Różnice pomiędzy typami dysków twardych, macierzami RAID i ich kontrolerami w serwerach Dell PowerEdge i serwerach kasetowych.

Spis treści:

1. Typy dysków twardych
2. Co to jest RAID?
3. Dostępne rozwiązania RAID
4. Zrozumienie konfiguracji
   
    

Typy dysków twardych

Kontroler Dell PERC (PowerEdge RAID Controller) i pozostałe kontrolery obsługują rozmaite typy dysków twardych. Serwery Dell od 9. generacji w górę korzystają z czterech głównych typów dysków. Istnieją określone ograniczenia konfiguracji i należy sprawdzić szczegóły dotyczące używanego typu kontrolera. W ramach tego samego układu RAID nie można mieszać typów kontrolerów. Należy również pamiętać o różnicy przepustowości danych magistrali SATA 1, 2 i 3. Może być wykrywana jako 3 Gb/s lub 6 Gb/s. Aby uzyskać maksymalną prędkość, dysk twardy, płyta montażowa, kable i kontroler muszą obsługiwać ustawioną szybkość. W większości przypadków elementy o najnowszych parametrach technicznych obsługują poprzednie wersje o niższej prędkości. Przykład: podłączenie dysku o przepustowości 6 Gb/do płyty montażowej o przepustowości 3 Gb/s sprawi, że urządzenie osiągnie tę niższą prędkość.

 

1. Serial ATA (SATA): dyski SATA to podstawowe wyposażenie serwerów Dell PowerEdge. Magistrala Serial ATA zastąpiła starszy interfejs równoległy (PATA, często nazywany również IDE), wprowadzając kilka istotnych zmian: przewody mniejszych rozmiarów i niższy koszt ich produkcji (7 przewodników zamiast 40), podłączanie urządzeń podczas pracy systemu, szybsze przesyłanie danych dzięki wyższej prędkości sygnału i bardziej wydajna praca za pośrednictwem protokołu kolejkowania wejścia/wyjścia. W serwerach bez kontrolera można je podłączać do gniazd SATA w płycie głównej. Modele z kontrolerem mogą być podłączane, ponieważ nie mają płyty montażowej. Podłączone dyski twarde nie mogą być wymieniane bez wyłączania systemu.
   
    
2. Dyski Near Line SAS: to napędy SATA dla firm, które mają nie tylko interfejs SAS, głowice, nośniki i prędkość obrotu tradycyjnych dysków SATA dla firm, ale i pełnoprawny interfejs SAS znany z klasycznych napędów tego typu. W ten sposób można osiągnąć lepszą wydajność i niezawodność w stosunku do dysków SATA. Jest to rozwiązanie hybrydowe pomiędzy SATA i SAS.
   
    
3. Serial Attached SCSI (SAS): SAS to protokół łączności dla dysków twardych i napędów taśmowych dla firm. SAS to szeregowy protokół bezpośredni, zastępujący starsze, oparte na szeregowej magistrali SCSI. Korzysta ze standardowego zestawu poleceń magistrali SCSI. Ma dodatkowe wejścia oprócz gniazda SATA. Charakteryzuje się najwyższą wydajnością wśród napędów elektromechanicznych.
   
    
4. Dyski półprzewodnikowe (SSD): dysk SSD korzysta ze zintegrowanych układów obwodów do trwałego zapamiętywana danych. Technologia SSD korzysta z interfejsów zgodnych z tradycyjnymi gniazdami wejścia/wyjścia dysków twardych. Dyski SSD nie korzystają z ruchomych części mechanicznych, co wyróżnia je spośród tradycyjnych napędów magnetycznych. Te ostatnie mają obracające się talerze i głowice zapisu/odczytu. W porównaniu z tradycyjnymi dyskami napędy SSD są mniej podatne na wstrząsy i cichsze, charakteryzują się również krótszym czasem dostępu i mniejszymi opóźnieniami. Z tego względu napędy SSD są najszybszymi urządzeniami na rynku dysków twardych.
   
    

Powrót do góry

---

Co to jest RAID?

Macierz RAID to grupa niezależnie pracujących dysków twardych, które zapewniają wysoką wydajność dzięki większej liczbie napędów zapisujących i odczytujących dane. Dyski połączone w macierz RAID poprawiają wydajność zapisu i odczytu, a także dostępność danych. Grupa dysków pracuje jako jedna lub kilka jednostek logicznych. Przepustowość zwiększa się dzięki jednoczesnej pracy kilku napędów. Systemy RAID charakteryzują się większą dostępnością danych i odpornością na awarie. Dane utracone na skutek awarii można odzyskać poprzez ich rekonstrukcję na podstawie informacji z pozostałych dysków. Macierz RAID to nie to samo, co kopia zapasowa danych. Nie służy do archiwizacji ani przetrzymywania poufnych danych.
 

Różne poziomy RAID:

• RAID 0: korzysta z układu dysków do uzyskania większej przepustowości, zwłaszcza w przypadku dużych plików, w środowisku gdzie nie ma możliwości trzymania danych nadmiarowych.
• RAID 1: korzysta z funkcji klonowania dysków — w ten sposób dane zapisywane na jednym napędzie są automatycznie zachowywane na drugim. Poziom RAID 1 przydaje się w przypadku małych baz danych i innych zastosowań, gdzie istotną rolę gra niewielka pojemność i brak możliwości przechowywania danych nadmiarowych.
• RAID 5: korzysta z układu dysków i danych parzystości we wszystkich napędach (rozłożona parzystość), aby zapewnić jak największą prędkość i nadmiarowość danych, zwłaszcza przy niewielkim dostępie.
• RAID 6: to rozszerzenie poziomu RAID 5, wykorzystujące dodatkowy blok parzystości. RAID 6 wykorzystuje układ dysków na poziomie blokowym z dwoma blokami parzystości rozłożonymi na wszystkie dyski, które są częścią macierzy. Poziom RAID 6 to ochrona przed awarią dwóch dysków na raz i w trakcie rekonstrukcji zawartości pojedynczych napędów. Jeżeli korzystasz tylko z jednej macierzy, poziom RAID 6 jest bardziej skuteczny niż podłączanie na bieżąco dysku dodatkowego.
• RAID 10: połączenie wariantu RAID 0 i RAID 1 — korzysta z układu dysków dla wszystkich klonowanych napędów. Zapewnia wysoką przepustowość i pełną nadmiarowość danych. Poziom RAID 10 obsługuje do 8 zakresów i 32 napędów fizycznych na zakres.
• RAID 50 to połączenie wariantu RAID 0 i RAID 5, gdzie macierz RAID 0 przeplata się z elementami macierzy RAID 5. RAID 50 wymaga co najmniej sześciu dysków.
• RAID 60 to połączenie wariantu RAID 0 i RAID 6, gdzie macierz RAID 0 przeplata się z elementami macierzy RAID 6. RAID 60 wymaga co najmniej ośmiu dysków.

Terminologia z zakresu macierzy RAID
 

• RAID 0:  RAID 0 umożliwia zapisywanie danych na kilku dyskach jednocześnie, a nie tylko na jednym. Dla macierzy RAID 0 każdy napęd fizyczny jest dzielony na segmenty wielkości 64 KB. Są one przeplatane i sekwencyjnie powtarzane. Fragment takiego segmentu na jednym dysku fizycznym nazywamy jego elementem. Przykład: komputer korzysta z 4 dysków i macierzy RAID 0, segment 1 jest zapisywany na dysku 1, segment 2 na dysku 2 itd. Poziom RAID 0 zwiększa wydajność, ponieważ kilka dysków pracuje jednocześnie, ale nie pozwala to na nadmiarowość danych (rys. 1, tylko w języku angielskim). 

  
Rysunek 1. RAID 0

Odporność na awarie — brak
Zalety — większa wydajność, więcej miejsca
Wady — nie nadaje się do przechowywania istotnych danych, ponieważ zostaną one utracone podczas awarii któregokolwiek z napędów.


 

RAID 1

W macierzy RAID 1 dane zapisywane na jednym napędzie są automatycznie zachowywane na drugim. Gdy jeden dysk ulegnie awarii, drugi pozwoli uruchomić system i zrekonstruować dane z uszkodzonego napędu. Główną zaletą macierzy RAID 1 jest 100 % nadmiarowość danych. Zawartość pierwszego dysku jest w całości zapisywana na drugim, komputer przetrwa więc awarię jednego z nich. Przez cały czas obydwa dyski zawierają te same dane. Dowolny z dysków może pełnić rolę roboczą (rys. 2, tylko w języku angielskim).

Uwaga: klonowane dyski fizyczne poprawiają wydajność odczytu poprzez jego odciążanie.

 
Rysunek 2. RAID 1

Odporność na usterki — błędy dysku, awaria jednego dysku
Zalety — wydajność odczytu, szybkie odzyskiwanie systemu po awarii, nadmiarowość danych
Wady — ograniczona pojemność, potrzebny zapas przestrzeni dyskowej

 

RAID 5 i 6

Dane parzystości pozwalają dyskom przetrwać awarię na pewnym poziomie macierzy RAID. W przypadku usterki dane parzystości pozwalają odtworzyć zawartość dysku z udziałem kontrolera. Dane parzystości są wymagane dla macierzy RAID 5, 6, 50 i 60. Dane parzystości rozkładają się na wszystkie dyski komputera. Jeżeli jeden z nich ulegnie awarii, dane można odtworzyć na pozostałych napędach. Macierz RAID na poziomie 5 łączy układ parzystości z segmentacją dysku, tak jak to pokazano poniżej (rys. 3 w języku angielskim). Parzystość umożliwia nadmiarowość danych dla jednego dysku bez klonowania jego całej zawartości.  Poziom RAID 6 łączy podwójny układ parzystości z segmentacją dysku (rys. 4 w języku angielskim). Parzystość na tym poziomie dopuszcza awarię dwóch dysków bez konieczności klonowania całej ich zawartości.
 
RAID 5
 
Rysunek 3: RAID 5

Odporność na usterki — błędy dysku, awaria jednego dysku
Zalety — efektywne wykorzystanie pojemności dysku, wysoka prędkość odczytu, średnia lub wysoka prędkość zapisu
Wady — średni wpływ awarii dysku, dłuższy czas rekonstrukcji danych ze względu na obliczenia danych parzystości


 
RAID 6
 
Rysunek 4: RAID 6

Odporność na usterki — błędy dysku, awarie dwóch dysków
Zalety — nadmiarowość danych, wysoka prędkość odczytu
Wady — mniejsza prędkość zapisu ze względu na obliczenia parzystości na dwóch dyskach jednocześnie, dodatkowe koszty ze względu na 2 dysk




 
RAID 10:  RAID 10: wymaga co najmniej dwóch współpracujących ze sobą zestawów klonowanych dysków. Kilka układów macierzy RAID 1 zestawiono w jedną. Dane są segmentowane na wszystkich klonowanych dyskach. Ponieważ w macierzy RAID 10 każdy dysk jest klonowany, nie występują opóźnienia ze względu na brak obliczeń dla parzystości danych. Taka metoda zabezpiecza przed awarią kilku napędów, o ile dwa dyski dla tej samej klonowanej pary nie ulegną uszkodzeniu. Woluminy macierzy RAID 10 zapewniają wysoką przepustowość danych i pełną nadmiarowość (rys. 5, tylko w języku angielskim).

 
Rysunek 5. RAID 10

Odporność na usterki — błędy dysku, jedna awaria na klonowany zestaw
Zalety — wysoka wydajność odczytu, obsługa największej grupy dysków, do 192
Wady — najdroższe rozwiązanie


Powrót do góry

---

Rozwiązania RAID dostępne dla karty kontrolera

Poziomy RAID obsługiwane przez poszczególne kontrolery PERC (PowerEdge Raid Controller Card) są wymienione w artykule bazy wiedzy: Lista typów kontrolerów PowerEdge RAID (PERC) dla systemów Dell EMC
 

Zrozumienie konfiguracji

Zazwyczaj w momencie zakupu serwery są już skonfigurowane do pracy z typem wybranej przez klienta macierzy RAID. W takiej sytuacji nie trzeba wykonywać dodatkowych czynności, ponieważ cały system powinien działać poprawnie. Jeśli po otrzymaniu urządzenia wymagana jest zmiana poziomu RAID, może być możliwa zmiana poziomu za pośrednictwem oprogramowania lub interfejsu kontrolera bez utraty danych w zależności od kontrolera, oryginalnego typu RAID i typu, do którego chcesz przejść. Nie wszystkie rodzaje migracji będą obsługiwane. Jeśli migracja nie jest możliwa, konieczne będzie całkowite wyczyszczenie dysków twardych i ponowne utworzenie od podstaw.

Ostrzeżenie — zaleca się utworzenie zweryfikowanej kopii zapasowej danych przed wprowadzeniem lub podjęciem próby wprowadzenia zmian. Każda awaria może spowodować utratę danych. Migracja do wybranego poziomu macierzy RAID (przykład dla kontrolera H700/H800).
      
 

  -

-