Восстановление данных на 100 процентов - Петр Ташков

Рис. 3.2. Структура RAID-1

Массивы уровня 1 подходят для хранения критически важных данных. На практике быстродействие такого массива может немного превосходить быстродействие каждого из дисков. Это связано с аппаратной реализацией чтения и записи данных.

Спецификация RAID-2 осталась чисто теоретической, поскольку она описывает массивы, состоящие из 14 или 39 дисков.

RAID-3 – трехдисковый массив. Два диска в нем работают подобно RAID-0, данные на них записываются с чередованием. Однако для каждых двух чередующихся блоков контроллер вычисляет код четности (Parity Code) и записывает его на третий диск. Благодаря простому алгоритму данные четности для двух блоков занимают столько же места, сколько каждый из этих блоков. В результате образуются наборы из трех взаимосвязанных блоков: два, на первых двух дисках, содержат данные, а третий, на третьем диске (экстраблок), – контрольную сумму для двух блоков данных (рис. 3.3). По данным на одном из первых двух дисков и контрольным суммам всегда можно восстановить содержимое другого диска при его повреждении. Точно так же коды четности, в случае аварии третьего диска, всегда можно пересчитать по данным на первых двух дисках.

Рис. 3.3. Структура RAID-3

Скорость работы такого массива такая же, как у RAID-0, а отказоустойчивость аналогична RAID-1. Накладные расходы снижены за счет того, что емкость массива из трех одинаковых дисков примерно равна удвоенной емкости одного диска.

Существует спецификация RAID-4, которая отличается только размерами блоков данных при чередовании. Это несколько улучшает работу массива при случайном чтении, но из-за большего объема буферной памяти контроллеры RAID-4 не получили широкого распространения.

RAID-5 – другая реализация идеи чередования с контролем четности. Чередование блоков данных происходит между всеми тремя дисками. В массиве уровня 5 все диски равноценны, а блоки четности распределены между ними (рис. 3.4). При этом блок четности для блоков, находящихся на двух дисках, всегда записывается на третий диск и так далее «по кругу». Порядок чередования блоков данных и блоков четности (Parity Rotation) зависит от контроллера. Существует несколько вариантов такого чередования: Forward (Прямое), Backward (Обратное) и Backward symmetric (Обратное симметричное). В большинстве современных RAID-контроллеров используется последний вариант.

Рис. 3.4. Структура RAID-5

RAID-5 сегодня считается наиболее оптимальной конфигурацией массива для высокопроизводительных и надежных рабочих станций. Поддержка этого уровня, наряду с RAID-0 и RAID-1, заложена во многие встроенные контроллеры современных материнских плат.

В спецификации RAID-6 контрольная сумма вычисляется два раза и копируется сразу на два разных диска. В результате работоспособность массива сохраняется даже при одновременной поломке двух дисков из трех. Это очень надежное, но дорогое решение, которое так и не нашло широкого применения.

Составные массивы (multi-RAID) представляют собой сочетание двух спецификаций. Они могут реализовываться полностью на уровне контроллера либо частично на аппаратном уровне, а частично на программном.

RAID 0+1 – чередование двух или нескольких двухдисковых массивов RAID-1.

RAID 1+0 (RAID-10) – зеркалирование массива RAID-0 на другой такой же массив.

Оба этих варианта привлекательны для недорогих систем. Хотя в обоих случаях емкость дисков используется только на 50 % (каждый винчестер полностью дублируется), а сам контроллер дешев. Контроллеры этих уровней RAID занимаются только распределением потоков данных, тогда как контроллеры RAID-3 и RAID-5 непрерывно в реальном времени обсчитывают четность, а это уже серьезная вычислительная задача.

Массивы RAID 5+0 (RAID-50) и RAID 6+0 (RAID-60) образуются чередованием массивов уровней 5 и 6 соответственно. Это большие серверные решения. Для их реализации нужны дорогие многопортовые контроллеры, а в массив будут включаться от шести до нескольких десятков жестких дисков.

Существует спецификация JBOD (Just a Bunch of Disks – простая группа дисков). В этом случае несколько винчестеров представляются одним большим диском. Объединение (spanning) нескольких физических дисков еще недавно использовалось в компьютерах для видеозахвата и видеомонтажа, чтобы получить достаточно места для сохранения непрерывного файла размером в десятки или сотни гигабайтов. С появлением терабайтных винчестеров это утратило актуальность.

Контроллеры и конфигурирование RAID

Первоначально RAID-контроллеры выполнялись только в виде самостоятельных плат расширения PCI. Такой контроллер включает в себя микропроцессор, буферную память, flash-память с микропрограммой и областью для хранения сведений о конфигурации массива. Известными производителями RAID-контроллеров являются компании Adaptec, Intel, Tekram (Areca), Promise, 3Ware. Современные дискретные контроллеры поддерживают спецификации RAID-0/1/10/5/6/50/60/ JBOD и несут от 4 до 8 портов Ultra320 SCSI либо SAS/SATA.

Интегрированные RAID-контроллеры материнских плат строятся либо на отдельных чипах, например Silicon Image, Promise, ITE GigaRAID, либо являются частью чипсета материнской платы, например Intel ICH5 или VIA VT8237. Эти контроллеры, которые сейчас широко распространены, обслуживают от двух до четырех дисков SATA или IDE и поддерживают уровни RAID-0/1/JBOD, но нередко и RAID-5/10.

Создание массива осуществляется микропрограммой контроллера. Особенности построения, конфигурирования и обслуживания массива зависят от модели контроллера. Типичная процедура создания и настройки RAID напоминает настройку BIOS компьютера.

1. Во время начальной загрузки компьютера нажмите клавишу или сочетание клавиш, вызывающее процедуру настройки контроллера RAID. На экране появится меню настройки.

2. В меню настройки RAID выберите команду с названием наподобие Create Array (Создать массив). Затем обычно требуется указать физические диски, которые должны быть включены в массив, и выбрать тип массива из нескольких предлагаемых вариантов.

3. Далее (в общем случае) следует указать размер блока чередования (Stripe Block Size). Некоторые контроллеры предлагают упрощенную процедуру создания массива, когда достаточно выбрать один из пунктов с названием типа Optimize Array for Performance (из двух дисков будет создан RAID-0), Optimize Array for Security (создается массив RAID-1) или Optimize Array for Capacity (диски объединяются в массив JBOD). При выборе таких пунктов в массив включаются все обнаруженные диски, а все настройки устанавливаются по умолчанию.

При создании RAID-1 есть возможность сразу скопировать все данные с одного диска на второй – «зеркальный». Как правило, это действие обозначается как Create & Duplicate the disk (Создать массив и дублировать диск).

В меню, вызываемом при загрузке, доступны операции обслуживания массива. Проверка (Check) массива средствами контроллера позволяет выявить ошибки чередования и четности. После замены одного из дисков массив следует перестроить (Rebuild) или восстановить (Restore). Это достаточно длительный процесс, в ходе которого контроллер воссоздает содержимое замененного диска по двум оставшимся (RAID-5) или копирует один диск на другой (RAID-1).

Помимо меню, вызываемого при загрузке, для проверки и обслуживания массивов используются утилиты, работающие в среде MS-DOS или Windows. Первые запускаются со специально создаваемого загрузочного диска, а вторые обычно устанавливаются вместе с драйвером RAID-массива или являются одним из компонентов драйвера. Такие резидентные программы способны непрерывно отслеживать состояние массива и при возникновении неполадок уведомлять об этом пользователя даже путем отправки сообщения по электронной почте.

В процессе создания RAID-массива на нулевые дорожки входящих в него дисков контроллер обычно записывает служебную информацию о номере диска в массиве, уровне RAID и размере блока. Информация о дисках, включенных в массив, в свою очередь, сохраняется в энергонезависимой памяти контроллера. Некоторые контроллеры «запоминают» диски по их серийным номерам, но чаще контроллер идентифицирует диски в процессе инициализации массива, основываясь на служебной информации из нулевых дорожек дисков. Вывод: и искажение данных в CMOS контроллера, и изменение служебной информации на самих дисках могут привести к разрушению массива.

Программный RAID-массив

Кроме аппаратной, существует и программная реализация RAID. В этом случае массив формируется из дисков, подключенных к обычному контроллеру SATA или IDE. Поддержка программных дисковых массивов впервые появилась в серверных операционных системах. Сегодня она присутствует даже в Windows XP Professional и выпусках Windows Vista.

Для создания программного массива служит оснастка Управление дисками консоли Управление компьютером или системная команда diskpart. Сначала необходимо преобразовать два или более дисков в динамические диски (команда Преобразовать в динамический диск контекстного меню диска). После преобразования операционная система рассматривает разделы на этих дисках как простые динамические тома.