Softwarový RAID v Linuxu

Co je to RAID?

Redundant Array of Independent Disks (vícenásobné diskové pole nezávislých disků), nebo také Redundance Array of inexpensive Disks (vícenásobné pole levných disků) je způsob zapojení disků, které zabezpečuje oordinovanou práci dvou nebo více fyzických diskových jednotek. za účelem zvýšení buďvýkonu nebo odolnosti proti chybám nebo ztrátě dat.

Co znamená softwarový RAID?

Redundanci nezajišťuje hardwarový řadič ale softwarově operační systém. V našem případě kernel Linuxu.

Typy RAIDu

RAID 0

2 typy: zřetězení, prokládání striping

1. zřetězení: data jsou postupně ukládána na několik disků. Jakmile se zaplní první, ukládá se na druhý, poté na třetí atd. Výhodou je, že získáme velký logický disk, nevýhodou, že data nejsou po pádu jednoho disku obnovitelná. Bývá též označováno jako JBOD.

2. prokládání: data jsou ukládána na disky prokládaně. To znamená, že soubor je rozdělen na menší části (bloky) a každá část je ukládána střídavě na všechny disky. Diskové pole se tak opět jeví jako jeden velký disk. Není odolný vůči chybám. Porucha jednoho disku znamená ztrátu všech dat v diskovém poli, protože jeden soubor je na více fyzických discích. Výrazně se ale zvyšuje rychlost čtení, protože čteme zároveň z několika disků najednou. Zato zápis může být pomalejší, protože se ukládají stejná data na dva disky.

RAID 1 (zrcadlení)

Nejjednodužší ale poměrně efektivní ochrana dat. Provádí se zrcadlení (mirroring) obsahu disků. Obsah se současně zaznamenává na dva disky. V případě výpadku jednoho disku se pracuje s kopií, která je ihned k dispozici. Podobná technika může být uplatněna o úroveň výše, kdy jsou použity dva samostatné řadiče. Tato technika se nazývá duplexing a je odolná i proti výpadku řadiče. Obě techniky buď nemění nebo snižují rychlost, ale výrazně zvyšují bezpečnost dat proti ztrátě způsobené poruchou hardware. Nevýhodou je potřeba dvojnásobné diskové kapacity.

* Pole RAID 0-1 (stripování) je kombinací RAID 0 a RAID 1. Data uložíme prokládaně (stripováním) na dva disky(A, B), poté totéž uděláme s dalšími dvěma disky(C, D). Získáme tak dva logické disky AB, CD, které mají redundantní obsah. (Máme-li soubor, který se při stripování rozdělí na dvě poloviny, první část souboru máme na disku A a C, druhou na disku B a D) Výhodou tohoto způsobu je, že nejen rozkládáme zátěž mezi více disků při čtení a zápisu a data jsou uložena redundantně, takže se dají po chybě snadno obnovit. Mezi nevýhody patří využití pouze 50 % celkové diskové kapacity, a při výpadku jednoho ze čtyř disků ztrácíme redundantnost dat.

* Pole RAID 1-0 (stripování) je opět kombinací RAID 0 a RAID 1, ale postupujeme obráceně. Nejdříve uložíme stejná data na disk A, B, poté na disk C, D. Získáme tak dva logické disky AB, CD, na nichž jsou data uložena stripovaně. (Máme-li soubor, který se při stripování rozdělí na dvě poloviny, první část souboru je na disku A a B, druhá část je na disku C a D, narozdíl od RAID 0-1) Výhody jsou podobné RAID 0-1, navíc je RAID 1-0 odolnější proti výpadku více disků a po chybě je obnova dat mnohem rychlejší. Nevýhodou je opět využití pouze 50 % kapacity.

RAID 2

Je složitější verze RAID 3, kde jsou data po bitech stripována mezi jednotlivé disky. Data jsou zabezpečena pomocí tzv. Hammingova kódu. Počet redundantních disku je úměrný počtu datových disků. Výhodou je zkrácení doby odpovědi při dlouhých přístupech na disk (spouštění paralelně), nevýhodou je malá propustnost a využití jen 50 % diskové kapacity.Omezené praktické využití.

RAID 3

Je použito N+1 stejných disků. Na N disků jsou ukládána data a na poslední disk je uložen exkluzivní součin (parita) těchto dat. Při výpadku paritního disku jsou data zachována, při výpadku libovolného jiného disku je možno z ostatních disků spolu s paritním diskem ztracená data zrekonstruovat. Výhodou je potřeba jen jednoho disku navíc, navíc se zkracuje doba odpovědi stejně jako u RAID 2. Nevýhoda je, že paritní disk je takzvaný bottle neck, neboli problémové místo systému, a je vytížen při zápisu na jakýkoliv jiný disk.Omezené praktické využití.

RAID 4

Disky jsou stripovány po blocích, ne po bitech a parita je na paritním disku opět ukládána po blocích. Výhody a nevýhody stejné, jako u RAID 3. Omezené praktické využití.

RAID 5

Velmi podobné RAID 3, ale odstraňuje problém s přetíženým paritním diskem, neboť jsou paritní data uložena střídavě na všech discích a ne pouze na jednom. Výhodou je, že jen jeden disk (i když pokaždé jiný) obsahuje redundantní informace a opět se dá využít paralelního přístupu k diskům, čímž se zkrátí doba odpovědi. Nevýhodou RAID 5 je ale pomalejší zápis. V současnosti běžně využíváno. Pole funguje při havárii jednoho disku.

RAID 6

Obdoba RAID 5, používá dva paritní disky, přičemž na každém z nich je parita vypočtena jiným způsobem. Opět kvůli přetížení paritních disků jsou paritní data uložena střídavě na všech discích. Výhodou je odolnost proti výpadku dvou disků. Rychlost čtení je srovnatelná s RAID 5, ale zápis je pomalejší než u RAID 5, právě díky výpočtu dvou sad paritních informací.

Podpora v Linuxu

• Podpora je přímo v kernelu. Konkrétně moduly linear, raid0, raid1, raid4, raid5, raid6, raid10

• Program mdadm, který se používá pro vytváření RAID zařízení a pro monitoring běžícího pole.

• Linux má pro RAID partition type "fd" (Linux raid autodetect)

• HOWTO Install on Software RAID
  http://gentoo-wiki.com/HOWTO_Gentoo_Install_on_Software_RAID
• HOWTO Migrate To RAID
  http://gentoo-wiki.com/HOWTO_Migrate_To_RAID
• RAID
  http://cs.wikipedia.org/wiki/RAID