RAID (Redundant Array of Independent Disks)

Povezivanjem više hard diskova u jednu logičku celinu može se postići višestruko povećanje brzine, veća sigurnost podataka ili i jedno i drugo

I mnogo napredniji korisnici kompjutera moraju da priznaju da se s RAID tehnologijom nikada nisu sreli u praksi. Zbog toga što se radi o skupom rešenju, ono se najčešće može naći u serverskim mašinama gde je potrebna velika brzina pristupa fajlovima ili pak visoka pouzdanost u čuvanju podataka. A šta je tačno RAID i koje su mu prednosti i mane?

Prvobitno, RAID je bila skraćenica od Redundant Array of Inexpensive Disks, što u prevodu znači „redundantni niz jeftinih diskova”. RAID je bio jeftiniji u odnosu na DASD (Direct Access Storage Devices) diskove, osnovni standard za hard diskove velikog kapaciteta početkom devedesetih godina prošlog veka. U međuvremenu DASD je prestao da se upotrebljava, pa je skraćenica RAID promenjena u Redundant Array of Independent Disks (redundantni niz nezavisnih diskova). Iz imena ove tehnologije jasno je da je potreban veći broj diskova. Oni se povezuju na odgovarajući RAID kontroler koji može biti u vidu dodatne kartice ili integrisan na matičnoj ploči. Prednost je što su ti diskovi standardni IDE, a odskora i SATA hard diskovi, a nedostatak je što bi svi hard diskovi trebalo da budu iste veličine, a poželjno je da budu i potpuno isti modeli. Sav dalji posao kontroler preuzima na sebe, tako da ostatak sistema ne vidi zasebne diskove, već samo jednu celinu. Kakva je to celina, zavisi od toga koji nivo (vrsta) RAID-a je izabran na kontroleru. Njih postoji mnogo (videti tekst u okviru), ali u praksi se koristi samo nekoliko. Isprobali smo više načina povezivanja u RAID, kako hardverskih tako i softverskih.

Hardverski

RAID kontroleri najčešće dolaze u vidu PCI kartice i mogu da podržavaju IDE ili SATA diskove. U zavisnosti od kontrolera, diskove je moguće priključiti preko nezavisnih kanala ili u master-slave kombinacijama. Kontroler može da ima i slot za keš memoriju u vidu SDRAM-a. Po uključivanju kompjutera i detektovanju hardvera, javlja se BIOS kontrolera u kojem se obavlja definicija RAID niza. Od same kartice zavisi koji RAID nivoi će biti podržani, ali se najčešće radi o nivoima RAID 0, 1 i 5. Može se pojaviti i režim rada JBOD (Just A Bunch Of Disks), u kojem svi diskovi rade potpuno nezavisno. Kada je RAID niz definisan, on se za ostatak sistema ponaša kao najobičniji hard disk, a na kontroleru je da se brine kako će se baviti podacima. Na takav disk je moguće instalirati i Windows „od nule”, samo što je u toku instalacije neophodno imati disketu sa drajverima za dotični kontroler, a kasnije se sistem bez problema podiže sa takvog „diska”.

Softverski

Za RAID vam ipak nije izričito neophodan poseban kontroler ako imate više diskova i Windows 2000 ili XP (ili noviji). U tom slučaju, softver odnosno Windows na sebe preuzima ulogu kontrolera i brine se o snimanju podataka ili njihovih delova na odvojene diskove. Razume se da to nije toliko efikasno kao hardversko rešenje, ali ipak sasvim dobro funkcioniše. Takvi diskovi se nazivaju dinamičkim diskovima i razlikuju se od običnih jer nisu čitljivi pod starijim operativnim sistemima i u određenim nivoima RAID-a sa njih nije moguće podići sistem.

RAID režimi (klik za uvećanje: GIF, 12 KB) RAID 0 je takozvani striped režim rada za koji je potrebno najmanje dva diska. Podaci se „cepaju” na delove (blokove) koji se snimaju na odvojene diskove. Na taj način se drastično ubrzava rad s podacima, kako kod čitanja tako i kod pisanja. Brzina rada je približno onoliko puta veća koliko diskova koristite. Naravno, što više diskova ima na jednom kontroleru, toliko i on ima više posla, pa zato ne možemo da govorimo o ubrzanju od tačno dva, tri ili četiri puta. Raspoloživ prostor predstavlja zbir veličine svih diskova povezanih u RAID. Ovaj nivo RAID-a se ne svrstava u „pravi” RAID zato što ne poseduje kontrolu grešaka, što mu je i glavni nedostatak. Zbog toga, otkazivanje jednog od diskova dovodi do gubitka svih podataka, a verovatnoća da se tako nešto desi je veća samim tim što je u upotrebi više diskova. Zato se RAID 0 ne koristi u uslovima u kojima je bitan integritet podataka, već samo tamo gde postoji potreba za velikim prostorom i brzinom. (klik za uvećanje: GIF, 22 KB) RAID 1 je tzv. mirroring i zahteva najmanje dva diska. Svaki disk ima svoje „ogledalo” na kojem se snimaju isti podaci. Iz toga je jasno da je prostor na disku, u stvari, veličina jednog diska, a brzina snimanja je jednaka brzini snimanja na jedan disk. Kod čitanja se, međutim, postiže duplo veća brzina jer se podaci (odnosno njihovi delovi) istovremeno čitaju s oba diska. Iako ovo na prvi pogled deluje neefikasno, ipak je jasno da je namena RAID-a 1 primena u sredinama gde su podaci izuzetno važni jer u trenutku otkazivanja jednog hard diska postoji identična kopija podataka na drugom disku. RAID 2 je jedan od nivoa RAID-a koji je ostao u domenu teorije. Podaci se dele po bitovima i zapisuju se na posebne diskove, ali se za svaki podatak izračunava i tzv. Hamingov kôd za korekciju grešaka koji se i sam deli na više diskova. Na taj način su moguće velike brzine čitanja i pisanja, a zahvaljujući kôdu, greške se „u letu” otkrivaju i ispravljaju. Za efikasan rad neophodna je i sinhronizacija diskova. Ovaj nivo RAID-a je izuzetno otporan na često javljanje grešaka i otkazivanje diskova, ali pošto se to kod savremenih diskova ne dešava, zbog prevelike cene implementacije on ne nalazi praktičnu primenu. (klik za uvećanje: GIF, 21 KB) RAID 3 je sličan RAID-u 2, ali za razliku od njega ima čestu primenu u praksi. Za realizaciju RAID-a 3 potrebna su najmanje tri hard diska. Podaci se dele i snimaju na odvojene diskove, ali se pri tom i izračunava parnost (parity) tih delova koja se snima na poseban disk. Zbog toga se postižu velike brzine pisanja i čitanja, kao i detekcija i ispravljanje grešaka. Slobodan prostor predstavlja zbir veličina diskova na koje se snimaju podaci (bez diska za snimanje parnosti). RAID 3 je otporan na otkazivanje jednog od diskova, pri čemu se podaci rekonstruišu na osnovu parnosti i podataka sa ostalih, ispravnih diskova. Nedostatak je što kod istovremenog pristupa više korisnika usko grlo predstavlja disk na kojem je parnost. RAID 4 je veoma sličan RAID-u 3 i zahteva isti broj diskova. Razlika je u tome što se podaci dele na blokove koji se zapisuju na odvojene diskove, a njihova parnost se zapisuje na poseban disk. Usko grlo je i ovde disk na kojem je parnost, a RAID 4 je spor i pri upisu i prilično neefikasan kod obnove oštećenih podataka, tako da se ne koristi u praksi. (klik za uvećanje: GIF, 26 KB) Umesto njega, mnogo češće se koristi njemu sličan RAID 5 koji takođe zahteva najmanje tri diska za implementaciju. Informacije se dele na blokove i generišu se podaci o parnosti, ali ovde ne postoji poseban disk za parnost, već se ona upisuje redom na svaki disk koji je povezan u RAID 5. Na ovaj način se izbegava usko grlo iz prethodna dva nivoa. Ovo je najprimenljiviji od svih RAID nivoa. RAID 6 je proširenje RAID-a 5 koje pruža dodatnu zaštitu od greške tako što se koristi tzv. dvodimenzionalna parnost. Pored već poznate parnosti blokova, izračunava se i parnost podataka po disku, a zatim se svaki od tih podatka zapisuje na drugi hard disk. Na ovaj način, RAID 6 može da izdrži istovremeno otkazivanje više diskova i zato se sreće retko, u situacijama u kojima je integritet podataka veoma, veoma bitan. RAID 7 je marketinški termin firme Storage Computer koji u stvari predstavlja RAID 4 sa keširanjem pisanja. Na taj način se postižu velike brzine upisa, ali isto tako postoji rizik od gubitka podataka iz keša u slučaju otkazivanja diska ili nestanka struje. (klik za uvećanje: GIF, 15 KB) RAID 10 pruža dobre brzine uz veliku pouzdanost i zahteva najmanje četiri diska. U isto vreme se kombinuje mirroring i striping odnosno RAID 1 i RAID 0, pa otud i oznaka 10. Podaci se „cepaju” i snimaju na odvojene diskove, a svaki od tih diskova ima svoju kopiju. Jasno, glavni nedostatak ovog sistema jeste cena. (klik za uvećanje: GIF, 18 KB) RAID 53 je, u stvari, kombinacija RAID-a 0 i RAID-a 3 i zahteva najmanje pet diskova. Ovaj nivo je organizovan kao RAID 0, s tim što segmenti nisu zasebni diskovi, već diskovi povezani u RAID 3. Ovaj nivo RAID-a još je skuplji od prethodnog. (klik za uvećanje: GIF, 13 KB) RAID 0+1 je veoma sličan RAID-u 10, s tim što se rasparčani podaci snimaju na RAID 0 granu, a u isto vreme se pravi kopija cele grane. Ako neki od diskova otkaže, ceo niz nastavlja da funkcioniše kao RAID 0 niz.

Dinamički diskovi se u praksi veoma lako prave. Na kompjuter treba priključiti dodatne hard diskove koji mogu biti i potpuno različiti, ali treba imati u vidu da se kao reper uzima manji i sporiji disk. Za bolje performanse se preporučuje priključivanje na odvojene grane. Ako diskovi nemaju definisane particije, odlazak u Disk Management pod Computer Managementom automatski aktivira čarobnjaka koji vas vodi korak po korak kroz proces prelaska na dinamičke diskove. Moguće je napraviti zasebne dinamičke diskove (nemaju ograničenja u broju particija), spojiti više diskova u jedan veliki (prosto povećanje prostora) ili ih povezati u RAID 0, RAID 1 ili RAID 5, pri čemu su poslednja dva moguća samo u serverskim verzijama Windowsa. Problem može da se javi kod diskova većih od 137 GB (odnosno 128 GB) jer Windows nije u stanju da pravilno prepozna diskove veće od tog kapaciteta. Tu grešku ispravljaju Service Pack 3 za Windows 2000 i Service Pack 1 za Windows XP. Brzina transfera koju smo izmerili sa dva diska vezana u RAID 0 bila je oko 57 MB/s (jedan takav disk postiže oko 30 MB/s).

U praksi

Zahvaljujući firmi Adacom probali smo nekoliko različitih Promiseovih RAID kontrolera, serversko kućište sa dvoprocesorskom Supermicro pločom koja ima integrisane RAID kontrolere, i dovoljno IDE i SATA diskova kako bi sve to proradilo.

Sa RAID kontrolerima koji su došli na PCI karticama prilično smo se namučili. Promiseovi kontroleri ostavljaju utisak „profesionalnih rešenja”, pre svega zahvaljujući isporučenoj opremi uz kontroler (Ultra ATA kablovi, račve za napajanje). Međutim, naterati ih da rade kako treba je posebna priča. Problem su nam pravili isporučeni drajveri, a kada je sve proradilo uz drajvere skinute sa sajta, postojale su pauze u radu (probano na nekoliko konfiguracija i operativnih sistema). Zbog toga protok od oko 92 MB/s sa četiri diska vezana u RAID 0 ne predstavlja realnu vrednost.

Naravno, zanimalo nas je kako će se sistem snaći kada jedan disk otkaže. Simulirali smo otkazivanje diska u RAID 5 lancu i sve je funkcionisalo besprekorno. Kontroler je prijavio problem s diskom i preporučio zamenu diska i obnavljanje lanca. Poruku smo ignorisali i nastavili s radom. Sistem se bez problema podigao, a performanse su ostale na pristojnom nivou (kontroler se sada bavi i rekonstrukcijom podataka). Naravno, u realnim uslovima odmah treba zameniti disk i rekonstruisati niz jer bi otkazivanje nekog od sledećih diskova dovelo do gubljenja podataka.

Integrisana varijanta na Supermicro ploči je namenjena SATA diskovima, s tim što se radi o dva kontrolera za po dva diska. Svaki od njih je nezavisan i ne mogu se međusobno povezati, pa su mogući jedino striping i mirroring (RAID 0 i 1). Međutim, trikom je moguće postići RAID 10 ili 1+0, tako što ćete hardverski RAID-ovane diskove (2+2) pod Windowsom pretvoriti u dinamičke diskove i međusobno ih povezati. Ovaj hardversko-softverski bućkuriš je radio prilično brzo, naravno ne tako brzo kao sama integrisana varijanta na ploči. Recimo, za dva diska hardverski vezana u RAID 0 izmerili smo transfer od oko 90 MB/s. Kada smo dva kompleta tako vezanih diskova pod Windowsom spojili u novi RAID 0 disk, postigli smo transfer od oko 130 MB/s. Integrisano rešenje nam se definitivno najviše dopalo, bilo je komfornije za rad od PCI parnjaka i imalo je najbolje performanse, ako izuzmemo nedostatak koji se ogleda u činjenici da se radi o dva nezavisna kontrolera.

Iako je u imenu RAID-a ranije stajala reč „jeftino”, svima je jasno da se ne radi o jeftinom rešenju za kućnu upotrebu. Pored visoke cene ozbiljnih kontrolera, jasno je da najveći udarac na džep predstavlja kupovina više hard diskova istog tipa. Međutim, za sredine kojima je RAID neophodan, bilo zbog brzine pristupa ili sigurnosti podataka, o ceni ovakvog rešenja nikako ne bi trebalo razmišljati.

Ivan ČABRILO