Πολλοί αρχάριοι χρήστες έχουν ακούσει το RAID μόνο ως κατσαριδοκτόνο. Όσον αφορά τους υπολογιστές, όμως, είναι μία μέθοδος για αυξημένη ασφάλεια αλλά ίσως και ταχύτητα στην αποθήκευση και ανάγνωση των δεδομένων. Σε αυτόν τον οδηγό θα δούμε τι είναι το RAID, τα διάφορα επίπεδά του από το RAID 0 μέχρι το RAID 5 και το υπέρ-επαγγελματικό RAID 6, περίπλοκα συνδυαστικά RAID, γιατί το δήθεν RAID της μητρικής είναι ψεύτικο (fakeRAID), και γιατί σε οικιακό επίπεδο σπανίως αξίζει να το εφαρμόσουμε.
Προτάσεις συνεργασίας
Τα νέα άρθρα του PCsteps
Γίνε VIP μέλος στο PCSteps
Τι είναι το RAID
Το αρκτικόλεξο RAID προέρχεται από τη φράση Redundant Array of Independent Disks. Μεταφράζεται σαν Πλεονάζουσα Συστοιχία Ανεξάρτητων Δίσκων, όμως το RAID ακούγεται καλύτερα από το ΠΣΑΔ. Ή μπορεί και όχι. Γράψτε μας στα σχόλια
Η βασική λογική του RAID είναι απλή: Δύο ή περισσότεροι σκληροί δίσκοι συνεργάζονται μεταξύ τους, και το σύστημα τους βλέπει σαν ένα ενιαίο δίσκο.
Ανάλογα με τη μορφή της συνεργασίας – το “επίπεδο” ή “level” του RAID – η τελική συστοιχία παρέχει υψηλότερη ασφάλεια στα δεδομένα, από το να τα είχαμε χωρισμένα σε επιμέρους ξεχωριστούς δίσκους.
Μόνο το RAID 0 αποτελεί εξαίρεση, αλλά θα το αναλύσουμε ξεχωριστά.
Για την ακρίβεια, δεν υπάρχει αυτή τη στιγμή σοβαρός server, ανεξαρτήτως κόστους, που να μην περιέχει μια συστοιχία RAID, συνήθως RAID 5 ή RAID 6.
Τι είναι το RAID 1, RAID 5, RAID 6: Ασφάλεια δεδομένων ή και ταχύτητα
Υπάρχουν 7 επίσημα επίπεδα RAID, από το RAID 0 έως το RAID 6. Στην πράξη, όμως, αυτά που θα δούμε πιο συχνά είναι τα RAID 1, RAID 5, και RAID 6.
Πρώτος στόχος αυτών των επιπέδων είναι η ασφάλεια των δεδομένων, αν και τα RAID 5 και RAID 6 παρέχουν βελτιώσεις και στην ταχύτητα ανάγνωσης και εγγραφής.
RAID 1 – “Mirroring”: Το πιο απλό, αλλά και το πιο “ασύμφορο” RAID
Το πιο απλό RAID όλων είναι το RAID 1: Έχουμε δύο δίσκους, που ο ένας είναι ακριβές αντίγραφο του άλλου. Ουσιαστικά, όταν γράφουμε ένα αρχείο στο RAID, γράφεται αυτόματα και στους δύο δίσκους.
Όταν λοιπόν ο ένας δίσκος χαλάσει – γιατί κάθε δίσκος είναι θέμα χρόνου να χαλάσει – τα αρχεία είναι απόλυτα ασφαλή στον άλλο.
Ο υπολογιστής μας θα συνεχίσει να λειτουργεί κανονικά με τον δίσκο που έχει απομείνει, απλά χωρίς ασφάλεια πλέον. Η ακριβής ορολογία είναι πως το RAID είναι “degraded”.
Θα πρέπει να αντικαταστήσουμε το συντομότερο τον χαλασμένο δίσκο και να “ξαναχτίσουμε” (rebuild) το RAID, ώστε να είμαστε πλήρως καλυμμένοι.
Επειδή η εγγραφή γίνεται ταυτόχρονα σε όλους τους δίσκους, η ταχύτητα εγγραφής της συστοιχίας RAID 1 είναι ίση με την ταχύτητα εγγραφής του πιο αργού δίσκου.
Στην ταχύτητα ανάγνωσης, όμως, ο κατάλληλος ελεγκτής RAID ή το κατάλληλο software μπορεί να αυξήσει δραματικά την ταχύτητα, καθώς η τυχαία ανάγνωση δεδομένων μπορεί να γίνει ανεξάρτητα στον κάθε δίσκο.
Έτσι η συνολική ταχύτητα μπορεί να είναι ίση με το άθροισμα της ταχύτητας των δίσκων. Θεωρητικά, δηλαδή, αν έχουμε δύο δίσκους που διαβάζουν μέχρι 50ΜΒ/s, το RAID 1 μπορούν να διαβάζει έως 100MB/s, σε random read.
Να τονίσουμε όμως πως αυτό συμβαίνει μόνο με ειδικούς ελεγκτές ή ειδικό software. Στις περισσότερες υλοποιήσεις, το RAID 1 δεν έχει καμία σημαντική διαφορά στην ταχύτητα ανάγνωσης σε σχέση με τους μεμονωμένους δίσκους που το αποτελούν.
Το μεγάλο μειονέκτημα του RAID 1 είναι πως “χάνεται” πολύ μεγάλο ποσοστό της συνολικής χωρητικότητας. Αν έχουμε δύο δίσκους του 1TB, η συστοιχία θα έχει μέγεθος 1TB, οπότε χάνουμε τουλάχιστον το 50% της χωρητικότητας των επιμέρους δίσκων.
Αν ο ένας δίσκος είναι μικρότερος από τον άλλο, πχ βάλουμε έναν δίσκο του 1TB με ένα δίσκο των 750GB, το RAID 1 θα έχει το μέγεθος του μικρότερου, δηλαδή 750GB.
Το RAID 1 μπορεί επίσης να υλοποιηθεί με περισσότερους δίσκους, 3, 4, μέχρι θεωρητικά απεριόριστους. Όμως όλοι οι δίσκοι θα έχουν ακριβώς το ίδιο περιεχόμενο του ενός δίσκου, και η συστοιχία θα έχει την χωρητικότητα του μικρότερου δίσκου.
Σε RAID 1 με δέκα δίσκους του 1TB, έχουμε δεκαπλάσια ασφάλεια δεδομένων σε σύγκριση με έναν μεμονωμένο δίσκο, αλλά χάνουμε 9TB χωρητικότητας.
RAID 5 – Η χρυσή τομή ασφάλειας, ταχύτητας, και χωρητικότητας
Το RAID 5 υλοποιείται με τουλάχιστον τρεις δίσκους, ενώ μπορεί να χάσει τον ένα από αυτούς χωρίς να επηρεαστούν τα συνολικά δεδομένα.
Για την εγγραφή των δεδομένων χρησιμοποιείται μια μέθοδος που ονομάζεται striping. Ουσιαστικά κάθε αρχείο χωρίζεται σε κομμάτια (blocks), συνήθως των 64KB, τα οποία μοιράζονται ανάμεσα σε όλους τους διαφορετικούς δίσκους της συστοιχίας.
Το κλειδί του RAID 5 είναι πως, για κάθε γραμμή (row) από blocks που αποθηκεύεται στους δίσκους, δημιουργεί ένα parity block, το οποίο θα αναλύσουμε παρακάτω πως ακριβώς λειτουργεί.
Με αυτή τη μέθοδο, όταν χαλάσει ένας δίσκος της συστοιχίας, το RAID 5 μπορεί να υπολογίσει ακριβώς τα κομμάτια των δεδομένων που περιείχε, με βάση το parity.
Αν χαλάσουν ταυτόχρονα δύο δίσκοι της συστοιχίας, ο υπολογισμός είναι αδύνατος, και ουσιαστικά χάνονται όλα τα δεδομένα του RAID 5.
Αυτό το όριο του ενός δίσκου ισχύει και αν έχουμε RAID 5 με περισσότερους από τρεις δίσκους. Είτε έχουμε τέσσερις, πέντε, ή πενήντα δίσκους, η συστοιχία αντέχει το να χαθεί ένας μόνο δίσκος ανά πάσα στιγμή.
Λόγω των πληροφοριών του parity, που μοιράζονται σε όλους τους δίσκους, η συνολική χωρητικότητα του RAID 5 ισούται με αυτή του μικρότερου δίσκου, επί των αριθμών των δίσκων στη συστοιχία μείον ένα.
Αν δηλαδή έχουμε ένα δίσκο των 750GB και δύο δίσκους του 1TB, η χωρητικότητα θα είναι 750 * (3-1) = 1,5TB.
Με τρεις δίσκους ίδιου μεγέθους χάνεται το ένα τρίτο της συνολικής χωρητικότητας. Με περισσότερους δίσκους μειώνεται το χαμένο ποσοστό (πχ με 10 δίσκους χάνεται μόνο το 10%). Όμως αυξάνεται στατιστικά η πιθανότητα να αποτύχουν δύο δίσκοι απανωτά, και να καταστραφούν όλα τα δεδομένα.
Όσον αφορά την ταχύτητα, όπως και στο RAID 1, σε random read οι επιδόσεις των δίσκων λειτουργούν αθροιστικά.
Αν υποθέσουμε πως όλοι οι δίσκοι έχουν την ίδια ταχύτητα, έστω 50MB/s, τότε μια συστοιχία πέντε δίσκων θα έχει ταχύτητα μέχρι και 50 * 5= 250ΜΒ/s.
Βέβαια, η μέγιστη ταχύτητα περιορίζεται από το SATA. Το SATA III επιτρέπει μέγιστη μεταφορά δεδομένων μέχρι 6Gbps, που με το overhead γίνεται περίπου 600MB/s, οπότε αυτό είναι το μέγιστο όριο σε SATA RAID 5.
Η ταχύτητα εγγραφής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την υλοποίηση του ελεγκτή RAID ή το software, οπότε δεν μπορούμε να την υπολογίσουμε με ακρίβεια χωρίς επιπλέον πληροφορίες.
Πώς λειτουργεί το parity στο RAID 5
To parity (που κυριολεκτικά σημαίνει “ισοτιμία”) είναι το σημαντικότερο χαρακτηριστικό του RAID, από το RAID 3 μέχρι το RAID 6, και λειτουργεί ως εξής:
Ανάμεσα στα δεδομένα δύο ή περισσότερων δίσκων, εφαρμόζεται η λογική λειτουργία XOR (exclusive or). Το XOR, πολύ απλά, συγκρίνει τα bits μεταξύ τους.
Αν όλα τα bits είναι ίδια, το αποτέλεσμα είναι 0.
- XOR(0,0) = 0
- XOR(1,1) = 0
Αν τα bits είναι διαφορετικά, το αποτέλεσμα είναι 1.
- XOR(1,0) = 1
- ΧOR(1,0) = 1
Αυτό το αποτέλεσμα του XOR ονομάζεται parity bit.
Αν θέλουμε να συγκρίνουμε δεδομένα, που αποτελούνται από ομάδες bit, πχ XOR (1110,1001), τότε συγκρίνουμε τα αντίστοιχα ψηφία μεταξύ τους, το πρώτο 1 με το πρώτο 1, το δεύτερο 1 με το δεύτερο 0 κλπ και τοποθετούμε ανάλογα τα αποτελέσματα.
- XOR (1110, 1001) = 0111
Άρα, πώς λειτουργεί το parity block στην πράξη, για παράδειγμα στο RAID 5?
Έστω πως ένα αρχείο 101010011 χωρίζεται στους τρεις δίσκους, με το striping block να έχει μέγεθος 3 bit. Έχουμε λοιπόν τρία blocks:
101 | 010 | 011
Για να υπολογιστεί το parity για αυτά τα δεδομένα, εκτελείται πρώτα το XOR (101,010)=111 και στη συνέχεια XOR(111,011)=100. Άρα, τα δεδομένα του parity block είναι 100.
101 | 010 | 011 | 100
Παρεμπιπτόντως, τα block που σχετίζονται μεταξύ τους ξεχωριστούς δίσκους, μαζί με το parity, αποτελούν μια σειρά (row).
Έστω πως χαλάει πρώτος ο δεύτερος δίσκος, οπότε το RAID 5 βλέπει μόνο τα άλλα δύο blocks και το parity:
101 | …… | 011 | 100
Τρέχοντας XOR (101, 011, 100) = 010, δηλαδή ακριβώς το block δεδομένων που περιείχε ο χαλασμένος δίσκος.
Μέχρι λοιπόν να αντικατασταθεί ο χαλασμένος δίσκος, τα δεδομένα που περιείχε υπολογίζονται από το RAID, και μόλις αντικατασταθεί, συμπληρώνονται στο νέο δίσκο με το rebuild του RAID.
Όπως είναι βέβαια αυτονόητο, η διαδικασία αυτή χρησιμοποιεί επεξεργαστική ισχύ για τον υπολογισμό του XOR. Αυτό σημαίνει πως ενώ το RAID 5 είναι ταχύτερο από έναν απλό δίσκο, ένα degraded RAID 5 με έναν χαλασμένο δίσκο απλά θα σέρνεται.
Αυτή η διαδικασία που λειτουργεί με τα τρία bits σε τρεις δίσκους, λειτουργεί ακριβώς με τον ίδιο τρόπο στα blocks δεδομένων των 64KB= 65536*8= 524288 bits, και με περισσότερους δίσκους.
Αν όμως χαθεί και δεύτερος δίσκος πριν γίνει το rebuild του RAID, χάνονται όλα. Δεν υπάρχουν αρκετές πληροφορίες για να αναδομηθούν τα δεδομένα.
Ενώ η λογική και ο υπολογισμός του parity block είναι σχετικά απλός, το να μοιραστούν τα parity blocks σε όλους τους δίσκους είναι πιο περίπλοκο. Για την ακρίβεια υπάρχουν τέσσερις διαφορετικές τεχνικές για το RAID 5 όσον αφορά το parity.
Στα παραπάνω σχεδιαγράμματα, οι αριθμοί με το κόκκινο είναι τα πρώτα blocks σε κάθε σειρά που γράφονται στο array, και ύστερα γράφονται αριθμητικά.
Ο τύπος του RAID έχει τεράστια σημασία αν αναφερόμαστε σε hardware RAID και αποτύχει ο ελεγκτής. Θα πρέπει να γνωρίζουμε ακριβώς τον τύπο και τη σειρά εγγραφής για να ανακτηθούν τα δεδομένα με έναν άλλο ελεγκτή.
RAID 6 – Ασφάλεια βαρέων βαρών
Η βασική διαφορά του RAID 6 είναι πως διαθέτει ένα επιπλέον Parity block σε σχέση με το RAID 5 (στο σχεδιάγραμμα με τις ενδείξεις p και q)
Αυτό επιτρέπει στη συστοιχία να παραμείνει λειτουργική ακόμα κι αν χάσει ταυτόχρονα δύο δίσκους. Αντίστοιχα, από τη συνολική χωρητικότητα χάνονται δύο δίσκοι, δηλαδή σε υλοποίηση με 4 δίσκους του 1TB η συνολική χωρητικότητα είναι 1TB * (4-2) = 2ΤΒ.
Καθώς η συστοιχία αντέχει μέχρι δύο δίσκους να αποτύχουν ταυτόχρονα, είναι πιο ασφαλής επιλογή για υλοποιήσεις πχ οχτώ ή δέκα δίσκων σε σχέση με το RAID 5.
Είναι σημαντικά χαμηλότερη η πιθανότητα να αποτύχουν απανωτά τρεις δίσκοι, που θα κατέστρεφαν το RAID 6, σε σχέση με το να αποτύχουν δύο δίσκοι στο RAID 5.
Βέβαια, με δύο ξεχωριστά parity blocks, αυξάνεται η πολυπλοκότητα για τον υπολογισμό του δεύτερου Parity. Για το πρώτο, αρκεί η απλή μέθοδος του XOR που αναφέραμε παραπάνω.
Για το δεύτερο parity, όμως, εφαρμόζεται μια μέθοδος της θεωρίας πεδίων (field theory), που ονομάζεται Finite field ή Galois field.
Η μέθοδος αυτή εμπλέκει πολυώνυμα και πρώτους αριθμούς, και θα ήθελε ένα ολόκληρο δικό της άρθρο για να την εξηγήσουμε πλήρως.
…και μετά αναρωτιούνται μερικοί πού χρειάζονται τα μαθηματικά στην πληροφορική.
Η ταχύτητα του RAID 6 στην ανάγνωση, όπως και στα προηγούμενα RAID, μπορεί να φτάσει μέχρι και το άθροισμα της ταχύτητας των δίσκων.
Για την εγγραφή, λόγω τη επιπλέον πολυπλοκότητας υπολογισμού του parity, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον ελεγκτή και το software.
Μάλιστα, κάποιοι ελεγκτές έχουν ξεχωριστά ASICs – όπως αυτά που χρησιμοποιούνται και για το bitcoin mining – ειδικά για τον υπολογισμό του parity.
Στην καλύτερη δυνατή περίπτωση, η ταχύτητα εγγραφής θα είναι ίση με ενός RAID 5 με τον ίδιο αριθμό δίσκων.
RAID 5E, RAID 5EE, RAID 6E – Το RAID με “ρεζέρβα”
Ο μεγαλύτερος κίνδυνος με την αποτυχία ενός δίσκου στο RAID είναι το να μην διαγνωστεί εγκαίρως.
Σε RAID όπως το RAID 1 με δύο δίσκους ή το RAID 5, όσο ένας δίσκος είναι χαλασμένος και μέχρι να ολοκληρωθεί το “rebuild” μετά την αντικατάστασή του, βρισκόμαστε στη danger zone.
Για το σκοπό αυτό, έχουν αναπτυχθεί οι εκδόσεις RAID 5E, RAID 5EE, και RAID 6E, όπου το E σημαίνει “enhanced”.
Η μόνη διαφορά τους είναι πως εφαρμόζουν το σύστημα Hot-spare. Ουσιαστικά υπάρχει στο σύστημα ένας επιπλέον δίσκος. Ο δίσκος αυτός δεν συμμετέχει στο RAID, και δεν χρησιμοποιείται για κάποιο άλλο σκοπό, αλλά σαν “ρεζέρβα” για το RAID.
Μόλις ένας δίσκος του RAID αποτύχει, ο ελεγκτής αρχίζει άμεσα το rebuild με τον δίσκο-ρεζέρβα.
Έτσι, ακόμα πχ και αν η αποτυχία του δίσκου σε ένα server γίνει το βράδυ, ή σε περίοδο διακοπών, η συστοιχία RAID θα είναι degraded μόνο για όσο χρόνο χρειάζεται για το rebuild, αντί να παραμείνει μέχρι ο διαχειριστής να ανακαλύψει το σφάλμα.
Βέβαια, κάποιοι θεωρούν πως το hot spare δεν είναι καλή ιδέα, τουλάχιστον στο RAID 5. Η διαδικασία του rebuild θα ζορίσει τους άλλους δίσκους, και είναι πολύ πιθανή η αποτυχία ενός από εκείνους τους δίσκους πριν σταθεί ξανά στα πόδια του το RAID.
Ουσιαστικά η πιο ασφαλής λύση θα ήταν RAID 6 με hot spare, αλλά ταυτόχρονα είναι και η πιο ακριβή λύση. Ουσιαστικά θα έχουμε αγοράσει τρεις επιπλέον δίσκους που δεν θα χρησιμοποιούμε καθόλου τη χωρητικότητά τους.
To RAID 5EE είναι μια παραλλαγή στην οποία ο δίσκος Hot Spare ουσιαστικά συμμετέχει στο RAID, αντί να μένει αχρησιμοποίητος, και έτσι μειώνεται ο χρόνος του rebuild σε περίπτωση αποτυχίας.
Είναι το RAID 5 το καλύτερο RAID?
Από τα παραπάνω, και με βάση αυτό που πιστεύουν οι περισσότεροι χρήστες που γνωρίζουν τι είναι το RAID, το RAID 5 φαίνεται η καλύτερη λύση.
Το υποστηρίζουν περισσότεροι ελεγκτές, αρκούν τρεις δίσκοι για την υλοποίησή του, “αντέχει” το να χαλάσει ένας δίσκος, και δεν χάνεται μεγάλο ποσοστό της συνολικής χωρητικότητας.
Στην πράξη, όμως, το γεγονός πως το RAID 5 μπορεί να δεχτεί την αποτυχία ενός μόνο δίσκου, είναι σοβαρό μειονέκτημα.
Αντικαθιστώντας το δίσκο που χάλασε, η διαδικασία του rebuild επιβαρύνει σημαντικά τους άλλους δίσκους. Αυτό σημαίνει πως οποιοσδήποτε από αυτούς μπορεί να αποτύχει την ώρα του rebuild, και τότε χάνονται οριστικά όλα τα δεδομένα.
Γι' αυτό σε περιπτώσεις που η συνεχιζόμενη λειτουργία του συστήματος είναι απαραίτητη, και η ασφάλεια των δεδομένων είναι σημαντική, το αυξημένο κόστος του RAID 6 είναι σαφώς καλύτερη λύση από ένα σκέτο RAID 5.
Τι είναι το RAID 0 – “Striping”: το “μαύρο πρόβατο” του RAID
Όπως αναφέραμε, ο βασικός σκοπός του RAID σήμερα είναι η ασφάλεια των δεδομένων. Το ότι επιταχύνεται η ανάγνωση ή και η εγγραφή είναι ουσιαστικά μια ευτυχής παρενέργεια.
Το επίπεδο RAID 0, όμως, δεν ενδιαφέρεται καθόλου για την ασφάλεια, αλλά μόνο για την ταχύτητα. Μάλιστα, δεν ήταν καν μέρος των αρχικών προδιαγραφών RAID, προστέθηκε αργότερα.
Το RAID 0 χρειάζεται τουλάχιστον δύο δίσκους, και τα δεδομένα μοιράζονται με striping ανάμεσα σε αυτούς. Έτσι, έχει ταχύτητα εγγραφής διπλάσια από αυτή του πιο αργού δίσκου, και το ίδιο ισχύει και για την ταχύτητα ανάγνωσης.
Επιπλέον, δεν χάνεται η παραμικρή χωρητικότητα. Δύο δίσκοι του 1TB σε RAID 0 δίνουν συνολική χωρητικότητα 2TB. Αν ο ένας δίσκος είναι μικρότερος, πχ 750GB, τότε η χωρητικότητα είναι 2x750GB και μένουν στον άλλο δίσκο 250GB εκτός RAID.
Το πρόβλημα είναι πως, όταν ένα κερί είναι αναμμένο και από τις δύο μεριές, φωτίζει μεν δύο φορές περισσότερο, αλλά καίγεται δύο φορές πιο γρήγορα.
Το RAID 0 δεν κρατάει κανενός είδους parity. Αυτό σημαίνει πως μόλις χαλάσει ο ένας από τους δίσκους, χάνονται οριστικά όλα τα δεδομένα σε ολόκληρη τη συστοιχία.
Ως εκ τούτου, το RAID 0 έχει λογική μόνο αν σκοπεύουμε να εγκαταστήσουμε το λειτουργικό σύστημα και τα προγράμματα σε αυτό, και να έχουμε όλα μας τα σημαντικά αρχεία σε ένα τρίτο δίσκο, εκτός RAID.
Δυστυχώς, ορισμένοι αδαείς θεωρούν πως η διπλάσια ταχύτητα είναι σημαντικότερη από το γεγονός πως η ασφάλεια μειώνεται στο μισό. Και καταλήγουν να την πατήσουν τελικά.
Ακόμα όμως κι αν στο RAID 0 δεν έχουμε καθόλου αναντικατάστατα δεδομένα, η αυξημένη πιθανότητα αποτυχίας όλης της συστοιχίας θα μας βάλει από το πουθενά να ξαναπερνάμε το λειτουργικό σύστημα, τα προγράμματα, και όλες τις ρυθμίσεις.
Αν λοιπόν αναφερόμαστε σε υπολογιστή για δουλειά, που δεν θέλουμε να φάμε μερικές ώρες στο να ξαναπερνάμε τα πάντα από το πουθενά, το RAID 0 απαγορεύεται ΔΙΑ ΡΟΠΑΛΟΥ!
Τι είναι το RAID 0 + 1, 10, 50, 60, 100 – κάνοντας συνδυασμούς
Μια βασική αρχή του RAID είναι πως όλοι οι δίσκοι σε μια συστοιχία φαίνονται στο σύστημα σαν ένας δίσκος.
Έτσι, τι μας εμποδίζει στο να πάρουμε δύο συστοιχίες, και να εφαρμόσουμε σε αυτές ένα επίπεδο RAID? Τίποτα δεν μας εμποδίζει.
RAID 01 (0+1)
Η συνταγή είναι απλή: Παίρνουμε ένα RAID 0, παίρνουμε και ένα δεύτερο RAID 0, και βάζουμε τα δύο RAID 0 να αντιγράφονται με mirroring (RAID 1) μεταξύ τους.
Χρειάζονται τουλάχιστον τέσσερις δίσκοι, και το RAID μπορεί να χάσει έναν ή δύο δίσκους χωρίς πρόβλημα, αρκεί να ανήκουν στο ίδιο RAID 0. Αν χαθεί ταυτόχρονα ένας δίσκος από την κάθε μεριά, το RAID καταρρέει.
Στο θέμα των επιδόσεων, με τέσσερις δίσκους το κάθε RAID 0 έχει διπλάσια ταχύτητα εγγραφής και ανάγνωσης από ενός μεμονωμένου δίσκου, και επειδή είναι σε RAID 1 μεταξύ τους, η συνολική θεωρητική ταχύτητα είναι τουλάχιστον τετραπλάσια.
RAID 10 (1+0)
Στα μαθηματικά το 1+0 είναι το ίδιο με το 0+1. Όχι όμως και στα RAID.
Η διαφορά είναι πως παίρνουμε ένα RAID 1, και ένα δεύτερο RAID 1, και τα βάζουμε μεταξύ τους σε Striping RAID 0.
Αυτή η διάταξη επιτρέπει να αποτύχουν μέχρι και δύο δίσκοι, αρκεί να βρίσκονται σε διαφορετικά RAID 1. Αν αποτύχουν και οι δύο δίσκοι σε ένα RAID 1, καταρρέει το RAID.
To RAID 10 είναι πιθανώς το πιο δημοφιλές από τα υβριδικά RAID, και θα το βρούμε να υποστηρίζεται σε πολλούς ελεγκτές.
RAID 50 (5+0)
Αν έχουμε έξι δίσκους και δεν έχουμε τι να τους κάνουμε, μπορούμε να τους βάλουμε σε RAID 50.
Παρ' όλο που ονομάζεται RAID 50, δεν είναι ένα RAID 5 με τον καθένα από τους δίσκους να είναι μια συστοιχία RAID 0. Είναι το αντίστροφο, έχουμε τουλάχιστον δύο συστοιχίες RAID 5, που βρίσκονται μεταξύ τους σε RAID 0.
To RAID μπορεί να χάσει μέχρι ένα δίσκο από κάθε συστοιχία RAID 5 ταυτόχρονα, αλλά καταρρέει ολόκληρο αν μια συστοιχία χάσει δύο δίσκους.
RAID 60 (6+0)
Ακριβώς όπως και το RAID 50, αλλά με τουλάχιστον δύο συστοιχίες RAID 6 σε striping μεταξύ τους, και χρειάζεται τουλάχιστον 8 δίσκους.
RAID 100 (10+0)
Παίρνουμε τέσσερα RAID 1. Τα βάζουμε ανά δύο striped σε RAID 0. Τα δύο υπερ-RAID 0 τα συνδυάζουμε σε ένα ακόμα RAID 0.
O Voltron έχει ολοκληρωθεί.
Τι διαφορά έχει το software από το hardware RAID
Το RAID μπορεί να υλοποιηθεί στον υπολογιστή σαν software RAID ή σαν hardware RAID. Κάθε μέθοδος έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της.
Software RAID
Το software RAID είναι ο φθηνότερος τρόπος να υλοποιήσουμε RAID στον υπολογιστή μας.
Δεν χρειάζεται καθόλου ειδικό hardware, μόνο τον απλό ελεγκτή SATA της μητρικής μας, και ένα μάτσο δίσκους. Όλες οι λειτουργίες του RAID εκτελούνται μέσω software.
Τα πλεονεκτήματα του Software RAID
Tο software RAID μας δίνει πρακτικά απεριόριστη ελευθερία για τον τύπο του RAID που θα φτιάξουμε. Από το σκέτο RAID 1 μέχρι το RAID 50, όλα είναι δυνατά. Ακόμα και το RAID 60 και 100 μπορούν να υλοποιηθούν, αν έχουμε μητρική με 8 θύρες SATA.
Επιπλέον, μπορούμε να έχουμε και Hot Spare, αν μας περισσεύουν δίσκοι και θύρες. Μπορούμε ακόμα και να προσθέσουμε δίσκους στο RAID καθώς λειτουργεί, κάνοντας online drive expansion.
Βέβαια, όλα αυτά είναι δυνατά μόνο με το Software RAID στο Linux, και με την εφαρμογή mdadm (Multiple Device ADMinistrator).
Υπάρχει και στα Windows η δυνατότητα του software RAID. Σε καμία περίπτωση όμως δεν μας δίνει την ευελιξία του software RAID που μας δίνει το Linux.
Τα Windows 7 Home Premium, επιτρέπουν να φτιάξουμε μόνο το άχρηστο RAID 0 μέσω software. Και μάλιστα δεν μπορούμε ούτε καν να εγκαταστήσουμε τα Windows σε αυτό το RAID, γιατί μόνο μέσα από τα Windows μπορούμε να το φτιάξουμε.
Τα Windows 7 Professional, Ultimate, και Enterprise επιτρέπουν να φτιάξουμε RAID 1.
Στα Windows 8 και τα Windows 10 μπορούμε πλέον να φτιάξουμε software RAID 5 μέσω των Storage Pools.
Τέλος, το software RAID μας δίνει τη μεγαλύτερη ευελιξία για όταν αλλάξουμε υπολογιστή. Εφόσον δεν συνδέεται άμεσα με κάποιο hardware υποσύστημα πέραν των δίσκων, δεν έχει κανένα πρόβλημα να μεταφερθεί αυτούσιο σε μια άλλη μητρική.
Αυτό το έχουμε δοκιμάσει στο Linux, όπου ακόμα και με την αλλαγή ολόκληρης της μητρικής, αναγνώριζε το software RAID κανονικά. Δεν έχουμε δοκιμάσει αντίστοιχο σενάριο στα Windows.
Τα μειονεκτήματα του Software RAID
Το βασικό μειονέκτημα του Software RAID είναι πως όλοι οι υπολογισμοί του RAID γίνονται από τον επεξεργαστή.
Βέβαια, στα επίπεδα RAID που δεν έχουν parity (0, 1, 10, 0+1) δεν υπάρχει πρακτικά καμία επιβάρυνση. Αν έχουμε έναν τετραπύρηνο i5 ή Ryzen 3 και πάνω, ακόμα και το RAID 5 είναι εντάξει, και κατ' επέκταση το RAID 50.
Αν όμως θελήσουμε να στήσουμε κάποιο από τα βαρύτερα RAID, όπως το RAID 6, ή θέλουμε να φτιάξουμε ένα RAID με πολλούς δίσκους, η επιβάρυνση μπορεί να είναι σημαντική.
Ένα άλλο μειονέκτημα του software RAID είναι πως πρέπει να επιλέξουμε ανάμεσα στα Windows ή το Linux. Κανένα από τα δύο λειτουργικά συστήματα δεν μπορεί να δει και να διαχειριστεί το software RAID που φτιάχτηκε από το άλλο.
Ως εκ τούτου, λοιπόν, είναι αδύνατον να έχουμε κοινούς φακέλους εντός του RAID για τα Windows και το Linux.
Hardware RAID
Στο hardware RAID, ένας ειδικός ελεγκτής RAID που τοποθετείται σε θύρα PCI ή PCI Express αναλαμβάνει όλες τις λειτουργίες του RAID. Θα βρούμε ελεγκτές που υποστηρίζουν μόνο RAID 0, RAID 1, και RAID 10, αλλά και ελεγκτές για όλα τα επίπεδα.
Τα πλεονεκτήματα του Hardware RAID
Ο ελεγκτής στο hardware RAID έχει τον δικό του, ξεχωριστό επεξεργαστή, και τη δική του RAM την οποία χρησιμοποιεί ως cache για τα δεδομένα. Έτσι, δεν απασχολεί τον επεξεργαστή του συστήματος.
Αυτό επιτρέπει να μην έχουμε καθυστέρηση στην ταχύτητα εγγραφής σε απαιτητικά RAID με parity, όπως το RAID 5 και ειδικά το RAID 6.
Επιπλέον, ο ελεγκτής ουσιαστικά παρουσιάζει το RAID ως ένα ενιαίο δίσκο στο σύστημα. Δεν χρειάζεται υποστήριξη από πλευράς του λειτουργικού συστήματος ή ειδικοί drivers, εγκαθίσταται κανονικά όπως σε οποιοδήποτε δίσκο.
Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε άνετα να έχουμε Dual Boot σύστημα Windows και Linux σε RAID.
Τα μειονεκτήματα του Hardware RAID
Οι ελεγκτές RAID είναι ιδιαίτερα ακριβοί. Ένας αξιοπρεπής ελεγκτής ξεκινάει με κόστος άνω των διακοσίων ευρώ, και δεν υποστηρίζει καν RAID 5, μόνο RAID 0, 1, 10.
Αν θέλουμε ελεγκτή που να υποστηρίζει RAID 5, 6, 50 ή 60, οι τιμές ξεκινούν από τα 400 ευρώ, και θα χρειαστεί μια μεγάλη θύρα PCI Express, όπως αυτές για τις κάρτες γραφικών. Θα βρούμε μοντέλα μέχρι και στα 650 ευρώ.
Επιπλέον, το RAID μας είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με τον ελεγκτή. Σε περίπτωση που ο ελεγκτής καεί, θα χρειαστεί ειδικό λογισμικό για την ανάκτηση των δεδομένων, δεν αρκεί απλά να τον αντικαταστήσουμε.
Όμως, για μισό λεπτό. Υπάρχουν στην αγορά SATA RAID controllers πολύ πιο οικονομικοί.
Και, στο κάτω-κάτω, γιατί να πρέπει να αγοράσουμε ελεγκτή? Κάθε σχετικά καλή μητρική υποστηρίζει hardware RAID.
Έτσι δεν είναι?
Είναι το RAID των μητρικών hardware RAID?
Δυστυχώς, το RAID των μητρικών δεν είναι hardware RAID.
Ουσιαστικά πρόκειται για ένα software RAID που υλοποιείται από το BIOS, σε συνδυασμό με τον driver μέσα από τα Windows. Δεν υπάρχει κάποιο chipset ή κάποιος εξειδικευμένος επεξεργαστής που να ελέγχει το RAID.
Πρακτικά, το BIOS και οι drivers καθοδηγούν τα Windows πως να μοιράσουν τα δεδομένα στους δίσκους. Όλη η επιβάρυνση πέφτει στον επεξεργαστή, ακριβώς όπως και στο software RAID.
Το ίδιο συμβαίνει και με πολλούς από τους φθηνούς ελεγκτές. Κάθε αληθινός hardware RAID controller έχει ενσωματωμένη RAM ως cache, η οποία σε ακριβούς ελεγκτές μπορεί να φτάσει και το μισό gigabyte.
Μάλιστα, οι ακριβοί ελεγκτές έχουν και ενσωματωμένη μπαταρία, έτσι ώστε σε περίπτωση διακοπής, να διατηρήσουν τα δεδομένα στην cache μέχρι να επανέλθει το ρεύμα, και να μην χαθούν.
Αν ο ελεγκτής δεν έχει δική του μνήμη cache και χρησιμοποιεί τη RAM του συστήματος, δεν είναι αληθινός ελεγκτής hardware RAID.
Τα μειονεκτήματα του FakeRAID
Ουσιαστικά, το RAID των μητρικών δεν έχει κανένα από τα πλεονεκτήματα της ταχύτητας του hardware RAID, και καθόλου από την ευελιξία του software RAID, αλλά αντίθετα έχει όλα τα μειονεκτήματά τους.
Είναι αντικειμενικά το χειρότερο RAID, γι' αυτό και αποκαλείται ευρέως “FakeRAID”.
Παρ' ότι ακόμα και σε σχετικά οικονομικές μητρικές θα βρούμε την υποστήριξη RAID 5 και RAID 10, αυτό απευθύνεται μόνο στα Windows, επειδή υλοποιείται μέσω driver.
Ακόμα χειρότερα, οι δίσκοι εξαρτώνται από τη συγκεκριμένη μητρική για να λειτουργεί το RAID. Αν η μητρική πάθει οτιδήποτε, μόνο αντικαθιστώντας την με μια ολόιδια θα έχουμε πρόσβαση στα δεδομένα μας.
Τα πλεονεκτήματα του FakeRAID
Ένα πλεονέκτημα του FakeRAID είναι πως θα το βρούμε σε κάθε αξιοπρεπή μητρική, ακόμα και σε μοντέλα των 90-100 ευρώ.
Αν λοιπόν έχουμε 2-3 δίσκους και δεν σκοπεύουμε να βάλουμε Linux, είναι απλό να στήσουμε ένα RAID 0, RAID 1, ή RAID 5.
Τα “νεκρά” RAID
Μέχρι στιγμής, από τα επτά επίσημα επίπεδα RAID, έχουμε δει μόνο τα τέσσερα. Όμως, τι είναι το RAID 2, RAID 3, και RAID 4, και γιατί δεν θα τα συναντήσουμε πλέον πουθενά?
Το γεγονός είναι πως τα διαφορετικά επίπεδα RAID δεν προέκυψαν όλα μαζί, σαν διαφορετικές λύσεις για διαφορετικές ανάγκες. Ουσιαστικά, αρχικά υπήρχαν μόνο τα RAID 1 και RAID 2, και τα υπόλοιπα αναπτύχθηκαν αργότερα.
Μέχρι να καταλήξουμε στα δημοφιλέστερα RAID που χρησιμοποιούνται αυτή τη στιγμή, υπήρξε αρκετός πειραματισμός. Σαν αποτέλεσμα, έχουμε τρία επίπεδα RAID τα οποία δεν αποδείχτηκαν αρκετά επιτυχημένα, και γι' αυτό εγκαταλείφθηκαν.
RAID 2 – Τρομερή πολυπλοκότητα
Το RAID 2 έκανε striping των δεδομένων όχι σε επίπεδο block, όπως τα RAID 0, 5 και 6, αλλά σε επίπεδο μεμονωμένων bit, χρησιμοποιώντας τον Hamming Error Correction Code (ECC) για την επιδιόρθωση σφαλμάτων.
Με άλλα λόγια, το πρώτο bit γραφόταν στον πρώτο δίσκο, το δεύτερο στον δεύτερο, το τρίτο ξανά στον πρώτο κλπ. Εκτός από τους δίσκους των δεδομένων, όμως, χρειάζονταν μια δεύτερη ομάδα δίσκων, όπου αποθηκεύονταν οι πληροφορίες του ECC.
Στην πράξη, για τέσσερις δίσκους δεδομένων χρειάζονταν άλλοι τρεις για το ECC.
Επιπλέον, οι δίσκοι ήταν απαραίτητο να κινούνται με τις ίδιες στροφές, είτε στη γραφή είτε στην ανάγνωση, κάτι το οποίο κανόνιζε ο controller. Το RAID 2 μπορούσε, αναλόγως του αριθμού των δίσκων, να έχει πολύ υψηλό ρυθμό μεταφοράς δεδομένων όταν διάβαζε δεδομένα με τη σειρά (sequential read).
Λόγω του συγχρονισμού των δίσκων, όμως, δεν μπορούσε ταυτόχρονα να εξυπηρετήσει πολλαπλές αιτήσεις για αρχεία, όπως μπορούν τα άλλα RAID, και η απόδοσή του υπέφερε στα random reads.
Τελικά, σήμερα όλοι οι σκληροί δίσκοι έχουν ενσωματωμένο τον Hamming code. Η επιπλέον διόρθωση του RAID 2 ήταν περιττή και περίπλοκη, και η όλη του υλοποίηση υπερβολικά ακριβή.
RAID 3 – Σημαντικά απλούστερο
To RAID 3 ήταν μια σημαντική βελτίωση έναντι του RAID 2 καθώς έκανε το striping σε επίπεδο byte (8 bits), ενώ δεν χρειαζόταν πλέον ένα μάτσο δίσκους για ECC, απλά έναν επιπλέον δίσκο αποκλειστικά για parity.
Όπως και το RAID 2, όμως, απαιτούσε οι δίσκοι να περιστρέφονται με την ίδια ταχύτητα. Είχε πολύ καλές επιδόσεις στο sequential read, αλλά στο random read ήταν πάτος.
RAID 4 – Ένα βήμα πριν το RAID 5
Αφού ούτε το bit striping ούτε το byte striping λειτούργησαν καλά, το RAID 4 ήταν το πρώτο με block striping, όπως το RAID 5. Όμως, εξακολουθούσε να έχει ένα δίσκο αποκλειστικά για τα parity blocks, όπως το RAID 3.
Αυτός ο μονός δίσκος για το parity επηρέαζε αρνητικά την ταχύτητα εγγραφής, καθώς για την εγγραφή σε οποιονδήποτε άλλο δίσκο, έπρεπε να γίνει μια εγγραφή και στον μοναδικό parity disk.
Τελικά, με την εμφάνιση του RAID 5, τα RAID 3 και 4 εγκαταλείφθηκαν εντελώς.
Ποιο RAID ταιριάζει σε μένα
Κατ' αρχάς, είναι σημαντικό να τονίσουμε το εξής: το RAID δεν είναι Backup.
Όποιο επίπεδο RAID κι αν στήσουμε, όσους δίσκους κι αν έχει, όσο enhanced κι αν είναι και όσα hot spares κι αν έχει, δεν αντικαθιστά ένα πλήρες και σωστό backup.
Όπως έχουμε αναφέρει επανειλημμένως, δεδομένα που δεν θέλουμε να χάσουμε πρέπει να τα έχουμε σε τουλάχιστον τρία διαφορετικά μέρη.
Τα σωστά επίπεδα RAID, δηλαδή χωρίς το άχρηστο RAID 0, παρέχουν σίγουρα μεγαλύτερη ασφάλεια από έναν οποιονδήποτε μεμονωμένο δίσκο.
Όμως, δεν παύουν όλοι οι δίσκοι των RAID να βρίσκονται στον ίδιο υπολογιστή, συνδεδεμένοι με το ίδιο τροφοδοτικό και την ίδια μητρική.
Τι θα γίνει όμως αν πέσει κεραυνός και δεν τον προλάβει το πολύπριζο ασφαλείας, ή δεν έχουμε καν πολύπριζο ασφαλείας? Τι θα γίνει αν πήραμε ένα φτηνιάρικο τροφοδοτικό δήθεν των 700W με 20 ευρώ, και το τροφοδοτικό καεί και πάρει ό,τι μπορεί μαζί του?
Και στις δύο περιπτώσεις, ό,τι RAID κι αν έχουμε, το πιθανότερο είναι πως θα χάσουμε οριστικά τα δεδομένα μας. Άρα, το να βάλουμε RAID σε καμία περίπτωση δεν αντικαθιστά μια σωστή στρατηγική για backup, σε τρία όσο γίνεται ανεξάρτητα μέσα αποθήκευσης.
Το RAID έχει έναν πολύ συγκεκριμένο στόχο: να επιτρέψει σε έναν υπολογιστή να συνεχίσει να λειτουργεί ακόμα και αν χαλάσει ένας δίσκος.
Αυτό είναι ένα σενάριο που έχει σημασία μόνο στους server. Συγκεκριμένοι server, αν σταματήσουν να λειτουργούν απροειδοποίητα ακόμα και για 20-30 λεπτά, μπορούν να προξενήσουν ζημιές εκατομμυρίων δολαρίων στις εταιρείες που βασίζονται σε αυτούς.
Αυτό είναι το μεγάλο πρόβλημα που λύνει το RAID σε έναν server. Ακόμα κι αν χαλάσει ένας δίσκος σε RAID 5 ή δύο δίσκοι σε RAID 6, ο server θα συνεχίσει να λειτουργεί κανονικά.
Μάλιστα, οι δίσκοι SATA αλλά και οι δίσκοι SAS των server, είναι τεχνολογίας hot swappable. Αυτό σημαίνει πως μπορούμε να τους συνδέσουμε στη μητρική χωρίς να χρειάζεται τερματισμός του υπολογιστή. Το σύστημα θα τους αναγνωρίσει κανονικά.
Είναι η ίδια λογική που οι server έχουν διπλά τροφοδοτικά. Όταν αποτύχει το ένα, λειτουργεί το άλλο μέχρι να αλλάξουμε το χαλασμένο, χωρίς να κλείσουμε τον server.
Στον οικιακό σου υπολογιστή, ή τον υπολογιστή της δουλειάς, είτε τον κλείνεις κάθε βράδυ ή αν τον αφήνεις γενικά ανοιχτό, δεν έχεις καμία τέτοια πιεστική ανάγκη αδιάλειπτης, 24/7 λειτουργίας.
Με άλλα λόγια, το RAID δεν είναι για σένα.
Ναι, αλλά εγώ θέλω RAID στον υπολογιστή μου!
Για τους περισσότερους από εμάς, το τι πραγματικά χρειαζόμαστε και το τι θέλουμε, πολύ συχνά διαφέρουν κατά πολύ. Αν λοιπόν θέλεις οπωσδήποτε να κάνεις RAID, δες τι να προσέξεις.
Σαν οικιακοί χρήστες, αποκλείουμε το ενδεχόμενο του hardware RAID. Το κόστος μόνο για έναν καλό ελεγκτή μπορεί να ξεπεράσει το κόστος ενός πλήρους υπολογιστή των 500ων ευρώ.
Αν το βασικό λειτουργικό μας σύστημα είναι το Linux, με το software RAID μπορούμε να στήσουμε όποιο συνδυασμό θέλουμε.
Με δύο δίσκους η μόνη ρεαλιστική επιλογή είναι το RAID 1. Αν έχουμε και τρίτο, το RAID 5 είναι μονόδρομος. Με οχτώ δίσκους έχουμε RAID 100.
Αν έχουμε Windows 7 Professional ή Ultimate, η υλοποίηση ενός software RAID 1 θα μας δώσει έναν αξιόπιστο αποθηκευτικό χώρο για τα αρχεία μας, έστω κι αν χάνουμε αρκετά σε χωρητικότητα.
Τέλος, το RAID 5 στα Windows 8.1 και 10 είναι επίσης μια καλή λύση για την ασφάλεια των δεδομένων. Βέβαια, στις υλοποιήσεις των Windows, το software RAID είναι αδύνατον να περιλαμβάνει το λειτουργικό. Στο Linux γίνεται, αλλά θέλει πατέντα.
Γιατί να μην φτιάξω RAID με τη μητρική?
Το Fake RAID μέσω της μητρικής έχει τόσα μειονεκτήματα, με σημαντικότερο το ότι δεν μπορεί να μεταφερθεί σε άλλη μητρική, που πραγματικά δεν αξίζει να ασχοληθούμε μαζί του.
Για RAID 0 ούτε λόγος?
O μόνος σχετικά ασφαλής τρόπος να εφαρμόσουμε RAID 0, αν μας ενδιαφέρει πάνω από όλα η ταχύτητα, είναι για να συνδυάσουμε δύο SSD. Ή και περισσότερους, άμα μας περισσεύουν.
Οι SSD, ενώ γενικά δεν είναι άφθαρτοι και μπορούν να αποτύχουν, είναι πιο ανθεκτικοί από τους HDD. Συνδυάζοντας δύο δίσκους μικρού μεγέθους, πχ 128GB, θα έχουμε ένα RAID 0 των 256GB με εξαιρετικά γρήγορη ταχύτητα εγγραφής και ανάγνωσης.
Φροντίζοντας να έχουμε σε αυτό μόνο το λειτουργικό σύστημα και τα προγράμματα, και όχι προσωπικά μας αρχεία, είναι πρακτικά ό,τι ταχύτερο μπορούμε να έχουμε σε δίσκο, με σχετικά χαμηλό κόστος.
Εσείς θα φτιάξετε το δικό σας RAID 0, RAID 1, ή RAID 5?
Αν έχετε απορίες σχετικά με το RAID τις οποίες δεν καλύψαμε, αν σκοπεύετε να φτιάξετε RAID 0, RAID 1 ή RAID 5 στον προσωπικό σας υπολογιστή, ή αν έχετε ήδη ασχοληθεί με το RAID και θέλετε να μοιραστείτε την εμπειρία σας, γράψτε μας στα σχόλια.
