Diskové pole RAID – Vše, co byste měli vědět

Počítačová data jsou mnohdy tím nejcennějším, co máme. Pokud o ně nechcete přijít, musíte pro to udělat pár věcí. Jednou z nich je kupříkladu použití metody zabezpečení dat zvané RAID. Pokud nevíte, co to znamená a co všechno umožňuje, prozradíme vám to.

Nejprve se pojďme věnovat samotnému označení RAID. Tato zkratka vznikla ze slovního spojení Redundant Array of Inexpensive Disks, což by se dalo přeložit, jako vícenásobné pole nezávislých disků. Ve světě výpočetní techniky je RAID metodou zabezpečení dat proti fyzickému selhání pevného disku. Z fyzických pevných disků je utvořeno úložiště spojené se specifickým ukládáním dat. Když se nějaký disk poškodí, díky metodě RAID nepřijdete o svá dat. To je pouze stručné a obecné vysvětlení, které rozvedeme v následujících řádcích.

Historie pojmu RAID

Nejprve pojďme nahlédnout do minulosti tohoto výrazu. Ten se poprvé objevil v roce 1988 a měl co dočinění s Univerzitou California. Právě anglický překlad slova Inexpensive označující "levný" do jisté míry prozrazoval, že pro utvoření diskového pole RAID lze použít v podstatě i obyčejné a levné pevné disky. Později byl tento výraz zaměňován se slůvkem Independent, což znamená nezávislý, jak jsme prezentovali v úvodu.

Disková pole RAID se postupem času neustále vyvíjela a nyní jsou spjata se spolehlivostí. Tato metoda ochrany je využívána primárně v segmentu serverových řešení. Výjimkou ovšem není ani domácí použití, a to především v kombinaci s NAS serverem. Úložiště využívající RAID je pyšní hlavně rychlou obnovou dat při selhání disků.

Typy diskového pole RAID

• RAID 0
• RAID 1
• RAID 5
• RAID 6
• RAID 10
• Ostatní disková pole

Diskové pole RAID 0

Před definicí diskového pole RAID 0 se zmíníme o té nejzákladnější variantě, kterou představuje JBOD neboli Just a Bunch Of Disks. Jde o metodu zřetězení čili pouhé hromadění pevných disků. S touto variantu navýšíte kapacitu diskového pole, nic víc. To znamená, že v okamžiku zaplnění jednoho disku je využíván ten další. Snadné rozšíření kapacity se ovšem pojí s minimálním výkonnostním ziskem a pochopitelně i rizikem ztráty dat při poškození libovolného z disků.

O něco propracovanější už je metoda RAID 0, kde přichází na přetřes prokládání bitu po bitu mezi pevnými disky. Oproti JBOD je tu výhoda právě ve výkonnostním zisku v rámci čtení a zápisu dat. Pokud tedy chcete zrychlit reakce operačního systému a máte požadavek na navýšení diskového pole, je tohle základní řešení.

Nutno však podotknout, že jde o neredundantní pole. Jedná se pouze o tzv. proužkování neboli rozdělení dat do bloků mezi více disků.

Diskové pole RAID 1

Diskové pole RAID 1 souvisí se zrcadlením, tedy mirroringem. Tato metoda už je redundantní, to znamená, že data jsou identicky ukládána na dva disky. Ty jsou také minimálním požadavkem pro vytvoření diskového pole RAID 1. Pokud jeden z pevných disků selže, nepřijdete o svá data.

Při realizaci metody RAID 1 je třeba počítat s tím, že nárůst kapacity úložiště bude nákladnější, protože vždy musíte pořídit dva disky pro zrcadlení. Zároveň u této metody nepočítejte s nárůstem rychlosti čtení a zápisu. Souběžný zápis stejných dat na dva disky pochopitelně umožňuje toleranci nefunkčnosti jednoho z nich. Úměrně se zvyšuje i jejich počet při více discích.

• Počet disků 2 – tolerance vadného disku 1
• Počet disků 3 – tolerance vadného disku 2
• Počet disků 4 – tolerance vadného disku 3

Diskové pole RAID 5

Další nadstavbou diskového pole je RAID 5. V tomto případě budete potřebovat minimálně tři pevné disky, abyste mohli realizovat tuto metodu zabezpečení dat. Vše funguje následovně. Data jsou prokládána mezi dvěma propojenými disky. Ten třetí je nosičem samoopravných kódů neboli parit. Pokud tedy dojde k poškození jednoho disku, o žádná data nepřijdete.

Tato metoda do jisté míry vychází z RAID 0, avšak kryje výpadek jednoho z disků, a navíc přináší zdvojnásobenou rychlost čtení. Rychlost zápisu bude spadat spíše mezi nevýhody, protože při zapisování dat jsou generovány samoobnovovací kódy na třetí disk. Oproti RAID 1 jde o účinnější redundanci dat.

Diskové pole RAID 6

Diskové pole RAID 6 vychází z varianty RAID 5 jen s tím rozdílem, že pro samoopravné kódy jsou zapotřebí dva pevné disky. Kvůli tomu je RAID 6 možný pouze s minimálním počtem čtyř disků. Jde tedy o nákladnější metodu, navíc, když je efektivní s použitím pěti a více disků.

RAID 6 díky svému charakteru umožňuje selhání až dvou pevných disků naráz. Co se týče rychlosti čtení, ta je víceméně srovnatelná s RAID 5. O něco nižší je však rychlost zápisu. Vlivem dvou vrstev parity jde o vyšší stupeň redundance dat.

Diskové pole RAID 10

Mezi nepoužívanější disková pole patří také RAID 10. V tomto směru jde o víceúrovňová disková pole fungující mnohem efektivněji. Pokud hovoříme o RAID 10, lze tuto metodu použít u minimálně čtyř pevných disků. Vždy se musí jednat o sudý počet. Zrcadlení zde funguje následovně.

První dva disky pracují v režimu RAID 1, takže jsou zrcadlena veškerá data mezi jedním a druhým diskem. Stejným způsobem funguje i druhá dvojice pevných disků, tedy v režimu RAID 1. Oba páry těchto disků jsou pak mezi sebou spojeny do diskového pole RAID 0.

Víceúrovňové diskové pole tohoto typu pochopitelně přináší řadu výhod. Jednou z nich je odolnost proti selhání dvou fyzických disků, což eliminuje problémy RAID 0. Na druhou stranu se lze oproti RAID 1 domoci vyšších rychlostí z pohledu zápisu a čtení. Tolerance závadných disků u RAID 10 je polovina celkového počtu pevných disků. Nevýhodou tohoto řešení je vyšší vstupní investice kvůli počtu minimálně čtyř disků.

Ostatní disková pole

Výše prezentovaný seznam samozřejmě zahrnuje nejpoužívanější disková pole, s nimiž se můžete setkat v serverovnách nebo v rámci domácích diskových polí. Kromě nich ale existují i ostatní, méně využívané. S ohledem na komplexnost vás s nimi alespoň okrajově seznámíme.

• RAID 2 – Data jsou zabezpečena prostřednictvím Hammingova kódu. Výhodou je krátká odpověď při dlouhém přístupu na disk, nevýhodou malá propustnost. Jde o složitější variantu RAID 3.
• RAID 3 – Použití vždy jednoho disku navíc pro paritu. To je výhodou RAID3 včetně krátké odpovědi jako u RAID 2. Nevýhodou je nižší spolehlivost díky vyššímu opotřebení paritního disku.
• RAID 4 – Oproti ostatním řešením dochází ke skriptování pevných disků po blocích, nikoliv po bitech. Tato metoda zabezpečení dat se pyšní stejnými klady a zápory, jako diskové pole RAID 3.
• RAID 7 – Metoda vycházející z RAID 3 a RAID 4. Zásadním prvkem navíc je vyrovnávací paměť.
• RAID 50 – Dvouúrovňové diskové pole s vyšší rychlostí oproti RAID 5. Jeho celková velikost vzniká počtem disků v podřazeném poli RAID 5, od něhož odečtete číslo jedna. To vše násobeno kapacitou disků a počtem podřazených polí.
• RAID 60 – Minimální počet pevných disků je osm. Varianta přinášející vyšší zabezpečení oproti RAID 5 a zároveň vysoké přenosové rychlosti díky RAID 0 nad nimi. Očekávat lze vyšší efektivitu při větším množství disků.
• RAID 100 – Tříúrovňové pole RAID 10 + 0 skládající se minimálně z osmi pevných disků. Vysoká odolnost proti výpadku disku v každém podpoli a vyšší přenosové rychlosti. Mezi negativa patří jen padesátiprocentní využití celkové kapacity.