RAID-tallennustilan toiminnan ymmärtäminen

maanantai 8. marraskuuta 2021 - Ontrack

Raid

 

RAID (Redundant Array of Independent Disks) -termillä tarkoitetaan tietokoneiden tallennusjärjestelmiä, jotka levittävät ja/tai replikoivat tiedot useiden asemien välillä. RAID-teknologia on mullistanut yritystietojen tallennuksen, ja sen suunnittelussa on ollut kaksi päätavoitetta: tietojen luotettavuuden lisääminen ja I/O-suorituskyvyn (luku- ja kirjoitusnopeuden) parantaminen.

Valitettavasti RAID-tallennuskaan ei ole täysin virheetön teknologia, joten tietoja voi silti hävitä näitä järjestelmiä käytettäessä. Tässä kirjoituksessa perehdymme siihen, kuinka RAID-tasot toimivat ja kuinka tietoja voidaan tallentaa (ja menettää) tämäntyyppistä tallennustilaa käyttämällä.

 

Miten RAID toimii?

 

RAID yhdistää fyysiset levyt yhdeksi loogiseksi yksiköksi käyttämällä erityisiä laitteita tai ohjelmistoja. Laitteistopohjaisia RAID-ratkaisuja on monenlaisia, aina emolevylle rakennetuista järjestelmästä tai lisäkorteista suurten yritysten NAS- ja SAN-palvelimiin. Tämän tyyppisen ratkaisun käyttöjärjestelmä ei ole tietoinen RAIDin teknisestä toiminnasta, joten ohjelmistoratkaisut toteutetaan yleensä käyttöjärjestelmässä.

RAIDia käytetään perinteisesti palvelimissa,mutta sitä voidaan käyttää myös työasemissa. Jälkimmäinen on tyypillistä paljon tallennustilaa vaativissa työasemissa, kuten video- ja äänieditointiin käytettävissä tietokoneissa, joissa vaaditaan suurta tallennuskapasiteettia ja suuria tiedonsiirtonopeuksia.

 

Yleisesti käytetyt RAID-termit

 

Perehdytään seuraavaksi joihinkin teknisiin termeihin, joita käytetään yleisesti kuvaamaan RAID-tallennusominaisuuksia:

  • RAID – Erilaisia kiintolevykokoonpanoja tukeva tekniikka, joka parantaa suorituskykyä, lisää luotettavuutta ja mahdollistaa suuremmat asemakoot levyresurssien yhdistämisen ja pariteettilaskelmien avulla.

  • Pariteetti – Hajautetut tiedot, jotka mahdollistavat RAID-ryhmään tallennettujen tietojen palauttamisen, vaikka levy vikaantuisi.

  • Peilaus – Tietojen monistaminen yhdeltä tai useammalta kiintolevyltä toisille fyysisille levyille.

  • Lomitus/raidoitus – Menetelmä, jolla tiedot voidaan kirjoittaa useille levyille. Alla olevassa esimerkissä tiedot kirjoitetaan asemille peräkkäisessä järjestyksessä, kunnes ne saavuttavat viimeisen aseman. Sitten järjestelmä hyppää takaisin ensimmäiseen asemaan ja aloittaa toisen raidan jne.

  • Lohko – Lohko on kunkin levyn looginen tila, johon tiedot kirjoitetaan. RAID-ohjain määrittää tilan koon.
  • Vasen/oikea symmetria – RAIDin symmetria ohjaa tietojen ja pariteettien jakautumista asemien kesken. On olemassa neljä pääasiallista symmetriaa, joita voidaan käyttää RAID-toimittajan mukaan. Jotkut yritykset laativat myös omia tyylejä liiketoimintatarpeidensa mukaan.

  • Hot spare – On olemassa muutamia eri tapoja käsitellä vikaantuneita asemia RAID-kokoonpanossa. Yksi tapa on "hot spare" -varalevyn käyttäminen vikaantuneen levyn tilalla.

  • Heikentynyt tila – Tämä tapahtuu, jos RAID-asemasta tulee lukukelvoton. Aseman katsotaan olevan viallinen, ja se poistetaan RAID-kokoonpanosta. Uudet tiedot ja pariteetti kirjoitetaan sitten RAID-kokoonpanon jäljellä oleville asemille. Jos vikaantuneelta asemalta pyydetään tietoja, ne saadaan muiden pariteettien avulla. Tämä asemien väheneminen heikentää RAIDin suorituskykyä.

Tarkastellaan nyt RAIDin kolmea keskeistä käsitettä (peilaus, lomitus ja virheenkorjaus) ja tutkitaan, kuinka jotkin perinteiset RAID-kokoonpanot toimivat.

RAID-tallennustasot

Kuten aiemmin mainittiin, peilaus tarkoittaa tietojen kopioimista useammalle kuin yhdelle levylle, lomituksessa tiedot jaetaan useammalle kuin yhdelle levylle ja virheenkorjausta tapahtuu, kun redundanttista tietoa tallennetaan keinona havaita ja mahdollisesti korjata ongelmat (tunnetaan vikasietoisuutena). Yhtä tai useampaa näistä tekniikoista voidaan käyttää eri RAID-kokoonpanoissa järjestelmän vaatimusten mukaan.

RAID-vakiokokoonpanoja kutsutaan tasoiksi. Alun perin luotiin viisi tasoa, mutta niistä on kehitetty monia muunnelmia, mukaan lukien useita sisäkkäisiä tasoja ja monia epästandardeja (useimmiten itse kehitettyjä) tasoja. Alalla on siirrytty RAID 0 -tasosta jo RAID 51 -tasoon (ja jopa pidemmälle). Koska eri tasoilla on erilaisia redundanssityyppejä, vikasietoisuuden ja suorituskyvyn välillä on yleensä tehtävä kompromissi käyttökohteen mukaan.

RAID-perustasot ovat seuraavat:

  • RAID 0 – Tämä on yksinkertaisin RAID-taso, ja sitä kutsutaan useinlomitukseksi. Se ei tarjoa vikasietoisuutta, mutta suorituskyky on erinomainen. Tiedot lomitetaan vähintään kahdelle levylle, ja jokaisen lisätyn levyn myötä luku- ja kirjoitusnopeus parantuu ja tallennuskapasiteetti kasvaa.

  • RAID 1 – Tätä tasoa kutsutaan myös peilaukseksi, sillä (kuten nimestä voi päätellä) se peilaa samat tiedot kahdelle levylle ja antaa RAID-vikasietoisuuden alimman tason. Tämä taso mahdollistaa jopa kaksinkertaisen lukunopeuden yhteen asemaan verrattuna, mutta se ei lisää kirjoitusnopeutta. Tallennetut tiedot ovat aina käytettävissä, jos yksi levyistä toimii.

  • RAID 5 – Tämä on yleinen kokoonpano, joka antaa hyvän kompromissin turvallisuuden ja suorituskyvyn välillä. Taso vaatii vähintään kolme levyä, ja se lisää lukunopeutta, mutta ei kirjoitusnopeutta. RAID 5 tuo kokoonpanoon pariteetin, joka vie kokonaan yhden levyn tilan. Tämä taso kestää yhden levyn vikaantumisen.

  • RAID 6 – Tämä taso vie RAID 5:n vielä askeleen pidemmälle. Tähän vaaditaan vähintään neljä levyä, ja niiden avulla saadaan kaksinkertainen pariteetti. Se tarkoittaa, että tiedot voidaan palauttaa, vaikka kaksi kokoonpanon levyä vikaantuisi.

Nykyaikaiset RAID-kokoonpanot

On olemassa monia tapoja saada enemmän irti RAID-järjestelmästäsi. Nykyaikaiset RAID-kokoonpanot ovat kuitenkin erittäin monimutkaisia ja teknisiä (ja niitä käytetään myös muiden monimutkaisten järjestelmien kanssa merkittävien tehokkuus- ja kustannushyötyjen saamiseksi, kuten virtualisoinnin tapauksessa), joten ei ole harvinaista, että jokin näistä tekniikoista vikaantuu. Tämä voi aiheuttaa merkittäviä tietojen menetyksiä useiden järjestelmien yhteenliitettävyyden vuoksi, ja käyttökatkokset voivat maksaa yrityksille miljoonia.

Nykyaikaiset RAID-kokoonpanot voivat myös käyttää useita tiedostojärjestelmiä, esimerkiksi BTRFS tai ZFS laitteistotasolla sekä NTFS tai HFS yläpuolella sovellusten tukemiseksi virtualisoinnin kautta.

RAID-järjestelmän tietojen palautuksen haasteet

RAID-kokoonpanot ovat erittäin monimutkaisia. Tämä korostuu usein yritysten IT-infrastruktuureissa, sillä RAID-järjestelmiä käytetään enimmäkseen liiketoiminnan kannalta elintärkeissä sovelluksissa, joissa saatavuus ja tehokkuus ovat ratkaisevia tekijöitä. Lisäteknologiat, kuten virtualisointi tai tietokantasovellukset, voivat myös aiheuttaa katastrofin yritykselle, jos järjestelmä vikaantuu.

Tietojen palauttamisen näkökulmasta on yleensä tarpeen rekonstruoida RAID-tiedostojärjestelmä, ohittaa kaikki fyysiset viat sekä arvioida mahdollinen virtualisoitu arkkitehtuuri. Tämä prosessi voi usein tehdä palautusyrityksestä erittäin monimutkaisen ja aikaa vievän, mutta monissa tapauksissa tietojen palautus voi kuitenkin onnistua hyvin.

Valmistaudu asemien vikaantumiseen

Valitettavasti asemat vikaantuvat lähes aina jossain vaiheessa niiden käyttöikää. Jos yksittäisissä asemissa ilmenee vikoja (olettaen, että kyseessä on RAID 1 tai suurempi), viallinen asema voidaan vain vaihtaa uuteen ja tietojen tallennuskartta voidaan rakentaa uudelleen ilman tietojen menetystä. Jos asemavika ylittää RAID-kokoonpanon vikasietoisuuskapasiteetin, RAID-tietojen palautuksen asiantuntijaan tulee ottaa yhteyttä välittömästi, jotta tietojen palauttamiseen on parhaat mahdollisuudet. On tärkeää varmistaa, että valitsemallasi palveluntarjoajalla on oikeat työkalut ja osaaminen palautua kaikista kokoonpanon tai tietojen katoamistilanteista. Sinun tulee myös arvioida, onko heillä suoria kumppanuuksia tallennusratkaisujen toimittajien ja kehitysmahdollisuuksia uusien tai mukautettujen kokoonpanojen laatimiseksi.

Oletko hiljattain kokenut RAID-tietojen menetyksiä? Ota yhteyttä Ontrackin asiantuntijoihin saadaksesi apua tärkeiden tietojen palauttamiseen. Henkilökuntamme on tukenasi vuorokauden ympäri vuoden jokaisena päivänä, olipa tietojen palautustarve millainen tahansa.