RAID-5がなぜ必要なのですか？

最近、「なぜRAID-5が悪いのか」というトピックについて、世界中のコンピュータープレスにかなり多くの記事が掲載されるようになりました（ 1、2などの例）



エンジニアリングや用語のジャングルに飛び込むことなく、RAID-5がこれまでのところ機能しているように見えたが、今では突然停止した理由を説明しようとします。







過去数年間でハードドライブの容量は、停止する傾向なく増加しています。 ただし、ディスク容量は毎年ほぼ2倍になりますが、同じ期間の速度、つまりデータ転送速度の増加は、わずかな割合でしか増加しません。 はい、確かに、SATA、SATA-IIインターフェースがディスクに表示され、SATA-IIIをすでに待っていますが、ディスクの動作が速くなり、ベルと「ラウンドスピードメーターの最大速度 」のような理論的なインジケーターの新しいインターフェースを取得できませんザポロジェッツ ？



練習では、そうではないことがわかります。

数年にわたる大容量SATAドライブのパフォーマンス、特に小規模なランダム操作のパフォーマンスを比較すると、ボリュームの増加に比べて顕著なパフォーマンスの向上は見られません。

容量-時々成長しますが、仕事のスピードは-いいえ。

1987年にRAID-5が登場したとき、 典型的なハードドライブのサイズは21MBで、回転速度は3600 RPMでした。 今日、典型的なSATAドライブは1TB、つまり5万倍の容量増加です！ しかし、同時に回転速度は2倍しか増加しませんでした。

長年にわたるデータ転送速度が容量と同じ速度で増加する場合、今日のドライブのデータ転送速度は1秒あたり30ギガバイトの領域になります。

ここで、RAIDとは何かを思い出してみましょう。その実装はRAID-5です。

RAID（Redundant Array of Independent Disks）は、ディスクのグループをフォールトトレラントな構造に編成するためのモデルであり、これらのディスクの一部が破損または完全に故障した場合でも情報の可用性を維持します。

「理論上」説明されている多くのタイプのRAIDのうち、基本的に3つが野生生物に見られます。 これはRAID-0 （または、数字の0が示すようにフォールトトレランスを持たないため、実際には「RAID」が条件付きである「ストライプグループ」）、 RAID-5 、または「ストライプおよび偶数グループ」、およびRAID -1または「ミラー」。 純粋な形では、速度制限のためにRAID-1は実際には使用されません。したがって、高性能アレイでは、RAID-1との組み合わせが使用されます。 この提携の結果、RAID-0は耐障害性を獲得し、RAID-1は速度を獲得します。 通常、この組み合わせはRAID-0 + 1またはRAID-10 、または「ミラーリングとのインターリーブ」と呼ばれます。



RAID-10は多くの人に適しています。 はい、ほぼ全員。 信頼性と速度。ただし、作成にはディスク容量全体の50％の半分が必要です。 まったく同じ「ギャングスター率」。

サーバーやストレージのユーザーがRAID-5の代替として選択することを余儀なくされるのは、これはかなり残酷な割合です。



実際、RAID-5では、1台のディスクの容量でフォールトトレランスの代価を支払います。つまり、RAID-5の容量は（n-1）* hddsizeです。nはディスクの数で、hddsizeはそのサイズです。

データはRAIDグループに含まれるすべてのディスクに「広がり」、そのブロックにはサービス情報が追加されます。これにより、任意の1つのディスクのデータ損失を回復できます。このサービス情報自体は割り当てられたディスクを占有せず、このグループのボリュームの一部を占有するだけです1つのディスクの容量と同じです。 しかし、彼女はすべてのドライブにも塗られています。



RAID-5タイプグループのドライブの1つに障害が発生すると（完全または部分）、RAIDグループは劣化状態になりますが、「追加」の冗長情報により欠落部分を復元できるため、データは引き続き使用可能です。 1つのディスクサイズ。」 確かに、通常、ディスクグループのパフォーマンスは大幅に低下します。これは、読み取りおよび書き込み時に、冗長性の計算とデータ整合性の復元という追加の操作が実行されるためです。 故障したディスクの代わりに新しいディスクを挿入すると、スマートRAIDコントローラーは、すべてのドライブから残りのデータの読み取りを開始する再構築手順「rebuild」を開始し、冗長な情報に基づいて、不足している、不足している新しい空のディスクを埋めます死んだディスク部分で。



RAID-5の再構築プロセスをまだ経験していない場合、このプロセスにかかる時間に不愉快に思うかもしれません。 この期間は、多くの要因に依存します。また、RAIDグループ内のディスクの数とそれらの充足度に加えて、RAIDコントローラのプロセッサパワーとディスクの読み取り/書き込みパフォーマンスに明らかに大きく依存します。 また、再構築中のディスクアレイのワークロードから、およびワークロードの優先度と比較した再構築プロセスの優先度から。

1営業日または1週間の高さでディスクを紛失するほど幸運でない場合は、すでに高速ではない再構築プロセスを10倍延長できます。

そして、私たちが思い出すように、性能レベルが容量と比較してほとんど増加しない、ますます大容量のディスクのリリースでは、再構築時間は驚くべき速度で増加しています。前述のように、ディスクからの読み取り速度は速度に直接依存するためです再構築に合格すると、ディスクの容量と考慮される量よりも大幅に遅くなります。



そのため、インターネットでは、500GBディスクから比較的小さな4-6ディスクRAID-5が1日以上で新しいディスクにデータを復元したときに、簡単にストーリーを見つけることができます。





出典： Adaptec

「5台の500 GB SATAドライブを備えたRAID 5アレイの再構築には約24時間かかりました」 ソース：

「テストでは、RAID 5として構成された16個の250GB SATAディスクで構成される3.5TBアレイを使用しました... 3wareは、ファイルサーバーのワークロード下で1日かけてRAID 5アレイを修復しました。」 出典：

「現在、3TBの1TBハードドライブを使用してRAID-5アレイを再構築するのは80％です。アレイの再構築に必要な合計時間は66時間になると計算しました！」 出典：

「ファイラーでは、8つの500 GBのSATAドライブでソフトウェアRAID 5を実行します。これは非常に効果的です...回復時間は約20時間です。 Athlon X2 4200+およびnvidiaチップセット。

テラバイトと2テラバイトのディスクを使用すると、数字を安全に2〜4倍にすることができます。



そしてここから情熱が始まります。

問題は、RAID-5の再構築中に、フォールトトレランスのないRAIDが残っているだけではないことを十分に自明である必要があります。 常に RAID-0の再構築が行われます。 信頼性と耐障害性は、1つのドライブの信頼性と耐障害性のn倍です（nはグループ内のドライブの数です）。

（私は記事の率直に物議を醸す条項を削除することを決めました:)信頼性指標を正しく計算する際に有能な数学者、「可能性」の助けを借りて喜んでいますが、これはRAID-0の信頼性の低下の主なメッセージを変更しません）

どんな小さな障害でも、たとえ完全なディスク障害でなくても、干渉やケーブルの問題による単なる読み取り障害の場合、その情報はすべて失われます。



言ってみよう。

しかし、現在のドライブは十分に信頼できるように見えますよね？ すでに再構築の日に行き、それらは失敗することなく伸びます。すべてがそれほど悪いわけではなく、私たちは手に2つの連続したディスクを持っているほど敗者ではありません。 それは起こりますが、それは吹くことができますか？



ベンダー自身がディスクの信頼性について述べていることは次のとおりです。

（ディスクの主要シリーズの要約表）



現在、ほぼすべてのメーカーが2つの主要なクラスのハードドライブを製造しています。

これらは、デスクトップシステム用のいわゆるデスクトップディスク、およびサーバーやその他の重要なケース用に設計されたエンタープライズディスクです。 さらに、エンタープライズクラスのドライブは、SATA（7200RPM RPM）ドライブとSASまたはFC（10Kおよび15K RPM）ドライブにも分割されます。



データ転送プロセスの信頼性は、通常、 BERパラメータであるBit Error Rate（Ratio）によって測定されます。 これは、ディスクヘッドによって読み取られた一定量のビットに基づいた障害の確率です。

原則として、デスクトップクラスのディスクのBER値は10 ^ 14度であり 、製造業者によって示されています。さらに大きなディスク、特に新しいシリーズでは、信頼性の値は10 ^ 15です。 この数値は、製造元が、ディスクによって読み取られた10 ^ 14度のビットで1ビットの読み取りエラーよりも悪くない読み取りエラーの可能性を予測することを意味します。 14個のゼロを持つユニット。 10億ビット。

その数字は巨大だと思われます。 しかし、彼女は本当に素晴らしいですか？



calc.exeレベルでの簡単な計算では、10 ^ 14ビットは約11 TBのデータに過ぎないことがわかります。 つまり、ハードドライブの製造元は、BERパラメーター10 ^ 14を使用してディスクから読み取った後、つまり通常のデスクトップディスククラスである約11TBについて、製造元の観点からはおそらくどこかで悪いビットを取得するように指示することを意味しています。 少なくとも、製造業者である彼はこれを頼りにしている。

不良な読み取りビットは、サイズが512バイトの不良ブロックを意味します。 そして出発。

11テラバイトはもうそれほど多くないですか？



これは、正確に11TBを読み取る必要があるという意味ではありません。BERは、11テラバイトまで100％になる傾向があるだけです。 小さいボリュームでは、単に比例的に減少します。

はい、BERが10 ^ 15のドライブのエラー確率は10倍（不良ビットごとに110TBの読み取り）ですが、これは一時的な改善にすぎません。 記憶しているように、ディスク容量は新世代ごとに2倍になります。つまり、ほぼ1年半から2年ごとにRAID容量も増加し、SATAのBER10 ^ 15に達したのは昨年1年半だけです。



したがって、たとえば、1TBドライブを備えた6ディスクRAID-5の場合、BERによる障害率は4-5％と推定され、4TBドライブの場合は16-20％に達します。





出典： Hitachi Data Systems：成長中のビジネスがRAID-6を必要とする理由。

このコールドナンバーは、16〜20％の確率で、再構築中にディスク障害が発生することを意味します（したがって、RAID上のすべてのデータが失われます）。 実際、再構築のために、原則として、RAIDコントローラーはRAIDグループに含まれるすべてのディスクを読み取る必要があります。各1TBの6台のディスクについて、ディスクからディスクから読み取られるデータストリームの量は6TBに達し、4TBについてはすでに24TBになります。

24TBは、BERが10 ^ 15で、110TBの1/4です。



しかし、それだけではありません。

実践が示すように、ディスクに保存されるデータの約70〜80％はいわゆるコールドデータです。 これらは、アクセスが比較的まれなファイルです。 ディスク容量が増加すると、絶対容量でのボリュームも増加します。 膨大な量のデータが存在し、多くの場合、ウイルス対策ソフトウェアによってさえ、誰も手つかずのままです（何ギガバイトのリッピングやmp3をチェックする必要があるのですか）。

コールドデータアレイで発生したデータエラーは、再構築プロセスでディスクの内容を完全に読み取るプロセスでのみ検出されます。

大規模で「スマート」なストレージシステムは、通常、いわゆるディスクスクラブにより、ダウンタイムの数秒で常にビジー状態になり、ディスクのボリューム全体の読み取りパフォーマンスを常に読み取り、監視します。 しかし、私はあなたの安価な「ホーム」RAIDコントローラーはそうではないと確信しています。

したがって、1週間前にコールドデータ空間のどこかで指を交差させ、息を切らして再構築プロセスの進行状況バーをたどったときに表示された不良ブロックについて学習します。



これが、「RAID-5の死」に関するいくつかのスキャンダラスな記事の背後にある不快な真実です。

ホームビデオコレクションのポルノビデオのアーカイブにとって、数秒でそれを失うことは、特にあなた自身に精通している場合、それほど大きな災害ではない可能性があります。 しかし、確かに、「急流から汲み上げられたBDリッピングのホームストレージ」よりもやや重要なタスクのためにRAID-5を放棄する時が来ました。



結論（非暴力的な人向け）：

1. ディスクからのデータ転送速度の大幅な低下を伴うディスクボリュームの急激な増加により、RAID-5の復旧時間は破滅的に長くなり、容量の大きいディスクのリリースに伴い増加し続けています。 その結果、データが完全に保護されないままになる期間は容認できないほど長くなります。
2. 低コストのRAID-5コントローラーのコールドデータ領域（まれに更新および読み取りデータ）を制御できないと、RAID再構築の重要な瞬間に、障害から完全に保護されず、完全なデータ損失が発生する長期にわたる読み取り問題を検出できます。
3. リカバリ期間中のディスク負荷の増加は、障害の可能性を高める可能性があります。
4. 最新のデスクトップクラスのディスクは、製造元が決定したBER（ビットエラーレート）パラメータのパフォーマンスにすでに近いため、ディスクボリューム全体を大量に読み取っているときに障害が発生する可能性がさらに高くなります。

上記のすべては、重要かつ重要なデータを保存するための耐障害性ソリューションとしてRAID-5の使用を放棄する必要性を証明しています。



解決策：

1. データの場合、アクセス速度（特に記録）はそれほど重要ではありません-RAID-6。 RAIDタイプは、2台のドライブの障害に対して耐性があります。 1台のドライブに障害が発生した場合、再構築時に、リカバリ中の誤った読み取りエラーから保護されます。 欠点は、書き込み速度が比較的遅いことです。
2. 書き込みと読み取りの両方への最速のアクセスを必要とするデータの場合-RAID-10。 RAID-10を使用する場合、RAIDの全量を読み取る必要はなく、「ミラー」の内容を障害のあるドライブにコピーするだけなので、再構築時間は大幅に短縮されます。 短所-フォールトトレランスのための高いディスク消費。
3. 可能であれば、重要な情報を保存するためにRAIDで動作することを意図していないデスクトップクラスのディスクを使用してお金を節約しないでください。