Co to vlastně je raid a jaké je jeho užití?

Sprej na komáry? Tatík slavného bojovníka z Mortal Kombat ? Pořád vedle.

• Co to "RAID" vlastně je?
• Typy diskových polí RAID
• Druhy RAID polí
  • JBOD a RAID 0
  • RAID 1
  • RAID 5 
  • RAID 6
• Víceúrovňová disková pole
  • RAID 10 a 01
  • RAID 50
  • RAID 60
• Méně užívaná RAID pole

Co to "RAID" vlastně je?

Nejprve je třeba si definovat, co to RAID je. Ve zkratce RAID - Redundant Array of Independent disks je pole jednotlivých pevných disků uspořádaných tak, aby se prokládáním a ukládáním dat dosáhlo redundantních dat na fyzicky jiném disku.

V případě fyzického selhání disku při správně nakonfigurovaném poli jsou data v bezpečí. „RAID ale neslouží jako záloha dat v případě nechtěného smazání nebo napadení virem. Proto není vhodné spoléhat jen na fyzické pole, ale nejlépe je kombinovat diskové pole s další zálohou kritických dat,“ říká Štěpán Mikeš, odborník na záchranu dat a spolumajitel DataHelp. Vždy je lepší prvotně investovat do většího počtu diskůnež mít jedno jediné úložiště, kdy v případě selhání je velké riziko, že veškeré data budou nenávratně ztracena.

Typy diskových polí RAID

Ač se většinou setkáváme s rozdělením diskových polí dle jejich druhu, existuje také několik typů diskových polí RAID. Jedná se o pole:

• hardwarová, kdy veškeré výpočetní funkce přebírá řadič, 
• pseudo-hardwarová, kdy řadič funguje pouze jako rozhraní a výpočetní funkce provádí SW,
• a softwarová, kam řadímě typicky linux, dynamické disky, LVM aj.

Druhy RAID polí

RAID pole je definováno podle druhu číslicí. „Nejčastěji používané druhy řetězení jsou RAID 1 a RAID 5, které poskytují dostatečné zabezpečení vůči fyzickému výpadku, ale nejsou příliš výhodné, jelikož vyžadují větší počet fyzických jednotek s žádným či minimálním výkonovým nárůstem,“ doplňuje Aleš Wagner, specialista na záchranu dat a spolumajitel DataHelpu.

Další druh pole je JBOD a RAID 0, které nepatří mezi skutečné fyzické zálohování, ale těží z technologie řetězení disků. Co je nevýhoda u těchto dvou je, že v případě fyzického výpadku jednoho či více disků jsou data částečně nebo úplně ztracena.

• Jak zabezpečit provoz NAS úložiště?

Poté existují také disková pole RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6 a RAID 7 nebo víceúrovňové řetězení polí.

JBOD a RAID 0

JBOD neboli Just a Bunch of Disks není pole jako takové, jde jen o spojení více diskůdo jednoho svazku. Používá se u malých síťových disků jako snadná forma rozšíření kapacity. Data jsou ukládána na disk první, dokud nedojde kapacita.

Jakmile kapacita na disku A dojde, data jsou poté zapisována na disk B. Obrovská výhoda je nenáročnost budování pole a snadného rozšíření o další disky. Zásadní nevýhoda je nulový výkonnostní zisk, kdy neroste ani rychlost čtení ani rychlost zápisu.

V případě selhání disku A nebo disku B (do pole lze připojit více disků, než-li pouze dva. Ve většině případů se však používá pouze dvoudisková konfigurace) jsou data ztracena, jelikož nemají žádnou kopii k dispozici a lze obnovit jen data, která se nachází na nepoškozeném disku.

• Jak maximalizovat životnost SSD disků?

RAID 0 je druhý typ neredundantního pole, kdy jsou data mezi dvěma a více disky prokládány bit po bitu. Velkou výhodou je zisk ve čtení i zápisu, kdy v použití například se dvěma disky je čas potřebný k čtení a zápisu redukován na polovinu, jelikož se jeden soubor čte ze dvou disků.

Tím pádem je rychlost téměř dvojnásobná. Jde o snadné řešení, kde je potřeba zrychlit reakce operačního systému či když je potřeba odstranit limitaci při zápisu velkých souborů. Druhou výhodou je stejně jako v případě JBOD zvýšení kapacity o přidaný disk.

Pro vysvětlení: Do RAID 0 pole zapojíme 2 SSD disky o kapacitě 120 GB. Data jsou v RAID 0 ukládány formou ABAB, první bit je na disku A, druhý bit na disku B, třetí bit na disku A... Při čtení souboru se část čte z disku A a část z disku B a tím pádem je rychlost dvojnásobná. Jelikož se spojily dva disky, výsledná kapacita je rovněž dvojnásobná, tedy 240 GB.

Obrovskou nevýhodou je absence jakékoliv redundantní zálohy proti fyzickému výpadku. „V případě, že jeden nebo druhý disk selže, jsou veškerá data ztracena bez možnosti obnovy,“ vysvětluje Štěpán Mikeš. Jelikož jsou data prokládána bit po bitu, při selhání jednoho nebo druhého existuje pouze polovina informace.

• Znáte zálohovací systém 3 – 2 – 1? a radíme taky jak předejít přepětí v síti.

Tento druh pole se využívá jako vyrovnávací nebo dočasná paměť, popřípadě pro nekritická data, kde je naopak potřeba získat vyšší výkon z disků spojením.

RAID 1

Diskové pole RAID 1 je používáno nejčastěji. Pole je tvořeno 2 disky, mezi kterými se veškeré data zrcadlí. Co je uloženo na disku A je zároveň uloženo i na disku B. Jeho obrovskou výhodou je, že v případě selhání disku A jsou veškerá data uchována na disku B a naopak.

Díky tomu jde o nejlepší způsob, jak ukládat kritická data a zároveň být chráněn před fyzickým výpadkem disku. Nevýhodou je nákladnost pořizování pole a nulový nárůst výkonu či kapacity.

Pro RAID 1 je potřeba pořídit identický disk 2x, ale výsledná kapacita je stejná jako v případě pořízení jediného disku. Dále neroste rychlost čtení ani zápisu, jelikož jsou všechna data zapisována na dva disky. „Je potřeba si také uvědomit, že RAID 1 slouží jen jako záloha proti fyzickému výpadku disku, nikoliv proti náhodnému smazání dat,“ upozorňuje Aleš Wagner.

RAID 5

Pole RAID 5 je častěji využíváno v data centrech. Pro vybudování jsou potřeba disky tři. První dva disky jsou propojeny a data jsou prokládány mezi disky, třetí disk obsahuje samoopravovací kód.

Využívá způsob jako v případě RAID 0, nicméně je odstraněna nevýhoda v případě výpadku jednoho disku. Výhoda je zdvojnásobená rychlost čtení, kdy se data čtou bit po bitu, které jsou rozprostřeny mezi disk A a disk B.

• Ani s RAIDem nejste v bezpečí. Jak to?

V případě selhání jednoho disku jsou data stále k dispozici. Při výměně poškozeného disku se data automaticky nahrají na nový disk a nedojde k žádné ztrátě. Nevýhoda je nižší rychlost zápisu mezi disky, jelikož při každém zápisu se také generují informace a poté ukládány na disk obsahující samoopravovací kód.

Kapacita je také redukována na 2/3. Při zakoupení například tří disků s kapacitou 2 TB je celková kapacita v RAID 5 pouze 4 TB, nikoliv 6 TB.

RAID 6

Diskové pole RAID 6 funguje na podobném principu jako RAID 5, liší se však výpočtem samoopravných kódů. Skládá se minimálně zečtyř disků. Na dvou discích se zapisují data a na dalších dvou jsou uloženy samoopravné kódy, přičemž každý se vypočítává jiným způsobem. Díky tomu je pole RAID 6 odolné proti selhání dvou disků najednou. Existuje také možnost, že by byly paritní informace rozloženy na všech čtyřech discích, ale tato konfigurace se příliš často nepoužívá.

Co se týká přenosových rychlostí, v porovnání s RAID 5 je rychlost čtení zhruba na stejné úrovni, zatímco rychlost zápisu je o něco pomalejší kvůli nutnosti výpočtu dvou paritních bloků. Do celkového součtu všech disků tak nemůžeme započítat dva disky, takže RAID 6 má rovněž horší poměr ceny a kapacity. Každopádně se tento typ diskového pole nejvíce vyplatí použít s pěti disky a více.

Víceúrovňová disková pole

RAID 10 a 01

Při zapojení víceúrovňového pole se v případě RAID 10kombinují pole RAID 1 a RAID 0. V takovém případě jsou potřeba 4 disky. První dva disky spojíme do pole RAID 1, kdy zrcadlíme veškerá data, kdy data uložena na disku A jsou stejná jako na disku B.

Stejný postup je použit pro druhý pár disků, kdy opět data uložená na disku C jsou stejná, jako data na disku D. Při vybudování dvou samostatných polí RAID 1 se tyto dvě pole spojí do RAID 0 pole.

Spojené diskové pole pak získají výhodu v rychlosti čtení a zápisu, která je dvojnásobná oproti klasickému RAID 1 poli a zároveň je odolná vůči selhání dvou disků a odstraňuje nevýhodu RAID 0 pole. Nevýhoda je vyšší náročnost budování pole a nutnost použití 4 disků. Kapacita je redukována na polovinu.

RAID 01 je stejné koncepce, jen se prvně vybudují RAID pole 0 a poté se spojí do pole 1. Výhody a nevýhody jsou prakticky stejné.

RAID 50

Stejně jako RAID 5, využíváme stejného postupu. Pro vybudování opět využijeme 3 disky a spojíme je do pole. Tento postup se opakuje a vybuduje se stejné druhé RAID 5 pole. Tyto dvě pole stejně jako v případě RAID 10 spojíme do sebe skrze RAID 0 pole.

Výhodou je vyšší rychlost čtení a zápisu a samotné pole je odolné vůči výpadku jednoho disku z podúrovně RAID 5 pole. Nevýhoda je v nutnosti použít 6 a více disků pro pole a konfigurace je náročnější.

RAID 60

Jde o málo využívané víceúrovňové pole disků, které se kombinují dvě RAID 6 pole do sebe a jsou spojeny opět do RAID 0. Toto pole je jedno z nejbezpečnějších polí, které těží z vysoké rychlosti a díky použití dvou paritních disků obsahujících samoopravné kódy je pole jištěno proti výpadku dvou disků z každého RAID 6 pole.

Spojením do RAID 0 se poté zvyšuje rychlost čtení a zápisu, jelikož je každý bit prokládán mezi dvě pole. Nevýhodou je v nutnosti použít minimálně 8 disků.

Méně užívaná RAID pole

Další RAID pole nejsou příliš užívána, jelikož nejsou natolik důmyslné.

RAID 2 používá složitý samoopravný kód, který snižuje přístupovou dobu na pole, ale nepotřebuje velký počet disků při budování.

RAID 3 je rozšířený strukturově podobný jako JBOD, jen je přidán jeden disk navíc, který obsahuje paritní data z ostatních disků. Výhoda je nutnost použití jen jednoho disku navíc a je větší rychlost nežli RAID 2, nicméně disk obsahující paritní data je extrémně využíván, a představuje tak rizikový článek v celém poli.

RAID 4 je podobný jako RAID 3, nicméně neukládá data po bitech ale po blocích.

RAID 7 je odvozen od RAID 3 a RAID 4, ale navíc je doplněn o možnost ukládání dat do vyrovnávací paměti. Má k dispozici vestavěný operační systém a účelový procesor pro správu pole zajišťující rychlejší provádění operací při čtení a zápisu dat. RAID 7 vytvořila společnost Storage Computer Corporation, takže ke čtení/zápisu dat vyžaduje specializovaný řadič. RAID 7 poskytuje trojitou paritu.

Závěr

Na závěr je třeba dodat, že RAIDneslouží jako záloha před náhodným smazáním dat nebo při infekcí souborů, chrání pouze před fyzickým výpadkem disků. V případě používání pole RAID je třeba data ukládat i na jiné místo, nejlépe geograficky odlišné, aby bylo zabráněno možné infekci nebo náhodným smazáním.

Pro domácnosti je nejlepší možnost využívat dvě malé RAID pole, přičemž jedno je aktivně využíváno a další data jsou uložena na externím disku (rady, jak ho vybrat), který není trvale připojen k počítači a je chráněný před smazáním.