Disková pole RAID - bezpečí a rychlost

15. 2. 2006 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Jakub Pavlis

Čipset Intel 945M (Alviso) z právě nastupující třetí generace sady Centrino je prvním mobilním čipsetem Intelu s hardwarovou podporou RAID 0 a 1. Dá se tedy očekávat, že s jednoduchými diskovými poli se budeme u notebooků setkávat čím dál více - doposud jsme jej měli možnost zahlédnout pouze u pár výjimek. Pojďme se podívat, co nám RAID může přinést a jak vlastně funguje.

Zkratka RAID vznikla pro technologii diskových polí už v roce 1988. Znamená Redundant Array of Inexpensive Disks, někdy bývá písmenko I vykládáno jako Independent, dohromady to tedy znamená vícenásobné diskové pole levných / nezávislých disků. RAID je tedy technologie, která umožňuje vytvořit svazek fyzických jednotek, který se bude v operačním systému jevit jako jediný logický disk, ale který bude moci využít předností více ploten a více hlav pro zvýšení kapacity a rychlosti čtení nebo bezpečnosti dat (případně obojího), než by tomu bylo u samostatných disků.

U dat nás zajímá především několik údajů: jak rychle jsme s nimi schopni pracovat, jak bezpečně máme data uložena, kolik dat můžeme skladovat (kapacita) a případně kolik nás to všechno bude stát. Technologie RAID odpovídá na všechny tyto otázky. Začněme tedy popořadě, ovšem odzadu.

Náklady na zřízení diskového pole s technologií RAID byly od počátku zamýšleny jako minimální, vždyť si to tato technologie vetknula přímo do názvu. Jsou potřeba pouze (nejméně) dva běžné harddisky a jejich zapojení do řadiče RAID na místo běžného diskového řadiče. Již jsme měli možnost se setkat s několika notebooky, které disponují dvojicí harddisků a možností RAID - například Umax Visionbook 9000WSX. Až nyní však přišel Intel s dvěma variantami čipsetu 945M, z nichž jedna z nich hardwarově zvládá nejjednodušší RAID. V případě absence podpory RAID přímo v čipsetu je nutno použít nezávislý řadič integrovaný na základní desce a nebo (v případě desktopů) na PCI kartě. V nejjednodušších verzích sám o sobě ovšem veliké výdaje nepředstavuje, ovšem složité serverové RAID řadiče s vlastní pamětí mají cenu v řádech desetitisíců.

Kapacita výsledného pole bude záležet na použité třídě RAIDu, obecně lze říci, že v případě použití nestejných disků se bude maximální možná kapacita odvíjet od nejmenšího z nich. Vyjma RAID 0 také bude výsledná kapacita pole vždy menší, než je prostý součet velikosti disků.

Nejčastějším důvodem používání RAID je bezpečnost dat - ze všech čtrnácti(!) možných úrovní (nebo kombinací) RAIDu pouze u úrovně RAID 0 znamená ztráta jednoho disku ztrátu dat celého pole. U všech ostatních úrovní je možno při poruše jednoho fyzického disku data překopírovat (RAID 1) nebo dopočítat (např. RAID 3, 5).

Jak už jsem zmínil, je známo celkem čtrnáct možných úrovní RAIDu, ovšem zdaleka ne všechny se komerčně prosadily (např RAID 2 vyžaduje speciální disky s podporou korekce chyb), navíc většina z nich se hodí jen pro rozsáhlá disková pole a profesionální užití. V běžných PC a dnes už i v některých DTR noteboocích (aktuálně například v Umaxu VisionBook 9100WSX) najdeme využití téměř výhradně pro základní úrovně RAID 0 a 1, které se jako jediné hodí pro použití s dvěma harddisky. Pojďme si je přiblížit.

RAID 0 využívá striping neboli prokládání. Celky dat (soubory) jsou rozděleny na menší bloky, které jsou střídavě rozloženy na jednotlivé disky. Tím se (v případě dvojice disků) dvojnásobí rychlost frekvenčního čtení a zápisu, navíc plně využíváme kapacitu obou disků - například při použití dvojice 80GB disků uvidí systém jediný logický disk s kapacitou 160GB. To však neznamená výrazné zrychlení například při běžné práci, kdy je důležitá především rychlost seeku (přístupové doby), která však zůstává stejná jako bez použití RAID. Výhodný je RAID 0 tam, kde je třeba rychlého čtení a zápisu velkých objemů dat, například u editace a střihu videa nebo načítání her. Důležitý je také fakt, že RAID 0 nepřináší zvýšení bezpečnosti - naopak, při chybě jednoho disku vám zbudou pouze liché nebo sudé části dat, takže jste přišli o data z celého pole.

Diagram rozložení datových bloků při užití RAID 0 (zdroj: alternate.nl)

RAID 1 využívá mirroring, tedy zrcadlení. Na každý z dvojce disků v tomto typu pole se synchronizovaně zapisují naprosto totožná data, takže při poškození jednoho z nich vznikne zanedbatelná škoda pouze na ceně hardwaru, vaše data jsou stále v bezpečí. Navíc je možno RAID 1 nastavit tak, aby z každého disku načítal jiná data, takže dojde k významnému zvýšení seeku. A nebo pokud vám na přesnosti dat opravdu záleží, mohou oba disky číst stejná data a vždy je vzájemně porovnat. Zápis však může být pomalejší. Tato úroveň RAIDu má všestrannější použití, zrychlí systém a zároveň přinese notnou dávku bezpečí pro vaše data. Nevýhodou je nízká výsledná kapacita pole - při použití dvojice 80GB disků v RAID 1 dostaneme logickou jednotku s kapacitou 80GB.

Diagram rozložení datových bloků při užití RAID 1 (zdroj: alternate.nl)

Za zmínku stojí i fakt, že k vytvoření RAID 1 není třeba hardwarový řadič, ale pouze podpora v operačním systému - mirroring lze bez potíží vytvořit softwarově (ovšem ve Windows XP tato možnost bohužel není). Strip se softwarově dá vytvořit pouze na nesystémových discích, protože pravidla čtení a zápisu na něj musí být počítači známa ještě před používáním těchto dat.

Případně je možno, ovšem při nasazení alespoň čtyř disků, zkombinovat výhody obou a vytvořit RAID 0+1 pole. Veškerá data jsou jak zdvojena, tak rozdělena, můžeme si tedy užít jak vyšší rychlosti čtení, tak přístupových dob (seeku). Výsledná kapacita potom je poloviční oproti součtu kapacity všech disků v poli.

Diagram rozložení datových bloků při užití RAID 0+1 (zdroj: alternate.nl)

Kombinací metod zápisu na RAID 0 a 1 je ještě mnoho. V noteboocích se (zatím) setkáme pouze s RAID 0 a nebo 1 kvůli možnosti použití pouze dvojice disků (a to ještě u pouze některých největších DTR notebooků).

Pokud z notebooku ždímáte i poslední kapky výkonu a požadujete po něm co nejpružnější odezvu, poohlédněte se po nějakém modelu s podporou stripping RAID. Disk je největší výkonovou brzdou současných notebooků a každé jeho zrychlení je dramaticky poznat. Počítejte ovšem s nutností záloh důležitých dat.
Pokud Vám záleží na vašich datech a (i přes časté zálohování) požadujete jejich maximální bezpečí, zvolte systém podporující mirroring.