажет.

RAID обеспечивает метод доступа к нескольким жестким дискам, как если бы имелся один большой диск (SLED - single large expensive disk), распределяя информацию и доступ к ней по нескольким дискам, обеспечивая снижение риска потери данных, в случае отказа одного из винчестеров, и увеличивая скорость доступа к ним.

Обычно RAID используется в больших файл серверах или серверах приложений, когда важна, высока скорость и надежность доступа к данным. Сегодня RAID находит применение так же в настольных системах, работающих с CAD, мультимедийными задачами и когда требуется обеспечить высокую производительность дисковой системы.

Можно ли использовать в RAID массиве диски разного размера?

Да. можно. Но, при этом, используемая емкость у ВСЕХ дисков будет равна емкости наименьшего диска.
Из этого следует, что добавлять в уже существующий RAID массив можно только диски такого же или большего размера

Можно ли использовать в RAID массиве диски разных производителей?

Да, можно. Но при этом надо иметь ввиду, что точные размеры дисков одинаковой емкости (36/73/146... ГБ) у разных производителей могут отличаться на несколько килобайт. Когда вы создаете новый RAID массив, на это можно не обращать внимание, но если вы добавляете диски к уже существующему массиву (например, меняете вышедший из строя диск), то важно, чтобы новый диск был больше чем старые, или точно такого же размера.

Что такое Write Through и Write Back?

Это способ записи данных, полученных RAID контроллером, на дисковый массив. По другому эти способы еще называются так: прямая запись (Write Through) и отложенная запись (Write Back). Какой из этих способов будет использоваться определяется в BIOS-е контроллера (либо при создании массива, либо позднее).

• Write Through - данные записываются непосредственно на дисковый массив. Т.е. как только данные получены, они сразу же записываются на диски и после этого контроллер подает сигнал управляющей ОС о завершении операции.
• Write Back - данные записываются сначала в кэш, и только потом (либо по мере заполнения кэш-а, либо в моменты минимальной загрузки дисковой системы) из кэш-а на диски. При этом, сигнал о завершении операции записи передается управляющей ОС сразу же по получении данных кэш-ем контроллера.

Write Back работает быстрее, но при этом надо помнить, что в случае сбоя питания все данные, которые находились в этот момент вкэш-е, будут потеряны. Причем, управляющая ОС (а следовательно и приложение, записывавшее эти данные) ничего об этом "не узнают", так как они уже получили сообщение от контроллера об успешном завершении записи. Например, если в кэше находились данные транзакции сервера СУБД, то СУБД будет уверенна, что с данными все хорошо, хотя на самом деле это не так.

Избежать описанной проблемы можно или с помощью установки на RAID контроллер BBU (см. ниже), или посредством подключения всего сервера через источник бесперебойного питания (UPS) с функцией программируемого выключения.

Кстати, некоторые RAID контроллеры не позволяют включить функцию Write Back без установленного BBU.

Что такое BBU и зачем он нужен?

BBU (Battery Backup Unit) необходим для предотвращения потери данных находящихся в кэш-е RAID контроллера и еще не записанных на диск (отложенная запись - "write-back caching"), в случае аварийного выключения компьютерной системы.

Существуют три разновидности BBU:

• Просто BBU: это аккумулятор, который обеспечивает резервное питание кэша через RAID контроллер.
• Переносимые (Transportable) BBU (tBBU): это аккумулятор, который размещен непосредственно на модуле кэш и питает его независимо от RAID контроллера. В случае выхода из строя RAID контроллера, это позволяет перенести данные, сохраненные вкэш-е, на резервный контроллер и уже на нем завершить операцию записи данных.
• Flash BBU: основная идея заключается в следующем: в случае сбоя питания RAID контроллер копирует содержимое кэш-а в энергонезависимую память (например, в случае с технологией Adaptec » Zero-Maintenance Cache Protection - на NAND флэш накопитель). Питание, необходимое для завершения этого процесса, обеспечивается встроенным супер-конденсатором. После восстановления питания, данные из флэш памяти копируются обратно в кэш контроллера.

Что такое Hotswap?

Hotswap - Hot Replacement of Disks / Hot Swap (Горячая Перестановка / Горячая Замена Дисководов) - это возможность замены вышедших из строя дисководов без прерывания работы системы. Если в системе используется должным образом сконфигурированный RAID контроллер, управляющий избыточной дисковой системой (RAID массивом), то отказ одного дисковода не приводит к прерыванию функционирования системы. В этом случае системой генерируется соответствующее сообщение для системного оператора. Через некоторое время, когда активизируется замещающий дисковод, системный оператор может удалить отказавший дисковод, установить новый дисковод, и дать контроллеру команду "восстановить" данные на новом дисководе, причем все это происходит без прерывания системных операций и выключения системы.

Что такое Hot Spare (Hotspare)?

Hot Spare - (Резервная Замена Дисководов ("Горячее резервирование")) - Одна из наиболее важных особенностей, которую обеспечивает RAID контроллер, с целью достичь безостановочное обслуживание с высокой степенью отказоустойчивости. В случае выхода из строя диска, восстанавливающая операция будет выполнена RAID контроллером автоматически, если выполняются оба из следующих условий:

1. Имеется "резервный" диск идентичного объема, подключенный к тому же контроллеру и назначенный в качестве резервного, именно он и называется Hotspare ;
2. Отказавший диск входит в состав избыточной дисковой системы, например RAID 1, RAID 3, RAID 5 или RAID 0+1.

Обратите внимание: резервирование позволяет восстановить данные, находившиеся на неисправном диске, если все диски подключены к одному и тому же RAID контроллеру.
"Резервный" диск может быть создан одним из двух способов:

1. Когда пользователь выполняет утилиту разметки, все диски, которые подключены к контроллеру, но не сконфигурированы в любую из групп дисководов, будут автоматически помечены как "резервные" ( Hotspare ) диски (автоматический способ поддерживается далеко не всеми контроллерами).
2. Диск может также быть помечен как резервный ( Hotspare ), при помощи соответствующей утилиты RAID контроллера.

В течение процесса автоматического восстановления система продолжает нормально функционировать, однако производительность системы может слегка ухудшиться.

Для того, что бы использовать восстанавливающую особенность резервирования, Вы должны всегда иметь резервный диск ( Hotspare ) в вашей системе. В случае сбоя дисковода, резервный дисковод автоматически заменит неисправный диск, и данные будут восстановлены. После этого, системный администратор может отключить и удалить неисправный диск, заменить его новым диском и сделать этот новый диск резервным.

Что такое Copyback Hot Spare?

Copyback Hot Spare это функция RAID контроллера, которая позволяет пользователям закрепить физическое расположение диска "горячего резерва" (Hot Spare), что позволяет улучшить управляемость системы.

Что такое JBOD?

JBOD (Just a Bunch of Disks) это способ подключить диски к RAID контроллеру не создавая на них никакого RAID. Каждый из дисков доступен так же, как если бы он был подключен к обычному адаптеру. Эта конфигурация применяется когда необходимо иметь несколько независимых дисков, но не обеспечивает ни повышения скорости, ни отказоустойчивости.

Что такое размер страйпа (stripe size)?

размер страйпа (stripe size) определяет объем данных записываемых за одну операцию ввода/вывода. размер страйпа задается в момент конфигурирования RAID массива и не может быть изменен позднее без переинициализации всего массива. Больший размер страйпа обеспечивает прирост производительности при работе с большими последовательными файлами (например, видео), меньший - обеспечивает большую эффективность в случае работы с большим количеством небольших файлов.

Нужно ли заниматься архивированием данных в случае использования RAID?

О: Конечно да! RAID это вовсе не замена архивированию, основное его назначение это повышение скорости и надежности доступа к данным в нормальном режиме работы. Но только регулярное архивирование данных гарантировано обеспечит их сохранность при любых отказах оборудования, пожарах, потопах и прочих неприятностях.