Типы жестких дисков, уровней RAID и контролеров RAID на серверах Dell PowerEdge и блейд-серверах

Содержание:

1. Типы жестких дисков
2. Что такое RAID?
3. Имеющиеся решения RAID
4. Анализ конфигурации
   
    

Типы жестких дисков

Контроллер Dell PERC (PowerEdge RAID Controller) и другие могут работать с самыми разными типами жестких дисков. Серверы Dell девятого и следующих поколений используют четыре основных типа жестких дисков. Существуют определенные ограничения конфигурации, и необходимо проверить конкретные параметры для типа используемого контроллера. Кроме того, конфигурация RAID должна состоять из дисков одного типа. Существуют также различные стандарты интерфейсов, обозначаемые как SATA 1, 2 и 3. Иногда они обозначаются как 3 Гбит/с и 6 Гбит/с. Для получения максимальной скорости скорость передачи данных для жесткого диска, распределительной платы, кабелей и контроллера должна поддерживать задатую скорость. В большинстве случаев устройство с более высокой скоростью передачи совместимо с более медленными устройствами. Например, подключение жесткого диска со скоростью передачи данных 6 Гбит/с к системной плате со скоростью 3 Гбит/с даст результирующую скорость 3 Гбит/с.

 

1. Serial ATA (SATA). Накопители SATA являются базовыми жесткими дисками для серверов Dell PowerEdge. Последовательный интерфейс ATA был разработан на замену устаревшему параллельному интерфейсу ATA (PATA) (часто называемому старой аббревиатурой IDE). Он обеспечивал следующие преимущества: меньшую стоимость кабеля (7 жил вместо 40), возможность горячей замены, более быструю передачу данных благодаря повышенной скорости передачи сигнала и более эффективную передачу данных по протоколу с очередями сообщений. В системах без контроллера такие устройства могут соединяться напрямую, не требуя специальных разъемов SATA на материнской плате. На малых серверах с контроллерами они так же могут быть соединены кабелем, поскольку у таких систем нет объединительной платы. Соединенные кабелем жесткие диски не поддерживают функцию горячей замены.
   
    
2. Near-Line SAS. Near-Line SAS — это накопители SATA для больших предприятий с головками, носителем и скоростью вращения, соответствующим традиционным промышленным дискам SATA, и интерфейсом со всеми классическими функциями SAS. Это обеспечивает повышенные по сравнению с SATA быстродействие и надежность. По сути это гибрид SATA и SAS.
   
    
3. Serial Attached SCSI (SAS). SAS — это протокол обменов для дисков и ленточных носителей для больших предприятий. SAS — это двухточечный последовательный протокол, заменяющий устаревшую технологию параллельной шины SCSI. Он использует стандартный набор команд SCSI. Эти диски имеют большее число контактов по сравнению с SATA. Они показывают максимальную производительность для электромеханических дисков.
   
    
4. Твердотельные накопители (SSD). SSD — устройство постоянного хранения данных, основанное на использовании наборов микросхем. Технология SSD использует электронные интерфейсы ввода-вывода, совместимые с традиционными жесткими дисками. Носители SSD не имеют движущихся механических компонентов, что принципиально отличает их от традиционных магнитных жестких дисков, которые представляют собой электромеханические устройства, содержащие вращающиеся диски и перемещающиеся головки для чтения и записи. По сравнению с электромеханическими дисками носители SSD обычно менее чувствительны к механическим воздействиям, не издают звуков и показывают меньшее время доступа и реакции. Благодаря таким характеристикам, SSD-диски являются самыми быстрыми носителями на сегодняшнем рынке в категории устройств со стандартным форм-фактором жесткого диска.
   
    

В начало

---

Что такое RAID?

RAID — это группа из нескольких независимых физических дисков, которая обеспечивает высокую производительность за счет увеличения числа дисков, используемых для хранения и доступа к данным. Дисковая подсистема RAID повышает производительность системы ввода-вывода и доступность данных. Хост-система работает с группой физических дисков как с одной единицей хранения или как с несколькими логическими устройствами. Поскольку доступ к нескольким накопителей осуществляется одновременно, скорость обработки данных повышается. Системы RAID также увеличивают доступность и отказоустойчивость хранения данных. Потерянные данные с поврежденного физического диска можно восстановить с других оставшихся физических дисков, содержащих данные или биты четности. RAID не является решением для резервного копирования. Эта технология не может заменить хорошее решение для резервного копирования для обеспечения сохранности и безопасности данных.
 

Различные уровни RAID:

• RAID 0 использует расщепление дисков с целью обеспечения высокой пропускной способности, особенно для больших файлов, в вычислительной среде без требования избыточности данных.
• RAID 1 использует зеркалирование дисков; в результате данные, записываемые на один физический диск, одновременно записываются и на другой диск. RAID 1 подходит для небольших баз данных или других приложений, для которых требуется небольшая емкость и при этом полная избыточность данных.
• RAID 5 использует расщепление дисков и биты четности на всех физических дисках (распределенная четность) для обеспечения высокой пропускной способности и избыточности данных, особенно для сокращения времени случайного доступа к данным.
• RAID 6 представляет собой расширение RAID 5 и использует дополнительный блок битов четности. RAID 6 использует расщепление на уровне блоков и два распределенных по всем дискам блока битов четности. RAID 6 обеспечивает защиту от двойных отказов диска и от отказов, возникающих в процессе восстановления отдельного диска. Если используется только один массив, то применение RAID 6 эффективнее применения диска горячего резервирования.
• RAID 10, комбинация RAID 0 и RAID 1, использует расщепление дисков, примененное к зеркалированным дискам. Это обеспечивает высокую пропускную способность и полную избыточность данных. RAID 10 может поддерживать до восьми объединений и до 32 физических дисков на одно объединение.
• RAID 50 является комбинацией RAID 0 и RAID 5, в которой массив RAID 0 расщепляется по элементам RAID 5. Для RAID 50 требуется, по меньшей мере, шесть дисков.
• RAID 60 является комбинацией RAID 0 и RAID 6, в которой массив RAID 0 расщепляется по элементам RAID 6. Для RAID 60 требуется, по меньшей мере, шесть дисков.

Терминология RAID
 

• RAID 0:  RAID 0 позволяет записывать данные на несколько физических дисков, а не только на один. В конфигурации RAID 0 пространство хранения каждого физического диска разбивается на полосы размером 64 КБ. Такие полосы чередуются последовательным образом. Часть полосы, принадлежащая одному физическому накопителю, называется элементом полосы. Например, в системе из четырех дисков, использующей только RAID 0, сегмент 1 записан на диск 1, сегмент 2 записан на диск 2 и так далее. RAID 0 повышает производительность благодаря одновременному доступу к нескольким физическим дискам, но не обеспечивает избыточность данных. (Рис. 1 (только на английском языке)). 

  
Рис. 1. Отказоустойчивость RAID 0

 — нет
Преимущества — повышенная производительность, дополнительное хранилище
Недостатки — не следует использовать для критически важных данных, так как при сбое любого диска данные будут потеряны.


 

RAID 1

В конфигурации RAID 1 данные, записанные на одном диске, одновременной записываются на другой. В случае отказа одного накопителя содержимое другого диска может быть использовано для запуска системы и перестройки отказавшего физического накопителя. Основное преимущество RAID 1 заключается в обеспечении 100-процентной избыточности данных. Так как содержимое одного диска целиком записано на втором диске, сбой одного из дисков останется без последствий. В любой момент времени оба диска содержат одинаковый набор данных. Физические обмены могут производиться с любым из дисков (Рис. 2 (только на английском языке)).

Примечание. Зеркалированные физические диски повышают производительность считывания за счет балансировки нагрузки.

 
Рис. 2. RAID 1

Отказоустойчивость — ошибки диска, сбой одного диска
Преимущества — высокая производительность считывания, быстрое восстановление после сбоя диска, избыточность данных
Недостатки — высокие издержки на диски, ограниченная емкость

 

RAID 5 и 6

Биты четности — это избыточные данные, которые генерируются с целью обеспечения отказоустойчивости в пределах конкретных уровней RAID. В случае отказа диска биты четности могут использоваться контроллером для восстановления пользовательских данных. Биты четности создаются для RAID 5, 6, 50 и 60. Биты четности распределяются по всем физическим дискам в системе. Если один из дисков выйдет из строя, его можно будет перестроить при помощи битов четности и сведений, сохраненных на оставшихся физических дисках. RAID 5 сочетает распределенную четность с расщеплением дисков (Рис. 3 (только на английском языке)). Биты четности обеспечивают избыточность данных для одного отказа физического диска без дублирования содержания физических дисков.  RAID 6 сочетает двойную распределенную четность с расщеплением дисков (Рис. 4 (только на английском языке)). Этот уровень битов четности позволяет ликвидировать два отказа диска без дублирования содержания физических дисков.
 
RAID 5
 
Рис. 3. RAID 5

Отказоустойчивость — ошибки диска, сбои одного диска
Преимущества — эффективное использование емкости накопителя, высокая производительность считывания, производительность записи выше средней
Недостатки — средняя степень влияния сбоя диска, более длительное восстановление из-за повторного расчета битов четности


 
RAID 6
 
Рис. 4. RAID 6

Отказоустойчивость — ошибки диска, сбои двух дисков
Преимущества — избыточность данных, высокая производительность считывания
Недостатки — снижение производительности записи из-за двойных расчетов битов четности, дополнительные затраты из-за эквивалента двух дисков, выделенных для битов четности




 
RAID 10.  Для конфигурации RAID 10 требуется как минимум два набора зеркалированных дисков, работающих совместно. Несколько наборов RAID 1 объединяются в единый массив. Данные расщепляются по всем зеркалированным дискам. Поскольку в RAID 10 зеркалированным является каждый диск, задержки отсутствуют, т.к. расчет четности не выполняется. В технологии RAID отказ нескольких дисков не является критичным при условии, что не произошел одновременный отказ двух дисков в одной и той же паре зеркалированных дисков. Тома RAID 10 обеспечивают высокую пропускную способность данных и полную избыточность данных (рис. 5 (только на английском языке)).

 
Рис. 5. RAID 10

Отказоустойчивость — ошибки диска, сбой одного диска на зеркалируемый набор
Преимущества — высокая производительность считывания, поддержка самой большой группы RAID (192 драйвера)
Недостатки — самые дорогостоящие


В начало

---

Решения RAID, доступные для платы контроллера

Уровни RAID, поддерживаемые каждым контроллером PERC (плата raid-контроллера PowerEdge), перечислены в статье базы знаний: Список типов raid-контроллеров PowerEdge (PERC) для систем Dell EMC
 

Анализ конфигурации

При покупке многие серверы поставляются с уже настроенным RAID по выбору покупателя и готовы к работе немедленно. Обычно от покупателя не требуется дополнительных действий, поскольку все настроено и работает. Если после получения устройства требуется изменение, уровень RAID можно изменить с помощью программного интерфейса или интерфейса контроллера без потери данных в зависимости от контроллера, исходного типа RAID и типа, к которым вы хотите перейти. Не все переходы возможны. Если миграция недоступна, потребуется полное удаление данных с жестких дисков и их повторное создание с нуля.

Предупреждение . Настоятельно рекомендуется создать проверенную резервную копию данных перед внесением или попыткой внесения изменений. Любой сбой может привести к потере данных. Переход с одного уровня RAID на другой (пример для контроллера H700/H800).
      
 

  -

-