Hardwarový RAID vs. softwarový RAID

Jak chránit svá data pomocí ZFS

Často kladená otázka v serverovém průmyslu zní: „Co je lepší – softwarový RAID nebo hardwarový RAID?“. Pokud si toto téma prozkoumáte, zjistíte, že mnoho informací o RAID naznačuje, že hardwarová karta RAID je vhodnější než použití softwarového RAID. Já s tím ale nesouhlasím. Podle mého názoru je pro většinu aplikací softwarový RAID mnohem lepší než hardwarový RAID. Hardwarový RAID má své místo pod určitými operačními systémy, ale řeknu vám, proč je softwarový obecně mnohem lepší.

Přednost hardwarového RAID před softwarovým RAID pochází z doby, kdy hardware prostě nebyl dostatečně výkonný, aby zvládl zpracování softwarového RAID spolu se všemi ostatními úlohami, ke kterým se používal. Tehdy bylo řešením použití hardwarové karty RAID s integrovaným procesorem, který zpracovával výpočty RAID „offline“. Operačnímu systému počítače by se prezentovala jako jediný disk a uvnitř by zpracovávala data, která se přesouvají do a z více úložných zařízení (pevných disků). Díky tomu vše běželo hladce a zároveň se využívalo zabezpečení RAID.

Hardwarový RAID je u některých lidí stále oblíbený a mnoho dnešních hardwarových karet RAID nabízí špičkový výkon a zároveň odlehčuje zátěž procesoru, ale stále existují některé závažné problémy a nevýhody:

• Problémy s obnovou dat při větších poruchách

• Proprietární/nestandardní protokoly, které znamenají, že vaše pole funguje pouze se stejnou hardwarovou kartou RAID. Nemůžete připojit sadu pevných disků k libovolné kartě RAID a očekávat, že bude číst vaše data.

• Hardwarový RAID má schopnost vzít skupinu disků a zajistit, aby se jevila jako jeden disk. Tato architektura je elegantní ve své jednoduchosti. To však také zásadně vylučuje integraci funkcí do operačního systému a systému souborů. Tato integrace je ve skutečnosti tím, co umožnilo softwarovému RAID dramaticky předstihnout hardwarový RAID.

Kde se podle mého názoru nacházíme dnes

Staly se dvě věci, které zvýhodnily softwarový RAID oproti hardwarovému RAID a umožnily mu převzít vedoucí postavení. Výpočetní výkon vzrostl tak radikálně, že výpočetní zátěž, kterou představuje RAID, již není významná. Za druhé dramaticky vzrostla síla, funkce a integrace softwarového RAID.

Hardwarový RAID nadále nabízí solidní a jednoduchá architektonická řešení pro spojování více disků do polí RAID a jejich prezentaci operačnímu systému jako jediného zařízení. To je užitečné zejména v systému MS Windows, který má bolestně pomalou implementaci softwarového RAID. Nadále však představuje riziko pro bezpečnost dat, protože pro obnovu dat v případě selhání hardwaru je třeba použít identický (nebo kompatibilní) řadič.

Po softwarové stránce je dnešní softwarový RAID superrychlý (alespoň v systémech Linux a BSD), extrémně flexibilní a vysoce integrovaný do operačních systémů. Je také mnohem schopnější a výkonnější v situacích obnovy než hardwarový RAID. K obnově dat stačí jiný úložný server se stejným operačním systémem. Poté jsou kroky jednoduché, stačí připojit disky a pustit se do práce – měli byste být schopni obnovit téměř jakoukoli situaci, kdy ztráta dat nepřekročila základní limity.

Je zřejmé, že počítače a software urazily opravdu dlouhou cestu a je stále jasnější, že softwarově definovaný RAID bude postupem času stále rozšířenější.

Systém souborů a správce svazků ZFS

Nyní se pustíme do jednoho z našich oblíbených systémů souborů a správců svazků, ZFS. Povíme si o některých funkcích, kterými je systém ZFS jedinečný, a pak vám uvedeme příklad jednoho z našich zákazníků, který ušetřil spoustu peněz, protože používal systém ZFS se softwarovým RAID.

Máme rádi systém ZFS, protože dokáže obejít spoustu problémů, které mohou nastat při použití tradičních karet RAID. Například místo toho, aby hardwarová karta RAID získala první přístup k vašim diskům, používá systém ZFS kartu JBOD, která přebírá disky a zpracovává je pomocí integrovaného správce svazků a souborového systému. Díky tomu má systém ZFS větší kontrolu a může obejít některé problémy, se kterými se obvykle potýkají hardwarové karty RAID. Díky této kontrole a funkčním vlastnostem si systém ZFS dokáže velmi dobře poradit s chybami. Tyto funkce včetně Copy on Write, snímků, prakticky nekonečného škálování, samoopravy pomocí kontrolních součtů a vestavěné virtualizace fondu úložišť poskytují systému ZFS další úroveň robustnosti.

ZFS má vlastní způsob strukturování nových zápisů nazvaný Copy on Write. Ten se liší od způsobu, jakým většina správců svazků strukturuje nové zápisy. Obvykle se při zápisu změny nebo nových dat zapisuje přes stará data. Pokud však během tohoto zápisu dojde k výpadku napájení – data mohou být ztracena. Namísto zápisu přes stará data systém ZFS zapíše data do nového umístění a cestu k nim zkopíruje. To znamená, že se data neztratí, pokud během zápisu dojde ke ztrátě napájení. To také dává systému ZFS možnost další z jeho nejužitečnějších funkcí: Snímky.

Snímky jsou v podstatě časová razítka, která ukazují, jaká byla cesta pro data v určitém okamžiku v minulosti, jsou uloženy ve vlastní tabulce odděleně od dat. Protože ZFS data nepřepisuje a místo toho je zapisuje do nového umístění, můžete se vrátit k předchozímu časovému razítku, funguje to téměř jako záloha. Snímky však mají mnohem menší režii než skutečné zálohování, protože úplné zálohování vyžaduje kopírování dat. Ve srovnání s tím lze snímky pořizovat rychle a snadno.

ZFS má také neuvěřitelnou schopnost léčit se proti chybám zápisu, poškození dat nebo bitovému hnití. Analyzuje data uložená na redundantních místech pomocí kontrolních součtů a na základě nekonzistencí se sám opravuje. Má také tradiční funkce RAID – využívá zrcadlení, prokládání a kontroly parity. Při použití hardwarové karty RAID se kontrola stavu disku maskuje, když jsou k ní disky připojeny. To je problém, protože nevidíte blížící se příznaky toho, že jeden z vašich disků skončí. Systém ZFS to obchází, protože na disky nezapisuje žádné operace předtím, než jsou předloženy operačnímu systému.

Příklad případu zákazníka

Všichni děláme chyby, některé mohou být dražší než jiné. Jeden z našich zákazníků používající systém ZFS na svém zařízení Storinator musel stěhovat kanceláře a před stěhováním nevyjmul disky pevných disků a během stěhování disky nějak poškodil.

Když se zákazník pokusil spustit zařízení Storinator a importovat fond ZFS – některé disky byly poškozené a některé byly špatně umístěné – došlo dokonce k poškození metadat. Protože však zákazník používal systém ZFS, mohl fond poměrně snadno obnovit.

Náš tým podpory zde ve společnosti 45Drives byl schopen ručně importovat fond jako poškozený. Po vložení fondu jsme byli schopni přidat nové disky, vyčistit fond a vše se vrátilo do normálu.

To se nám podařilo jen díky odolnosti systému ZFS, ale nebylo by to možné, kdyby náš zákazník používal hardwarový RAID, protože ten je mnohem citlivější na selhání komponent. Pokud by používali hardwarový RAID, byla by velká šance, že by jejich data byla ztracena – bez nějakého drahého obnovení.

Shrnutí
Pokud potřebujete maximální zabezpečení, funkce a výkon, je pro vás řešením softwarový RAID. Upozorňujeme, že budete muset používat vysoce výkonný operační systém, jako je Linux nebo BSD; a pokud tak činíte, měli byste opravdu zvážit systém ZFS. Jeho výkon je na dnešních strojích vynikající, posouvá zabezpečení dat na nevídanou úroveň a jako bonus se opravdu snadno používá, jakmile se naučíte.