Что такое аппаратный RAID?

Аппаратный RAID — это разновидность RAID, при которой обработка выполняется на материнской плате или отдельной RAID-карте. В аппаратном RAID логические диски конфигурируются и зеркалируются вне системы хранения данных. Физический RAID-контроллер управляет массивом, представляя данные приложениям и операционным системам в виде логических единиц. Контроллер располагается на шине Peripheral Component Interconnect Express.

RAID — это технология, при которой данные распределяются между несколькими жесткими или твердотельными дисками для повышения пропускной способности системы и надежности системы. Эти диски настраиваются таким образом, чтобы либо распределять нагрузку между ними, либо дублировать данные для восстановления в случае отказа диска.

Впервые этот термин был предложен в 1987 году исследователями Дэвидом Паттерсоном и Рэнди Катцем из Калифорнийского университета в Беркли. Паттерсон также известен своим вкладом в разработку и развитие компьютеров с сокращенным набором инструкций.

RAID распределяет данные по нескольким дискам, балансируя чередующиеся операции ввода/вывода. Это повышает производительность, увеличивает среднее время наработки на отказ и повышает отказоустойчивость. RAID может быть в формате аппаратной или программной системы. Зеркалирование данных на кластерах дисков также улучшает коррекцию ошибок и повышает надежность данных, а также помогает гарантировать доступность системы.

Существует несколько уровней RAID, начиная с RAID 0 и заканчивая RAID 10. В случае отказа диска все уровни RAID обеспечивают автоматическое восстановление данных (за исключением RAID 0, который повышает производительность, но не защищает данные). Многие операционные системы (ОС) поддерживают конфигурации RAID, включая macOS, Windows, Linux и Oracle Solaris UNIX.

Аппаратный RAID

Аппаратная или программная реализация RAID позволяет достичь одной и той же цели — распределить данные между несколькими дисками. При аппаратном RAID контроллеры, независимые от ОС хоста, обычно управляют репликацией и распределением данных, поэтому не возникает дополнительных нагрузок, которые могли бы повлиять на производительность процессора сервера.

Автономные RAID-контроллеры оснащены собственным процессором и кэш-памятью. Таким образом, аппаратные RAID-устройства действуют как миниатюрные автономные компьютеры, которые помогают поддерживать производительность, но они являются более дорогим вариантом, чем создание RAID-массива на основе только программного обеспечения. Эти контроллеры устанавливаются в сервер и настраиваются через BIOS или Option ROM (микропрограмма, распознающая карту и инициализирующая ее) перед загрузкой ОС. Менее дорогой вариант — использование микросхемы RAID, встроенной в материнскую плату сервера.

RAID-контроллер или чип берет на себя все заботы по созданию и управлению RAID-массивами, освобождая ОС от этих обязанностей. Процессы управления массивом видны хост-компьютеру.

Различные уровни RAID используются для разных целей. Например, массив RAID 1 (зеркалирование дисков), в котором каждый байт данных на одном диске полностью дублируется на другом, обеспечивая полную избыточность данных, гарантирует, что система сможет загрузиться с нетронутыми данными. Однако требования RAID 1 к объему диска делают его непрактичным для защиты больших объемов данных. Другие уровни RAID, например RAID 5, более практичны для хранения больших объемов данных.

Основное различие между аппаратным и программным RAID заключается в том, где происходит обработка RAID. Программный RAID выполняет обработку на центральном процессоре хоста с помощью драйвера ОС или служебного программного обеспечения. Программное обеспечение встраивается в компьютерную систему и должно быть совместимо с ОС хоста.

Программный RAID

В отличие от этого, специализированный RAID-контроллер или чип управляет всеми дисками и RAID-массивами, не полагаясь на ресурсы сервера. Любые изменения, необходимые для дискового массива и RAID-контроллера, могут быть сделаны независимо от хост-системы и без ее влияния.

Как для аппаратного, так и для программного RAID все компоненты RAID должны быть настроены с учетом конкретных требований пользователя и необходимого уровня RAID. Это гарантирует, что RAID-массив сможет поддерживать требования пользователя к хранению данных. Емкость хранения можно увеличить, добавив дополнительные диски в массив хранения, защищенный RAID, как при использовании аппаратных, так и программных методов RAID.

Поскольку аппаратный RAID не использует процессор сервера, а также благодаря использованию отдельного RAID-контроллера или микросхемы, он обеспечивает более высокую производительность и быстрый доступ к данным, а также потенциально быстрое восстановление данных. Кроме того, он позволяет создавать загрузочные разделы и предоставляет больше вариантов конфигурации RAID (включая гибридные конфигурации). Кроме того, поскольку аппаратный RAID работает независимо от ОС, несколько ОС могут совместно использовать реализованный RAID. Такое совместное использование невозможно при использовании программного RAID.

Аппаратный RAID также поддерживает горячую замену дисков, что позволяет заменить вышедший из строя диск без отключения питания устройства и с минимальными нарушениями в работе системы хранения. Наконец, поскольку RAID напрямую взаимодействует с устройствами, он обеспечивает более эффективную обработку ошибок и восстановление данных.

В целом преимущества аппаратных RAID-массивов заключаются в следующем:

• Совместимость со многими ОС
• Снижение нагрузки на системы для защиты и восстановления данных
• Большая гибкость и разнообразие конфигурации, обеспечиваемые специальным RAID-контроллером или чипом
• Защита от повреждения и потери данных

Основным недостатком аппаратного RAID является его стоимость по сравнению с программным RAID и необходимость наличия сервера или системы хранения данных, способных вместить это устройство.

Если стоимость не является основным фактором, аппаратный RAID является лучшим выбором, когда требуется высокая производительность. Аппаратный RAID также лучше подходит для высокоуровневых реализаций RAID, включая гипервизоры и проприетарное ПО.