Vad är RAID? Avslöjar för- och nackdelarna med 15 RAID-konfigurationer!

Lagringsutrymme är avgörande med den ökande mängden data. Numera kan AAA-spel kräva hundratals gigabyte lagringsutrymme, medan en Blu-ray 4K HD-film kan nå 70/80 gigabyte. Även HDR-bilder och videor vi tar med våra mobiltelefoner tar upp mycket lagringsutrymme.

Vi köper vanligtvis en hårddisk när vårt lagringsutrymme inte räcker till. Vi kan dock stöta på problem med hårddiskpartitioner när det finns mer än en hårddisk. För viktig data kan vi behöva manuellt säkerhetskopiera filer till en annan hårddisk för att öka datasäkerheten.

Så, hur kan vi utnyttja flera hårddiskar? RAID låter oss använda flera hårddiskar för att öka lagringskapaciteten och datasäkerheten.

Vad är RAID?

Föreslagen av prof. D.A. Patterson i Berkeley, Kalifornien år 1988, RAID (redundant array of inexpensive disks) är känd som redundant array of independent disks.

RAID är kombinationen av flera oberoende diskar till en diskgrupp med stor kapacitet, där enskilda diskar används för att tillhandahålla data som genereras genom additiva effekter för att förbättra prestandan för hela disksystemet, och för att lagra redundanta data för att öka dess feltolerans.

Kort sagt har den många fördelar eftersom den kombinerar flera oberoende hårddiskar till en hårddiskgrupp med stor kapacitet för att avsevärt öka läs- och skrivhastigheterna med dataskyddsfunktioner.

RAID har olika nivåer och variationer, inklusive RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5, RAID 6, RAID F1, RAIDZ, JBOD, SHR, SHR2 och hybrid-RAID.

Bild från www.ufsexplorer.com

Typer av RAID (Fysiska RAID-konfigurationer)

RAID kan delas in i två huvudtyper -- hårdvaru-RAID och mjukvaru-RAID.

Hårdvaru-RAID

Hårdvaru-RAID finns i två former. Ett externt RAID-kabinett är särskilt dyrt och används vanligtvis för företagslagring. En annan form är att lägga till ett RAID-kontrollerkort till datorn.

Bild från Wikipedia

RAID-kontrollerkort erbjuder högre hastigheter och större stabilitet tack vare cachen på kortet, vilket kan förbättra läs- och skrivhastigheterna. Stabiliteten förbättras eftersom de högkvalitativa styrkorten är utrustade med batterier. Styrkortets batteri kan säkerställa att data skrivs till hårddisken innan den förlorar ström, vilket ger datasäkerhet. Nya styrkort är dyrare än gamla kort, vilka är lämpliga för dem med en begränsad budget.

Bild från Wikipedia

Trots de många fördelarna med hårdvaru-RAID är en potentiell fallgrop vi måste undvika RAID-funktionen som följer med ett moderkort. Detta beror på att arrayen kan gå förlorad vid problem med moderkortet, såsom misslyckad överklockning eller ett dött batteri. RAID som följer med ett moderkort är inte ens i närheten av den andra typen av RAID - mjukvaru-RAID.

Programvaru-RAID

Programvaru-RAID är användningen av programvara för att simulera RAID. Tidiga RAID-versioner är inte särskilt stabila, och hastigheten är inte lika snabb som hårdvaru-RAID. Det finns dock inte längre ett stort prestandaskillnad mellan programvaru-RAID och hårdvaru-RAID med kontinuerlig optimering av tekniken. Programvaru-RAID är ett vanligt val i många NAS-enheter för hemmabruk. Klicka för att läsa mer: vad är nas-lagring?

RAID-nivåer

RAID-nivån börjar på 0 och går hela vägen upp till 7. Låt oss börja med RAID 0. Föreställ dig hårddiskar som hinkar och läs-/skrivoperationer som processen att fylla dessa hinkar med vatten. Denna analogi gör det lättare att förstå RAID.

Vad är RAID 0

Korta fakta om RAID 0
Fördelar: Snabba läs-/skrivhastigheter (inga slumpmässiga läs-/skrivhastigheter); utnyttjar allt hårddiskutrymme
Nackdelar: Inget dataskydd
Dricks: RAID 0 kan inte användas för att lagra viktig data

Läs-/skrivhastigheten begränsas av hårddiskens gränssnitt när det bara finns en hårddisk, ungefär som storleken på en hink som begränsar hastigheten för att fylla vatten. Du kan fylla vatten i båda hinkarna samtidigt, och läs-/skrivhastigheten är dubbelt så snabb som en enda hårddisk. Detta är RAID 0-lagringsnivån.

RAID 0 kombinerar två eller flera diskar till en stor logisk disk med en total kapacitet motsvarande alla hårddiskars kapacitet. När data skrivs segmenteras den och lagras på separata diskar, vilket gör att flera diskar kan hantera läs- och skrivoperationer samtidigt.

RAID 0 har en stor nackdel trots att den har den snabbaste hastigheten och största kapaciteten. Dess utmärkta hastighet resulterar i bristande redundans och feltolerans. All data kommer att gå förlorad och vara oåterställbar om en av hårddiskarna i arrayen skadas. Eftersom data lagras i segment kommer skador på någon av hårddiskarna att resultera i ofullständig dataåterställning. Därför rekommenderas det inte att använda RAID 0 för att lagra viktig data.

Bild från Wikipedia

Vad är RAID 1

Korta fakta om RAID 1
Fördelar: Hög säkerhet, ingen dataförlust även om en av diskarna skadas
Nackdelar: Låg diskutnyttjande, ingen ökning av skrivhastigheter

Vilken RAID är lämplig för att lagra viktig data? RAID 1 är det säkraste alternativet och använder två speglade hårddiskar för att lagra samma data på varje disk. All data kan läsas så länge en av hårddiskarna i arrayen inte är skadad. RAID 1 har samma läshastighet som RAID 0, men läshastigheten kan öka om flera hårddiskar används. Skrivhastigheten är dock densamma som för en enda hårddisk och kan inte ökas.

En skadad hårddisk i RAID 1 kan kopplas bort och arrayen återställer automatiskt data till den nyligen isatta hårddisken, en process som kallas ombyggnad av arrayen.

Problemet med RAID 1 är det relativt låga pris-prestanda-förhållandet.. Även om du använder 100 hårddiskar i RAID 1, motsvarar den slutliga kapaciteten bara kapaciteten för en hårddisk. Om storleken på varje hårddisk är olika, kommer den slutliga kapaciteten att baseras på kapaciteten för den minsta hårddisken. Den totala utnyttjandegraden för RAID 1 är den lägsta bland alla RAID-nivåer. RAID 0 och RAID 1 kan betraktas som två ytterligheter, där RAID 0 erbjuder ultrasnabba hastigheter medan RAID 1 är ultrasäker.

Du kan överväga RAID 2, 3, 4, 5 eller 6 om du vill öka kapaciteten och säkerheten, men inte är orolig för hastighet.

Bild från Wikipedia

RAID 2/RAID 3/RAID 4 (Sällan använda RAID-nivåer)

RAID 2, 3 och 4 utformades för specifika applikationer, men de används sällan och många styrkort stöder inte dessa nivåer på grund av olika brister.

Vad är RAID 2

RAID 2 kräver minst tre hårddiskar. Vid läsning och skrivning av data är det nödvändigt att koda datan i realtid och skriva den segmenterade datan till olika hårddiskar. Den totala mängden data som erhålls kommer att vara större än originaldata. Dessutom kräver RAID 2 kontrollsummor i realtid under läs-/skrivoperationer. Hårdvarukostnaden är högre eftersom den använda kontrollsummealgoritmen är mer komplex.

Vad är RAID 3

RAID 3 kräver minst tre hårddiskar och har relativt låg hårdvarubelastning på grund av enklare algoritmer. Under läs- och skrivoperationer skrivs data till olika hårddiskar i segment, medan kontrollsummor lagras separat på en annan hårddisk. Dock måste kontrollsumman för en disk nås för varje läs- och skrivoperation eftersom den lätt skadas under hög belastning under en längre period. Data kan inte återställas när kontrollsumman för en disk är skadad.

Bild från Wikipedia

Vad är RAID 4

RAID 4 liknar RAID 3, men data är segmenterade på ett annat sätt. RAID 4 lagrar också paritetsdata på en separat hårddisk. Till skillnad från RAID 3 är RAID 4 segmenterad av datablock, vars storlek bestäms av systemet och vanligtvis är mycket större än en bit. Således kommer skrivning av små filer att gå snabbare i RAID 4 än i RAID 3. Sannolikheten för dataåterställning på en skadad disk utan kontrollsumma är dock lägre än i RAID 3. Varken RAID 3 eller RAID 4 kan återställa data när kontrollsumman på en disk är skadad.

Bild från Wikipedia

Vad är RAID 5 (vanligtvis använt)

RAID 5 liknar RAID 3, förutom att RAID 3 lagrar paritetsdata på en enda hårddisk, medan RAID 5 sprider paritetsdata över hårddiskar. Data på andra hårddiskar och kontrollsumma kan samarbeta för dataåterställning när en hårddisk är skadad, till skillnad från i RAID 3 där en skadad kontrollsumma orsakar att hela arrayen slutar fungera.

Bild från Wikipedia

RAID 5 kräver minst tre hårddiskar. En tredjedel av utrymmet används för att lagra redundant information, eller kontrollsumma, medan två tredjedelar används för att lagra rådata. Läshastigheten för RAID 5 liknar den för RAID 0, men skrivhastigheten kanske inte är lika snabb som RAID 0. Data och kontrollsummor på de andra hårddiskarna kan dock användas för att uppnå fullständig dataåterställning även om en av hårddiskarna i arrayen är skadad, eftersom en tredjedel av utrymmet används för att lagra kontrollsummor. Därför är RAID 5 säkrare än RAID 0.

I en företagsmiljö överväger filservern ofta RAID 5 som ett alternativ för sitt lagringssystem. Filserver är den centrala lagringsplatsen för alla företagets delade filer, såsom affärsdokument, finansiella rapporter och projektfiler. Den måste säkerställa att dessa filer alltid är tillgängliga för behöriga anställda. RAID 5:s förmåga att återställa från ett enda diskfel gör det till ett attraktivt val för filservern. När en hårddisk går sönder i filserverns RAID 5-array kan servern fortsätta att fungera och ge åtkomst till de flesta filerna medan arrayen återuppbyggs.

RAID 5 har högre säkerhet, men det har också nackdelar. För det första är det mycket låg sannolikhet att en mekanisk hårddisk stöter på ett oåterkalleligt läsfel (URE) vid läsning av data, vilket kan inträffa en gång per 12 TB data. Det krävs bara ett URE-fel för att RAID 5 ska tro att det är något fel med datan, och sedan börjar den bygga om arrayen.

Flera ombyggnader kan göra att hårddiskarna arbetar under hög belastning under långa perioder. Om diskarna köptes samtidigt och en disk går sönder, kan tillståndet för de andra diskarna också bli instabilt, vilket leder till ytterligare skador på disken.

Eftersom RAID 5 bara tillåter att en hårddisk skadas, kommer data inte att sparas om en annan hårddisk skadas under återuppbyggnadsprocessen. Det rekommenderas inte att använda RAID 5, eftersom det har en låg framgångsgrad vid återuppbyggnad av arrayer och dålig säkerhet jämfört med RAID 6.

RAID-nivåer är en viktig faktor när man väljer en lagringslösning. För NAS-enheter, oavsett om det är en konfiguration med 2 eller 4 fack, måste lämplig RAID-konfiguration beaktas. Att förstå dessa viktiga faktorer hjälper dig att fatta ett välgrundat beslut. Utforska detaljerna om NAS-lagringsalternativ med 2 och 4 fack.

Vad är RAID F1 (mindre vanligt)

RAID F1 har en arraylayout baserad på RAID 5 och är utformad för SSD-diskar (solid-state drives). RAID F1 är optimerad för SSD-skrivslitage och lagrar kontrollsummor i en SSD för att minimera mängden skrivningar till andra SSD-diskar. Systemet stöder automatisk dataöverföring när SSD:n närmar sig sin skrivgräns. RAID F1 är dock vanligtvis inte tillgängligt för allmänheten på grund av höga SSD-priser.

Vad är RAID 6 (vanligtvis använt)

RAID 6 och RAID 5 är två vanliga RAID-nivåer. Jämfört med RAID 5 lägger RAID 6 till redundant hårddiskutrymme för paritetsdata och kräver minst fyra hårddiskar.

RAID 6 har hög datasäkerhet eftersom två olika kontrollsummealgoritmer används, vilket säkerställer fullständig dataåterställning även när två hårddiskar är skadade. I jämförelse är RAID 5 mindre säker. Antalet kontrollsummor i RAID 6 är dock dubbelt så stort som i RAID 5 eftersom den förra använder två kontrollsummealgoritmer som är mer beräkningsintensiva. Det betyder att RAID 6 inte kan läsa eller skriva lika snabbt som RAID 5.

Bild från Wikipedia

Hybrid RAID

Om du inte är nöjd med RAID 0 till 6 och vill veta om det finns några RAID-typer som har fördelarna med alla nivåer, läs vidare för att lära dig mer om hybrid RAID.

RAID 10

RAID 10 är den vanligaste hybrid-RAID-lösningen. Genom att kombinera RAID 1- och RAID 0-lägena säkerställer RAID 10 datasäkerhet och ökar läs- och skrivhastigheterna dramatiskt, men den tillgängliga kapaciteten är bara hälften av den totala kapaciteten.

RAID 10 kräver minst fyra hårddiskar, varav två kommer att användas för att bilda RAID 1, och ytterligare två kommer att användas för att bilda RAID 0.

RAID 50 och RAID 60

Förutom RAID 10 finns det RAID 50- och RAID 60-arrayer. RAID 50 är en kombination av RAID 5 och RAID 0, som använder RAID 5 för att lagra data och paritetsinformation på flera hårddiskar, och kombinerar dessa hårddiskar för att bilda ett stort striped-lagringsutrymme med hjälp av RAID 0, vilket ökar lagringskapaciteten och läs-/skrivprestanda. RAID 60 är en kombination av RAID 6 och RAID 0, och använder en liknande metod för att öka lagringskapaciteten och läs-/skrivprestanda samtidigt som den ger bättre dataredundans och säkerhet.

JBOD (Ovanligt)

JBOD, som står för "bara en bunch of disks", använder en speciell datalagringsmodell. I JBOD lagras data sekventiellt på diskar, med början från den första disken. Endast en stor partition som innehåller alla hårddiskars kapacitet är synlig i systemet. Data kommer dock att vara oåtkomliga om någon av hårddiskarna går sönder. Ännu värre är att hela arrayen går sönder om den första hårddisken skadas eftersom den är den enda lagringsplatsen för datasegmentering.

Fördelen med JBOD är att den behandlar flera hårddiskar som en helhet, med diskarnas totala kapacitet tillgänglig för användning. Dessutom används endast en enhet per skrivoperation. Det innebär att de andra enheterna är inaktiva under läs- och skrivoperationer och överanvändning orsakar inte skador. JBOD har dock betydande nackdelar. Dess datasäkerhet är relativt låg, eftersom fel på vilken hårddisk som helst kan leda till dataförlust. För det andra har läs- och skrivhastigheterna ännu inte förbättrats och förblir desamma som för en enda hårddisk. Därför rekommenderas inte JBOD för applikationer som kräver hög datasäkerhet och läs-/skrivprestanda.

Oöverträffad (ovanlig)

Unraid är ett Linux-baserat operativsystem liknande JBOD och stöder dataredundans. I Unraid kan en eller två hårddiskar konfigureras för dataverifiering. En större kapacitet krävs för att återställa data om en eller två hårddiskar går sönder.

Unraid erbjuder bekväm kapacitetsutökning, eftersom användare bara behöver sätta in en ny hårddisk i systemet för att utöka lagringsutrymmet. Även om mer än en hårddisk går sönder, kommer endast data på den skadade hårddisken att gå förlorade. De andra diskarna i arrayen kan fortfarande fungera normalt.

Unraid har dock två stora nackdelar som begränsar dess användning. För det första är det avgiftsbelagt, priserna varierar från 59-129, vilket är relativt billigt. I likhet med JBOD har Unraid lägre skrivhastigheter eftersom den extra kontrollsummeoperationen ökar skrivtiden. Faktum är att Unraids skrivhastigheter till och med kan vara långsammare än JBOD, den långsammaste av alla arrayer.

Unraid erbjuder dock mycket lagringsutrymme, vilket gör det idealiskt för användare som inte kräver hög prestanda.

SHR (Synology Hybrid RAID)

Synology Hybrid RAID (SHR) är ett unikt arrayläge, främst för nya användare som inte vet något om arrayer. SHR kan automatiskt avgöra och använda lämpligt RAID-läge beroende på antalet och kapaciteten hos hårddiskar.

I SHR används som standard kapaciteten på en hårddisk för att lagra verifieringsdata. Om varje hårddisk har samma kapacitet och när endast en hårddisk används, motsvarar SHR en vanlig hårddisk utan dataskydd. När två hårddiskar används använder SHR ett läge som liknar RAID 1. SHR liknar RAID 5 när tre hårddiskar används. SHR 2 lagrar kontrollsummor på två hårddiskar och kräver fyra hårddiskar, ungefär som RAID 6.

SHR gör det enkelt att uppgradera en till två redundanta diskmatriser, vilket ger mer flexibilitet än konventionell RAID. Dataåterställning kan dock bara göras i GroupHi eftersom SHR är ett dedikerat läge för GroupHi. Specialiserad programvara behövs för dataåterställning eftersom hårddiskar som används i andra datorer kanske inte kan läsa data direkt. Sådan programvara har dock vissa begränsningar för dataåterställning.

RAID Z

RAID Z är en programvaru-RAID baserad på ZFS-systemet. ZFS är ett 128-bitars filsystem som stöder avancerade funktioner, inklusive:

• Möjligheten att skapa lagringsutrymme över flera hårddiskar
• Överskrivna filer kan fortfarande hämtas
• Ögonblicksbilder bevarar originalsystemfiler samtidigt som de spårar ändringar (kraftfull ögonblicksbildsfunktion)
• Kontrollsummor korrigerar automatiskt fel vid läsning av data

RAID Z är en av funktionerna i ZFS, där ytterligare programvara eller hårdvara inte behövs för att realisera RAID. Det finns tre typer av RAID Z: RAID Z1, RAID Z2 och RAID Z3.

• RAID Z1: I likhet med RAID 5 används två hårddiskar för datalagring och en disk används för att köra en diskkontroll;
• RAID Z2: I likhet med RAID 6 används två hårddiskar för att lagra data och två paritetsenheter;
• RAID Z3: Erbjuder högsta säkerhetsnivå, med två hårddiskar för datalagring och tre paritetsenheter.

Tillsammans med funktionerna i ZFS är RAID Z ett utmärkt alternativ. RAID Z har dock också vissa nackdelar, inklusive hög minnesanvändning. ZFS behöver använda mycket minne för cachning, varje T utrymme bör bäst motsvara 1 GB minne, annars påverkas prestandan. Det rekommenderas att börja med minst 8 GB. Det är också viktigt att använda felkorrigeringsminne, annars leder det till låg sannolikhet för datafel.

Den andra nackdelen är att utöka kapaciteten.En ytterligare grupp på upp till sex hårddiskar behöver läggas till om en tredje hårddisk har formats till RAID Z1. Det är inte lika bekvämt som RAID 5 och RAID 6, där en ny hårddisk kan användas för att utöka kapaciteten.

Slutord

I den här artikeln beskriver vi konceptet med RAID, samt fördelarna och nackdelarna med 15 olika RAID-nivåer. Att förstå egenskaperna hos olika RAID-nivåer gör det möjligt för användare att välja en lagringslösning som passar deras behov och förbättrar datasäkerhet och tillförlitlighet.