Аббревиатура RAID может раскрываться двумя способами. RAID — Redundant Array of Independent (Inexpensive) Disks, или избыточный массив независимых (недорогих) дисков. На сегодняшний день обе расшифровки не совсем корректны. Понятие недорогих дисков родилось в те времена, когда большие быстрые диски стоили достаточно дорого, и перед многими организациями, желающими сэкономить, стояла задача построения такой организации набора более дешевых и менее быстродействующих и емких дисков, чтобы их суммарная эффективность не уступала одному богатому диску. На сегодняшний день цены между различными по характеристикам дисками более сглажены, но бывают и исключения, когда новейший диск чуть ли не на порядок опережает по цене своих предыдущих собратьев. Что касается независимости дисков, то она соблюдается не всегда.
RAID-система — это совокупность физических дисковых устройств, которая представляется в операционной системе как одно устройство, имеющее возможность организации параллельных обменов. Помимо этого образуется избыточная информация, используемая для контроля и восстановления информации, хранимой на этих дисках.
RAID-системы предполагают размещение на разных устройствах, составляющих RAID-массив, порции данных фиксированного размера, называемые полосами, которым осуществляется обмен в данных системах. Размер полосы зависит от конкретного устройства (при обсуждении файловых систем была упомянута иерархия различных блоков, так RAID добавляет в эту иерархию дополнительный уровень — уровень полос RAID).
На сегодняшний день выделяют семь моделей RAID-систем (от нулевой модели до шестой). Рассмотрим их по порядку.
RAID 0 (Рис. 141). В этой модели полоса соизмерима с дисковыми блоками, соседние полосы находятся на разных устройствах. Организация RAID нулевого уровня чем-то напоминает расслоение оперативной памяти. С каждым диском обмен может происходить параллельно. Каждое устройство независимое, т.е. движение головок в каждом из устройств не синхронизировано. Данная модель не хранит избыточную информацию, поэтому в ней могут храниться данные объемом, равным суммарной емкости дисков, при этом за счет параллельного выполнения обменов доступ к информации становится более быстрым.
Рис. 141. RAID 0.
RAID 1, или система зеркалирования (Рис. 142). Предполагается наличие двух комплектов дисков. При записи информации она сохраняется на соответствующем диске и на диске-дублере. При чтении информации запрос направляется лишь одному из дисков. К диску-дублеру происходит обращение при утере информации на первом экземпляре диска.
Рис. 142. RAID 1.
Данная модель является достаточно дорогой, причем дороговизна заключается не в непосредственной стоимости дисков (если предположить, что средняя цена диска 100 USD, то организация на покупку 10 основных дисков и 10 дисков-дублеров должна потратить порядка 2000 USD, что не является большой суммой для юридического лица). Цена вопроса встает при обслуживании данной системы: 20 дисков занимают много места, потребляют довольно приличную мощность и выделяют много тепла. К этому можно добавить расходы на обеспечение резервного питания: чтобы эти 20 дисков не отключались при перебоях с электропитанием необходимо закупить источники бесперебойного питания с очень емкими аккумуляторами.
Отметим, что модели RAID нулевого и первого уровней могут реализовываться программным способом.
Следующие две модели (RAID 2, Рис. 143, и RAID 3, Рис. 144) — это модели с т.н. синхронизированными головками, что, в свою очередь, означает, что в массиве используются не независимые устройства, а специальным образом синхронизированные. Эти модели обычно имеют полосы незначительного размера (например, байт или слово). Данные модели содержат избыточную информацию, позволяющие восстановить данные в случае выхода из строя одного из устройств. В частности, RAID 2 использует коды Хэмминга (т.е. коды, исправляющие одну ошибку и выявляющие двойные ошибки). Модель RAID 3 более проста, она основана на четности с чередующимися битами. Для этого один из дисков назначается для хранения избыточной информации — полос, дополняющих до четности соответствующие полосы на других дисках (т.е., по сути, в каждой позиции должно быть суммарное число единиц на всех дисках должно быть четным). И в том, и в другом случае при сбое одного из устройства за счет избыточной информации можно восстановить потерянные данные.
Рис. 143. RAID 2. Избыточность с кодами Хэмминга (Hamming, исправляет одинарные и выявляет двойные ошибки).
Рис. 144. RAID 3. Четность с чередующимися битами.
RAID 4 является упрощением RAID 3 (Рис. 145). Это массив несинхронизированных устройств. Соответственно, появляется проблема поддержания в корректном состоянии диска четности. Для этого каждый раз происходит пересчет по соответствующей формуле.
Модели RAID 5 (Рис. 146) и RAID 6 (Рис. 147) спроектированы так, чтобы повысить надежность системы по сравнению с RAID 3 и 4 уровней. Опасно оказывается хранить важную информацию (в данном случае полосы четности) на одном носителе, т.к. при каждой записи происходит всегда обращение к одному и тому же устройству, что может спровоцировать его скорейший выход из строя. Надежнее разнести служебную информацию по разным дискам. Соответственно, RAID 5 распределяет избыточную информацию по дискам циклическим образом, а RAID 6 использует двухуровневую избыточную информацию (которая также разнесена по дискам).
Рис. 145. RAID 4.
Рис. 146. RAID 5. Распределенная четность (циклическое распределение четности).
Рис. 147. RAID 6. Двойная избыточность (циклическое распределение четности с использованием двух схем контроля; требуется N+2 диска).