Резервовані системи зберігання даних та RAID-масиви: комплексний огляд

Не дарма сьогодні часто називають Інформаційним століттям. Адже інформація часом коштує дуже дорого і її втрата або крадіжка може стати непоправною для її власника.
Тому все більшою популярністю користуються спеціалізовані системи зберігання даних і неможливо переоцінити важливість їхньої надійності та стійкості до відмов. Системи зберігання даних з надмірністю, у яких передньому плані стоять масиви RAID (Redundant Array of Independent Disks), стали невід'ємними компонентами сучасної обчислювальної інфраструктури. У цій статті ми коротко пройдемося з історії, розвитку та перспектив систем надмірного зберігання даних, проливаючи світло на їхнє значення в різних технічних галузях.

Історична перспектива

З давніх-давен люди стали записувати і зберігати інформацію, але катаклізми, пожежі, повені та інші лиха часто знищували носії, на яких вона була записана.
Витоки надлишкового зберігання даних можна простежити ще на зорі обчислювальної техніки, коли стала очевидною необхідність у надійному зберіганні даних, яке полягатиме в багаторазовому дублювання однієї і тієї ж інформації, щоб у разі знищення однієї копії - вся інформація була збережена в іншому місці. У 1960-х і 1970-х роках у великих мейнфреймах використовувалися елементарні методи резервування, які покладалися в основному на процеси резервного копіювання вручну. Однак у міру розвитку технологій зростали та ускладнення рішень резервування.

Концепція RAID була вперше представлена в 1987 Девідом Паттерсоном, Гартом А. Гібсоном і Ренді Кацем в Каліфорнійському університеті в Берклі. Початкова ідея RAID полягала у використанні декількох дисків у масиві для підвищення продуктивності та забезпечення стійкості до відмови. Це заклало основу для розробки різних рівнів RAID, кожен з яких пропонує поєднання продуктивності, надмірності та ємності.

Еволюція рівнів RAID

RAID 0: чергування для підвищення продуктивності

RAID 0, найпростіша форма RAID, передбачає розподіл даних по кількох дисках підвищення швидкості читання і записи. Хоча це підвищує продуктивність, воно не забезпечує надмірності. Якщо один диск вийде з ладу, всі дані будуть втрачені. Незважаючи на недостатню стійкість до відмов, RAID 0 як і раніше використовується в сценаріях, де швидкість має першорядне значення, наприклад при редагуванні відео і рендерингу в реальному часі.

RAID 1: дзеркало для резервування

RAID 1 забезпечує надмірність за рахунок дзеркального відображення даних на двох дисках. У разі збою диска система плавно перемикається на дзеркальну копію. Хоча цей надмірність досягається за рахунок зменшення корисної ємності сховища, RAID 1 залишається популярним вибором для критично важливих додатків, де цілісність даних має першорядне значення.

RAID 5: збалансована продуктивність та надмірність

RAID 5 поєднує в собі чергування та парність для досягнення як продуктивності, так і надмірності. Дані та інформація про парність розподіляються по кількох дисках, забезпечуючи стійкість до відмови. У разі збою одного диска втрачені дані можна відновити інших дисках. RAID 5 забезпечує баланс між продуктивністю та надмірністю, що робить його придатним для широкого спектру додатків.

RAID 6: покращена надмірність з подвійною парністю

Щоб усунути обмеження RAID 5, RAID 6 реалізована подвійна парність. Це означає, що два диски можуть вийти з ладу без втрати даних. Хоча RAID 6 забезпечує підвищену стійкість до відмов, за це доводиться платити зниженням продуктивності запису через додаткові обчислення парності. Цей рівень зазвичай використовується у сценаріях, де цілісність даних має вирішальне значення, наприклад, у корпоративних рішеннях для зберігання даних.

RAID 10: поєднання дзеркалювання та чергування

RAID 10, часто званий RAID 1+0, поєднує в собі дзеркало RAID 1 і чергування RAID 0. Це призводить як до підвищення продуктивності, так і резервування. Однак для RAID 10 потрібно як мінімум чотири диски, оскільки дані дзеркуються, а потім розподіляються по дзеркальним парам. Цей рівень популярний серед, де продуктивність і отказоустойчивость однаково важливі.

Перспективи та виклики

Нові технології та резервування

У міру розвитку технологій продовжують з'являтися нові рішення для зберігання даних та методи резервування. Технології енергонезалежної пам'яті (NVM), такі як 3D XPoint і пам'ять із фазовою зміною, обіцяють більш високу швидкість і більший термін служби, ніж традиційні жорсткі диски (HDD) та твердотільні накопичувачі (SSD). Інтеграція цих технологій у резервні системи зберігання може змінити уявлення про зберігання даних у найближчі роки.

Проблеми масштабованості

Хоча RAID-масиви довели свою ефективність у розгортанні малого та середнього масштабу, масштабованість залишається проблемою. Оскільки обсяги даних продовжують стрімко зростати, потреба в масштабованих рішеннях резервування стає більш актуальною, ніж будь-коли. Розподілені системи зберігання та такі технології, як стиральне кодування, вивчаються як потенційні альтернативи або доповнення до традиційних RAID для великомасштабних розгортань.

Вплив віртуалізації

Розвиток технологій віртуалізації змінило способи реалізації та управління надмірними сховищами. Віртуалізовані середовища зберігання використовують програмно-визначуване сховище (SDS) для ефективного об'єднання ресурсів зберігання та управління ними. Цей зсув вводить нові аспекти надмірності, наприклад, те, як віртуальні машини взаємодіють із сховищем і як забезпечити цілісність даних у динамічних віртуалізованих середовищах.

Насамкінець зазначимо, що системи зберігання даних з надмірністю, особливо RAID-масиви, значно змінилися з моменту їх створення. Від базового дзеркалювання до складних схем парності - RAID адаптувався до змін різних потреб обчислювальних середовищ. У міру розвитку технологій перспективи резервних систем зберігання даних стають все більш вражаючими: нові технології та інноваційні підходи обіцяють підвищення продуктивності, масштабованості та стійкості до відмов. Однак необхідно вирішити такі проблеми, як масштабованість та вплив віртуалізації, щоб забезпечити постійну ефективність рішень надлишкового зберігання даних в умовах постійно зростаючих потреб даних. Якщо ми подивимося в майбутнє, синергія між технологіями, що розвиваються, і усталеними принципами визначить наступний розділ у сазі про надлишкові системи зберігання даних.