Введение
Массовость востребованности и задействования цифровых электронных ресурсов послужила их стремительному росту, и ежедневно используемый объем таких материалов многократно вырос, что в свою очередь требует наличия особых инструментов для хранения и обеспечения непосредственного прямого доступа при необходимости в любой момент времени согласно соответствующего обращения пользователей.
Современные образцы запоминающих устройств используют прогрессивные конструктивные решения, позволяющие значительно повышать внутренний объем доступного дискового пространства, предлагаемый одним накопителем. А внутренняя организация современных компьютеров предполагает использование нескольких высоко емких дисков в одном устройстве для увеличения пригодного для использования дискового массива.
Однако немаловажным фактором безусловно является защита и надежность хранения пользовательских данных, должный уровень которой не всегда удается обеспечить на компьютерных устройствах при стандартной организации доступных запоминающих устройств. Поэтому можно задействовать определенную форму представления и системного взаимодействия дисковых накопителей, именуемую «RAID», для совокупного объединения нескольких физических жестких дисков в один общий логический диск. Данный метод конечной организации, в самой начальной и простой форме представления, позволяет зазеркалить пользовательские данные на двух жестких дисках, гарантируя, что все важные данные будут сохранены в нескольких несвязанных местах и доступны при любом стечении непредвиденных губительных или повреждающих факторов.
Основной принцип формирования единого дискового пространства «RAID» («избыточный массив независимых (самостоятельных) дисков») предполагает использование единого логического модуля объединенных жестких дисков для повышения отказоустойчивости и обеспечения исполняемости различных элементов пользовательских данных за счет зеркальных копий, хотя существует тип построения массива «RAID», который не обеспечивает избыточности информационных материалов и направлен только на повышение производительности.
Уровни «RAID»
«RAID» массив представляет собой не просто способ объединения дисков, а совокупно оснащен объединяющей функциональной технологией виртуализации данных с различными показателями надежности, скорости чтения-записи, эффективной емкости и поддерживаемого допустимого значения количества вышедших из строя дисков. Существует несколько утвержденных спецификаций «RAID», которые обеспечивают разные степени производительности и избыточности. Все уровни «RAID» имеют одну общую черту: они объединяют несколько физических дисков в один логический диск, представленный затем в операционной системе.
Наиболее распространенными уровнями «RAID», которые были приняты в качестве стандарта, являются:
«RAID 0»: В отличие от других уровней «RAID», спецификация «RAID 0» не обеспечивает избыточности. Тем не менее, «RAID 0» позволяет повысить производительность, используя несколько дисков. Когда пользователи используют «RAID 0», то данные, которые персональный компьютер записывает на жесткий диск, делятся на информационные блоки фиксированной длины и равномерно распределяются между двумя (или более) жесткими дисками. Например, если компьютер записывает файл размером «100 МБ» в массиве «RAID 0» состоящем из двух дисков, то «50 МБ» будут записаны на первый жесткий диск, а оставшиеся «50 МБ» будут записаны на другой жесткий диск пропорционально. Когда компьютеру необходимо обратиться к сохраненному в массиве файлу, он может прочитать каждый из блоков, непосредственно расположенный на соответствующем диске, тем самым значительно увеличивая скорость чтения востребованной информации, чем при попытке произвести данную операцию по чтению полноразмерного «100 МБ» файла с одного жесткого диска. Однако, если какой-либо из жестких дисков в «RAID-массиве» будет испорчен или придет в негодность, то записанные данные будут утеряны полностью. Когда пользователи используют формат «RAID 0», то совокупный объем диска становиться гораздо больше, за счет учета доступного пространства каждого из входящих в массив запоминающих устройств, все операции происходят гораздо быстрее, и как следствие повышается общий уровень производительности, но страдает степень надежности хранения данных и велика вероятность безвозвратной утери данных при поломке любого из дисков.
«RAID 1»: В формате построения массива «RAID 1» два диска настроены на режим полного зеркалирования информационного наполнения друг друга (не стоит путать с массивами «RAID 1+0» («RAID 10»), «RAID 0+1» («RAID 01»), в которых используются более сложная архитектурная модель зеркального сохранения информации). Когда персональный компьютер записывает «100 МБ» данных, он записывает одинаковый полноценный объем в «100 МБ» на каждый, из входящих в массив, жесткий диск. И по завершению операции записи, полная копия данного информационного объема расположена на обоих дисках. Такой вариант хранения данных гарантирует, что в случае отказа одного из дисков у пользователей всегда будет полная и актуальная копия утраченных данных. Формат «RAID 1» обеспечивает чрезвычайно высокую надежность, поддерживая работоспособность массива до тех пор, пока функционирует хотя бы один диск в доступном объединении дисков, предлагает приемлемую, сопоставимую с предыдущим форматом «RAID 0», скорость чтения и достаточную среднюю скорость записи данных. Но за высокую надежность пользователям приходится мирится с недостатком, что по цене двух жестких дисков фактически доступен объем лишь одного из них.
«RAID 2, 3 и 4»: Данные уровни массива «RAID» мало используются и часто считаются устаревшими. Массивы типа «RAID 2» основаны на использовании самоконтролирующихся, позволяющих автоматически обнаруживать ошибки при передаче данных, и самокорректирующихся, способных на автоматическое исправление ошибок, кодов. Входящие в порядок построения «RAID 2» диски делятся на две группы, каждая из которых предназначена для данных и для кодов коррекции ошибок соответственно. Способ распределения данных подобен массиву «RAID 0», а оставшиеся от хранения данных диски задействованы для кодов коррекции, на основании которых возможно восстановление информации в случае неисправности какого-либо жесткого диска. Данный способ хранения обладает повышенной скоростью дисковых операций, но действенным становится только при использовании для массива не менее семи жестких дисков. В «RAID 3» информация дробиться на меньшие по размерам блоки и в отличии от «RAID 2» иным способом построена архитектура хранения блоков четности, выделенная в отдельный диск. Массив «RAID 4» похож по конфигурации на «RAID 3», но отличается размером единиц записи, выраженных не в блоках данных, а в байтах, что позволяет устранить проблему низкой скорости передачи информации небольшого конечного объема. Основным недостатком, одинаковым для всех уровней «RAID 2, 3 и 4», является отсутствие возможности осуществлять параллельные операции записи по причине, что для хранения информации о четности задействуется отдельный контрольный диск.
«RAID 5»: Для использования порядка организации запоминающих устройств формата представления «RAID 5» пользователям потребуется наличие, как минимум, трех жестких дисков. «RAID 5» использует принцип чередования, для цикличной записи блоков данных и дополнительных контрольных сумм четности, по всем жестким дискам. И если один из жестких дисков испортиться, свои данные пользователи не потеряют. Массив «RAID 5» обеспечивает избыточность данных с меньшими затратами на хранение, чем зеркальный «RAID 1». Например, при наличии четырех жестких дисков объемом по «1 ТБ», пользователи могут создать два отдельных массива «RAID 1» (по «1 ТБ» каждый, ввиду использования дисков для хранения зеркальных копий, что позволит получить общее пространство для хранения в «2 ТБ») или один массив «RAID 5» с доступными «3 ТБ» дискового пространства на одних и тех же накопителях. В «RAID 5», в отличие от предыдущих, считающихся многими пользователями утратившими актуальность форматами «RAID 2, 3 и 4», проблемы с невозможностью ведения параллельных операций записи не существует, поэтому данный формат очень экономичный и способен поддерживать высокую скорость чтения. Однако при записи в произвольном порядке его производительность заметно снижается, а при выходе отдельного диска из строя также уменьшается и надежность всего массива, связанная с задействованием значительных ресурсов для восстановления.
«RAID 6»: Массив «RAID 6» аналогичен «RAID 5», но обладает более высокой степенью надежности за счет введения дополнительного блока контроля четности, получая в конечном итоге основное количество доступных дисков для записи данных за исключением двух оставшихся дисков, направленных на исправление ошибок в блоках данных посредством учета параметров четности. Пользователи несколько теряют в объеме общего дискового пространства, доступного для хранения информации, но взамен получают дополнительную защиту от потери данных. Например, если два жестких диска придут в негодность в конфигурации «RAID 5», то пользователи потеряют свои данные. Но если произойдет аналогичная ситуация и два жестких диска будут испорчены или повреждены в конфигурации «RAID 6», данные все еще останутся доступны для пользователей и не будут утеряны.
«RAID 10»: Способ конфигурационного построения дисковых накопителей «RAID 10», также известный как «RAID 1 + 0», делит данные между первичными дисками и копирует их на вторичные диски. Таким образом, спецификация «RAID 10» пытается обеспечить преимущества форматного уровня «RAID 0» (разделение данных на несколько дисков для повышения производительности) с преимуществами «RAID 1» (избыточность), зеркально создавая копии, с той лишь разницей, что вместо дисков, при формировании конфигурации типа «RAID 0», используются сегменты, состоящие из массивов «RAID 1». «RAID 10» безусловно очень надежный вариант хранения данных, поскольку выход его из строя возможен только при поломке всех накопителей, входящих в сегментальный массив «RAID 1».
Есть и другие, нестандартные и комбинированные уровни «RAID», известные и пригодные для использования, такие как «RAID 01» («RAID 0 + 1»), «RAID 1E», «RAID 7» и т.д.
Настройка «RAID»
«RAID» обычно используется на серверах, «мэйнфреймах» («mainframe» – большой универсальный высокопроизводительный отказоустойчивый сервер, используемый для обработки огромного объема пакетных ресурсов с высочайшей рабочей нагрузкой на ввод-вывод данных) и других компьютерных системах, где важно иметь избыточное и защищенное пространство для сохранения данных. «RAID» не часто используется на обычных стационарных настольных компьютерах и ноутбуках, однако многие образцы готовых корпусных компьютеров поставляются с контроллерами «RAID». И при соответствующем желании или возникшей потребности, пользователи могут настроить конфигурацию «RAID 1» с двумя дисками, чтобы обеспечить зеркальное отображение данных на них и добиться гарантированной сохранности информации.
Для организации собственного «RAID» массива на основе двух, установленных на компьютере, жестких дисков пользователи могут использовать два возможных варианта настройки и последующего управления: «аппаратный RAID» или «программный RAID». При использовании аппаратного метода, «RAID-контроллер», представляющий собой плату расширения или внешне размещенное устройство, выполнит за пользователей всю основную работу с массивом «RAID» и его последующим представлением. Например, если пользователи, обладающие компьютером, укомплектованным аппаратным «RAID-контроллером», настроят два диска для функционирования в конфигурации «RAID 1», то ответственный «RAID-инструментарий» будет отображать два диска массива в пользовательской операционной системе как один жесткий диск. Все основные последующие действия, связанные с зеркалированием данных, разделение и упорядоченное распределение информационных материалов на жесткие диски и другие сопутствующие операции, будут выполнены аппаратным контроллером «RAID». И операционная система, установленная на компьютере и используемая для управления всеми процессами даже не будет обладать сведениями, что на самом деле в качестве запоминающего устройства выступает массив «RAID 1».
Для реализации программного варианта «RAID» не используются аппаратные средства, а полностью задействуются программные компоненты, и вся основная нагрузка по организации «RAID» приходится на операционную систему. Например, пользователи могут создать «программный RAID» при установке операционной системы «Linux» на свой компьютер – ядро «Linux» обладает достаточным инструментарием для создания «RAID» и будет выполнять всю работу без какого-либо специального оборудования. Также можно создать «программный RAID» и в операционной системе «Windows» (предлагаемый «Windows» формат представления жестких дисков не использует традиционную для «RAID» систем уровневую маркировку «0», «1», «5», «10» и т.д., однако заложенные возможности системы позволяют объединять диски в единое пространство, чередовать порционно информацию при записи на разные диски для повышения производительности или зазеркалить данные, дополнительно создавая файлы четности, необходимые для восстановления).
Чтобы полноценно настроить аппаратный «RAID», пользователям необходимо использовать программное обеспечение, управляющее «RAID-контроллером», доступ к которому можно получить из микропрограммы базовой системы ввода-вывода компьютера «BIOS». Предварительно, перед непосредственной настройкой, пользователи должны ознакомиться с документацией установленного аппаратного «RAID-контроллера», чтобы избежать нежелательных или необратимых последствий, способных повлиять на сохранность данных и работоспособностью компьютера в целом.
Подобные технологии
Популярные операционные системы имеют дополнительные, встроенные изначально, технологии, которые функционируют аналогично стандарту представления и организации запоминающих устройств «RAID». Так, например, в операционной системе «Windows 8» и ее последующей, более продвинутой и совершенной, версии «Windows 10», присутствует функция «Дисковые пространства», а в системе «Linux» доступен инструмент «Управление логическими томами» («LVM»). Обе озвученные технологии позволяют группировать несколько физических дисков в один логический диск, чтобы зеркалировать пользовательские данные, для гарантированного восстановления при сбое или неисправности отдельного запоминающего устройства, или совокупно объединять диски в общее единое вместительное хранилище, отображая доступное внутреннее дисковое пространство в ответственных приложениях операционных систем в виде единственного диска, выделяя весь объем для хранения данных.
Заключение
Подавляющее большинство современных операций и востребованных процессов пользователей требуют наличия и обязательного использования персональных компьютерных устройств, которые позволяют получать, обрабатывать, оперировать и хранить огромный объем доступных цифровых материалов, количество которых постоянно увеличивается, требуя, в свою очередь, соответствующего доступного свободного дискового инструментария.
Конструктивный формат современных компьютеров не ограничивается возможностью использовать только один дисковый накопитель и позволяет дополнительно комплектовать устройства пользователей добавочными информационными хранилищами, значительно увеличивая пригодное для использования свободное пространство.
Однако не всегда подобный подход удобен, и часто, чтобы организовать защищенное хранилище, обладающее высокими параметрами безопасности, производительности, эффективности, отказоустойчивости и надежности, рекомендуется задействовать, доступную на сегодняшний день, технологию виртуализации данных «RAID», позволяющую объединить нескольких физических дисковых устройств в общий логический модуль.
Подобный вариант может первоначально показаться несколько сложным, однако при более близком взаимодействии процедура организации дискового пространства в формате «RAID» становиться понятной и простой, а также способствует облегчению многих, связанных с хранением данных, процессов. После соответствующей настройки «RAID», пользовательские данные будут автоматически сохранены на нескольких жестких дисках, что значительно повышает их защищенность от всевозможных нежелательных последствий и непредвиденных утрат.
Комментарии: