RAID-уровни

RAID-0 страйпинг или поочередное размещение (Striping)

• Все носители в массиве объединяются в один большой диск.
• Поочередное размещение предполагает запись первого сегмента данных на первый диск, второго на второй и т.д. Производительность массива повышается, поскольку компьютер не ждет окончания записи первого сегмента данных, а очередной сегмент начинает записывать на второй диск.
• Емкость массива определяется емкостью наименьшего диска. Остальные диски форматируются на такой же объем, при этом может образоваться не используемая область. Поэтому целесообразно использовать в одном массиве диски одинакового объема.
• RAID-0 не обеспечивает отказоустойчивость и не гарантирует безопасность данных в массиве. Если один диск выходит из строя - все данные, расположенные на нем теряются. Если диск не поддается восстановлению, все данные будут утеряны безвозвратно.
• RAID-0 рекомендуется использовать там, где важна высокая производительность, а проблема устойчивости к сбоям не рассматривается. RAID-0 также предлагает самую низкую стоимость за мегабайт в массиве и наибольшую производительность по сравнению с другими уровнями RAID.
• Кроме того, некоторые производители предлагают наборы дисков без "striping'а" который обеспечивает RAID-0, в индустрии такая продукция используется под обозначением JBOD (just a bunch of discs - "дисковый пакет").
  JBOD дополнительная функция RAID контроллера, не является конфигурацией RAID. Применяется тогда, когда пользователю необходимо воспользоваться всей суммарной емкостью накопителей в массиве. К сожалению, кроме увеличения емкости, у этого решения нет преимуществ.

• Кроме того, некоторые производители предлагают наборы дисков без "striping'а" который обеспечивает RAID-0, в индустрии такая продукция используется под обозначением JBOD (just a bunch of discs - "дисковый пакет").
  JBOD дополнительная функция RAID контроллера, не является конфигурацией RAID. Применяется тогда, когда пользователю необходимо воспользоваться всей суммарной емкостью накопителей в массиве. К сожалению, кроме увеличения емкости, у этого решения нет преимуществ.

• Данные записываются/читаются в идентичном виде на два или более дисков. Это обеспечивает высокую производительность при чтении, потому что первый диск для ответа на запрос ввода-вывода может обеспечить запрашиваемые данные, сокращая таким образом задержки. (the first drive to respond to an I/O request can provide the data requested, thus reducing latency.) Кроме того, нет необходимости вычислять и хранить контрольные суммы блоков, что требует временных издержек на других уровнях RAID-массива.
• Данные непрерывно копируются с одного диска на другой или с одной группы накопителей на другую. При аварии одного из накопителей оставшийся диск (зеркало) или группа дисков продолжают нормальную работу, а для системы такой массив все еще видится как единый диск. При использование RAID-1 пользователю недоступна дополнительная емкость параллельных приводов (при зеркалировании двух 20Гб накопителей системе будет доступен только один 20Гб диск).
• Управление простое, не требует сложного программного и аппаратного обеспечения.
• RAID-1 обычно используется в ситуации, когда требуется высокая производительность, высокая надежность, а размеры файлов данных не слишком велики.  

• На этом уровне предусмотрена защита данных с помощью корректирующего ошибки кода Хэмминга*
• Данные разбивается на маленькие элементы, которые затем передаются параллельно на несколько дисков системы. Кроме того, вычисляются контрольные суммы ECC (Error-Correction Code), которые записываются на отдельный диск или несколько дисков. Тем самым обеспечивается достаточно высокая безопасность данных, а недостатком данного подхода является большая доля ECC-дисков в массиве.
• Скорость чтения данных достаточно высокая, так как данные передаются параллельно. А функция записи выполняется медленнее потому, что она осложнена вычислением контрольных сумм и записью их на "диск чётности".
• Уровень RAID-2 не является экономичным, так как требуется большое число дорогих дисков и контроллеры, поддерживающие их. Системы RAID-2 обладают большой избыточностью. RAID-2 может быть заменен на RAID-3 с меньшей стоимостью.

* Код Хэмминга обеспечивает коррекцию ошибок (Forward Error Correction), используя механизм блока четности.

• Массив с параллельным вводом/выводом и диском контроля четности.
• На уровне RAID-3 обмен данными с диском происходит параллельно за один I/O-запрос. Этим достигается высокая степень паралеллизма, данные передаются очень быстро.
• Контрольные данные по четности хранятся на одном дополнительном диске, поэтому минимальное количество дисков в массиве равно трем. Диски синхронизируются для передачи данных на все диски одновременно. Если происходит отказ одного диска, данные восстанавливаются с рабочих дисков при помощи контрольных сумм с "четного диска".
• RAID-3 - типичное решение дискового пространства на суперкомпьютерах, процессорах манипулирования образа и других приложениях, где необходима очень высокая скорость передачи данных. RAID-3 наиболее эффективен для обработки больших объемов данных, хранящихся в больших файлах и неэффективен для обработки коротких транзакций с большим количеством I/O-запросов.
• Для заданной емкости требуется меньшее число дисков, чем в случае с RAID-1, так как дополнительно требуется только один диск для повышения надежности. Этот уровень достаточно сложен для реализации. RAID-3 - лучше всего подходит для скоростной обработки данных или для обработки больших файлов данных.

• Этот уровень во многом схож с уровнем 3. Данные разбиваются на блоки и чередуются по всем дискам массива, а контрольные суммы записываются и хранятся на отдельном диске. Благодаря такому разбиению, возможно одновременное выполнение нескольких операций чтения. Запись выполняется медленнее, так как требуется еще запись контрольной суммы на "диск четности".
• В RAID-4 Данные восстанавливаемы при выходе диска из строя.
• Данное решение наилучшим образом подходит для файл-серверов, где запись происходит реже чем считывание. RAID-4 имеет невысокую стоимость, но реализация достаточно сложна.  

• Данные в массиве RAID-5 поочередно размещаются большими блоками по всем дискам массива и контрольные суммы хранятся на всех дисках. Это решение позволяет сильно увеличить скорость записи.
• При хранении контрольных сумм на всех дисках, возможны параллельные операции, как чтения, так и записи. Это небольшое изменение позволяет сильно увеличить производительность по сравнению с другими уровнями RAID. Запись выполняется чуть медленнее чтения потому, что требуется прочесть данные со всех дисков для перестроения контрольных сумм и их записи. Могут обрабатываться одновременные I/O запросы.
• Для реализации массива 5-го уровня все диски в должны иметь одинаковый размер, но один из них будет невидим для операционной системы. Данные могут быть восстановлены в случае выхода из строя одного диска.
• RAID-5 обладает малой избыточностью, т.е. он экономичен. RAID-5 эффективен для обработки длинных записей данных, но также достаточно эффективен для работы с короткими записями, если конструктив массива оптимизирован по производительности на запись или если приложения имеют высокую пропорцию операций чтения. Это хороший выбор для обработки больших объемов данных в больших файлах с достаточно высокой производительностью на маленьких блоках данных.

• То же самое, что и RAID-5, но с дополнительной записью контрольных сумм для восстановления, если отказывают одновременно два диска.
• Эта конфигурация требует дополнительные "диски четности", и операция записи теоретически медленнее, чем эквивалентное решение на RAID-5. Представленный UC Berkeley в конце 1989, RAID-6 также используется производителями для многоуровневых массивов совместно с RAID-1 и RAID-0, но это не соответствует определению Berkeley.
   

• Совмещение Зеркалирования (1 уровень) и поочередного размещения сегментов данных на разные диски (0 уровень). Такое решение позволяет увеличить производительность массива, за счет считывания информации с разных дисков. Зеркалировани повышает надежность.
• Минимальное колличесво дисков для реализации массива равно четырем.
• RAID-10 обладает низким коэффициентом использования дискового пространства и высокой стоимостью реализации.

• Страйп массив, роль дисков в котором выполняют массивы пятого уровня.
• Минимальное количество дисков для реализации равно шести. Из них образуются два RAID-5 массива (по три диска в каждом), которые в свою очередь объединяются в массив нулевого уровня.
• Данные могут быть восстановлены в случае выхода из строя одного диска в локальном массиве. Если у вас массив из шести дисков, то при выходе из строя двух из них (из разных локальных массивов), данные будут восстановлены.
• RAID-50 совмещает отказоустойчивость и высокую скорость передачи данных. Хорошо проявляет себя при большой интенсивности I/O запросов.
• К недостаткам можно отнести стоимость и ограниченное масштабирование.