Дисковые массивы raid

В машинах-серверах баз данных и в суперкомпьютерах часто применяются дисковые массивы RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks – массив недорогих дисков с избыточностью), в которых несколько запоминающих устройств на жестких дисках объединены в один большой накопитель, обслуживаемый специальным RAID-контроллером. Отличительной особенностью RAID-массивов является то, что в них используются основанные на введении информационной избыточности методы обеспечения достоверности информации, существенно повышающие надежность работы системы (при обнаружении искаженной информации она автоматически корректируется, а неисправный накопитель в режиме Plug and Play замещается исправным).

В качестве концепции компоновки дисковых массивов RAID была впервые представлена в 1987 году инженерами из калифорнийского университета в Беркли, которые описали пять уровней конфигурации RAID (RAID 1-5). Позже к ним были добавлены RAID 0 и RAID 6.

• 0-й уровень осуществляет расщепление дисков (disk stripping), записывая данные в виде дорожек поочередно на каждом диске массива без контроля четности. Это единственный уровень, не обеспечивающий устойчивость к отказам;

• 1-й уровень подразумевает два диска, второй из которых является точной копией (зеркальной) первого. Метод RAID 1 подходит для системных и загрузочных разделов;

• 2-й уровень использует несколько дисков специально для хранения контрольных сумм и обеспечивает самый сложный функционально и самый эффективный метод исправления ошибок;

• 3-й уровень включает четыре диска: три являются информационными, а последний хранит контрольные суммы, предназначенные для исправления ошибок в первых трех;

• 4-й и 5-й уровни используют диски, на каждом из которых хранятся свои собственные контрольные суммы;

• 6-й уровень – RAID 5, дополненный резервными дисковыми контроллерами, вентиляторами, шинами и др.

Дисковые массивы второго (RAID 6, RAID 7) и третьего (RAID 10, RAID 30, RAID 50) поколений используют различные сочетания базовой компоновки. Имеется и иная современная классификация RAID-массивов. В частности, они разделены на три группы:

• FRDS – Failure Resistant Data System, обеспечивающие защиту данных при сбое компонента системы;

• FTDS – Failure Tolerant Disk System, обеспечивающие непрерывную доступность данных при сбое компонента системы;

• DTDS – Disaster Tolerant Disk System, гарантирующие доступ к данным даже в случае полного выхода из строя одной из систем, находящейся в локальной территориальной зоне.

Современные дисковые массивы могут объединять 160 и более физических дисков любой емкости, формирующих до 320 и более логических дисков; имеют внутренний кэш от 32 до 1000 Мбайт и разъемы для подключения внешних интерфейсов типа SCSI или Fibre Channel. Внутренняя шина контроллера имеет пропускную способность 85 Мбайт/с, при использовании Fibre Channel – до 200 Мбайт/с. Информационная емкость дисковых массивов RAID – от 300 до 15 000 Гбайт (типичные параметры: 160 дисков общей емкостью 750 Гбайт). Для сравнения: памяти емкостью 100 Тбайт вполне достаточно, чтобы записать содержимое всех хранилищ Российской государственной национальной библиотеки (бывшей Библиотеки им. Ленина), иными словами, 14 млн. томов по 1600 страниц в каждом, которые протянулись на 100 км шкафов с 10 полками в каждом. Среднее время наработки на отказ в дисковых массивах RAID – сотни тысяч часов, а для 2-го уровня компоновки – до миллиона часов. В обычных НМД эта величина не превышает тысячи часов.

Основные направления улучшения характеристик НЖМД:

• использование высокоэффективных дисковых интерфейсов (EIDE, SCSI);

• использование более совершенных магниторезистивных головок, позволяющих увеличить плотность записи и, следовательно, емкость диска и трансфер (без увеличения скорости вращения диска);

• применение зонной записи, при которой на внешних дорожках диска размещается больше данных, чем на внутренних;

• эффективное кэширование диска.