Калькулятор RAID — полезная ёмкость
Укажите уровень RAID, количество и объём дисков, чтобы узнать полезную ёмкость, общий объём, эффективность массива, отказоустойчивость и приблизительную скорость вашего RAID-массива. Поддерживаются RAID 0, 1, 5, 6, 10, 50, 60 и JBOD.
Определите полезную ёмкость вашего RAID-массива
Формула полезной ёмкости RAID
Обозначения:
- \(U\) — полезная ёмкость массива
- \(n\) — количество дисков в массиве
- \(s\) — объём одного диска (все диски считаются одинаковыми)
- \(g\) — количество одинаковых подгрупп (только для RAID 50 и RAID 60)
Полезная ёмкость — это место, которое остаётся для данных после того, как выделено пространство под избыточность: количество «выживших» дисков, умноженное на объём одного диска. RAID 0 и JBOD сохраняют всё, зеркалирование отдаёт половину дисков, а уровни с чётностью жертвуют одним или двумя дисками от каждой группы.
Пример расчёта полезной ёмкости RAID
Пример: массив RAID 5 из шести одинаковых дисков по 4 TB — значения по умолчанию в этом калькуляторе.
\[ U = (n-1) \cdot s = (6-1) \times 4\ \text{TB} = 20\ \text{TB} \]
\[ \text{эффективность} = \frac{20\ \text{TB}}{6 \times 4\ \text{TB}} \times 100\% \approx 83.33\% \]
Результат: 20 TB полезной ёмкости (около 18,19 TiB) из 24 TB общей, массив переживает отказ одного диска. Оценочная скорость последовательного доступа: чтение в 6 раз быстрее, запись — в 1,25 раза быстрее по сравнению с одним диском.
Как пользоваться калькулятором RAID
- Выберите уровень RAID (RAID 0, 1, 5, 6, 10, 50, 60 или JBOD).
- Укажите количество дисков в массиве — от 1 до 256.
- Введите объём одного диска и выберите единицу измерения — GB или TB.
- Для RAID 50 или RAID 60 дополнительно задайте количество групп. Все группы должны быть одинакового размера — минимум по 3 диска в группе RAID 50 или по 4 диска в группе RAID 60, — а общее число дисков должно делиться на количество групп без остатка.
- Считывайте результаты: полезная ёмкость в TB и TiB, общая ёмкость, эффективность массива, отказоустойчивость, оценка скорости чтения и записи, а также минимальное количество дисков для выбранного уровня.
Что такое полезная ёмкость RAID
Общая («сырая») ёмкость — это просто сумма всех дисков: 6 дисков по 4 TB дают 24 TB. Полезная ёмкость — то, чем реально могут оперировать операционная система и файловая система, ведь каждый уровень RAID резервирует часть этого пространства под избыточность: блоки чётности, зеркальные копии или и то и другое. Массив RAID 5 из шести дисков хранит чётность объёмом в целый диск, поэтому до ваших данных доходят только 20 TB. Именно поэтому свежесобранный массив всегда показывает меньше места, чем обещает этикетка, — вне зависимости от конфигурации.
Показатель эффективности массива выражает ту же идею в процентах: полезная ёмкость, делённая на общую. RAID 0 и JBOD дают 100%, потому что ничего не резервируется; RAID 1 и RAID 10 останавливаются на 50%, поскольку каждый байт записывается дважды; RAID 5 с добавлением дисков приближается к 100% ((n−1)/n), а RAID 6 отдаёт второй диск под чётность ради более надёжной защиты и получает (n−2)/n. Сравните эффективность разных уровней при своём количестве дисков — и вы точно увидите, во сколько гигабайт обходится каждый уровень надёжности.
Отказоустойчивость — это то, сколько дисков может выйти из строя без потери данных. RAID 5 переживает один отказ, RAID 6 — два, а RAID 10 — по одному отказу на каждую зеркальную пару (второй сбой переживется, лишь если он случится в другой паре). RAID 50 и RAID 60 допускают один и два отказа в каждой группе, поэтому общая устойчивость растёт с числом групп. RAID 0 и JBOD не терпят отказов вовсе: один умерший диск уносит с собой весь том. Устойчивость — это то, что вы покупаете за жертвуемую ёмкость.
Относительные скорости чтения и записи — идеализированные оценки для последовательных нагрузок, выраженные через скорость одного диска. Чтение в большинстве уровней масштабируется вместе с числом дисков, а вот записи с чётностью платят штраф: каждая запись в RAID 5 — это около 4 дисковых операций (так называемый «штраф четырёх операций записи»), а каждая запись в RAID 6 — около 6, поэтому оценка скорости записи для RAID 5 равна (n−1)/4. Реальная скорость зависит от контроллера, кэша, размера страйпа и характера нагрузки, так что воспринимайте эти числа как приблизительное сравнение уровней, а не как тест производительности.
Уровни RAID: краткий обзор
| Уровень | Ёмкость | Отказоустойчивость | Мин. дисков |
|---|---|---|---|
| RAID 0 | \(n \cdot s\) | Нет | 2 |
| RAID 1 | \(s\) | \(n-1\) дисков | 2 |
| RAID 5 | \((n-1) \cdot s\) | 1 диск | 3 |
| RAID 6 | \((n-2) \cdot s\) | 2 диска | 4 |
| RAID 10 | \(\frac{n}{2} \cdot s\) | По одному на зеркальную пару | 4 (чётное) |
| RAID 50 | \((n-g) \cdot s\) | По одному в группе | \(3g\) |
| RAID 60 | \((n-2g) \cdot s\) | По два в группе | \(4g\) |
| JBOD | \(n \cdot s\) | Нет | 1 |
Допущения, ограничения и практические советы
- Одинаковые диски. Калькулятор считает, что все диски одного объёма. Если диски разные, каждый фактически ограничен объёмом самого маленького, и полезная �ёмкость соответственно уменьшается.
- Десятичные единицы. Объёмы дисков указаны в десятичных единицах хранения (1 TB = 1000 GB). Операционная система может показать результат в двоичных TiB, где 1 TiB = 240 байт — вот почему 20 TB выглядят как примерно 18,19 TiB.
- Накладные расходы файловой системы. Форматирование, метаданные и собственные структуры файловой системы съедают несколько процентов полезной ёмкости. Закладывайте запас: не рассчитывайте уместить полные 20 TB файлов на массиве с 20 TB полезной ёмкости.
- Горячий резерв. Резервный диск уменьшает число дисков, доступных для данных, поэтому вычтите его из \(n\), если он просто ждёт в резерве и не участвует в массиве.
- RAID — это не резервное копирование. Избыточность защищает от отказа диска, но не от удаления, повреждения данных, шифровальщиков или кражи. Храните настоящие копии всего, что для вас важно.
- Риск при пересборке. С большими современными дисками пересборка деградировавшего массива занимает много часов и изматывает уцелевшие диски — одна из причин, почему для массивов из примерно 6–8 крупных дисков и более предпочитают RAID 6 вместо RAID 5.
- Защита массива. В хранилище часто лежат самые важные ваши данные в одном месте: защитите учётную запись администратора надёжным паролем, созданным генератором паролей, и присвойте устройству предсказуемый адрес в сети с помощью продуманного расчёта IP-подсети.
Часто задаваемые вопросы
Как рассчитать ёмкость RAID вручную?
Умножьте объём самого маленького диска на количество дисков, ёмкость которых «переживает» избыточность, — и больше ничего не вычитайте. Для RAID 5: \((n-1) \times s\). RAID 6: \((n-2) \times s\). RAID 1: просто \(s\), сколько бы зеркальных копий ни было. RAID 10: \((n/2) \times s\). Для RAID 50/60 примените то же правило к каждой группе и сложите результаты: \((n-g) \times s\) и \((n-2g) \times s\).
Почему массив показывает меньше TB в Windows или Linux, чем на этикетке?
Производители дисков используют десятичные единицы (1 TB = 10¹² байт), а операционные системы обычно выводят объём в двоичных единицах, где 1 TiB = 2⁴⁰ ≈ 1,0995 × 10¹² байт. Для пересчёта разделите десятичное значение на 1,0995: 20 TB превратятся примерно в 18,19 TiB. Никакая ёмкость не пропадает — это одно и то же число байтов, записанное по-разному. Часть систем подписывает TiB как «TB», что только усиливает путаницу.
Что если диски разного объёма?
Если в одном массиве собраны диски разного объёма, каждый из них ограничивается объёмом самого маленького. Четыре диска по 4 TB плюс четыре по 2 TB в RAID 5 работают как восемь дисков по 2 TB и дают \((8-1) \times 2 = 14\) TB полезной ёмкости. Неиспользованная часть больших дисков пропадает впустую. Некоторые контроллеры и файловые системы (ZFS, btrfs, SHR на Synology) умеют задействовать этот остаток, так что проверьте, что поддерживает ваша конкретная реализация.
Нужно ли учитывать горячий резервный диск в количестве дисков?
Нет — простаивающий горячий резерв не входит в количество дисков. Он не содержит ни данных, ни чётности, поэтому ничего не добавляет ни к полезной ёмкости, ни к скорости. Указывайте только диски, реально участвующие в массиве. Если резервный диск позже заменит отказавший и вольётся в массив, пересчитайте с его учётом: полезная ёмкость не изменится, но до этого момента риск при пересборке будет выше.
Достаточно ли надёжен RAID 5 для современных больших дисков?
RAID 5 по-прежнему распространён в небольших массивах, но многие администраторы переходят на RAID 6, когда в массиве больше примерно 6–8 дисков по 8 TB и крупнее. Пересборка больших дисков занимает много часов или даже суток и изматывает уцелевшие диски; второй отказ в этом окне погубит весь массив RAID 5. RAID 6 переживает два отказа ценой ещё одного диска ёмкости — сопоставьте эту цену с вашим риском пересборки и положением дел с резервными копиями.
Почему на практике нельзя занять всю полезную ёмкость файлами?
Полезная ёмкость — это размер «сырого» тома. Форматирование затем вычитает собственные структуры файловой системы: метаданные, журналы, таблицы размещения и зарезервированные блоки обычно отнимают от 1 до 4%. Сверх того мелкие файлы теряют место в кластерах, томовые снимки резервируют свободное пространство, а тонкое выделение (thin provisioning) может раздувать видимые объёмы. Рассчитывайте, что смонтированная файловая система предложит на несколько процентов меньше, чем полезная ёмкость из калькулятора.
Какой уровень RAID даёт наибольшую ёмкость при фиксированном количестве дисков?
Если важна только ёмкость, RAID 0 и JBOD сохраняют 100% сырого объёма, но отказ единственного диска уничтожает всё — они годятся лишь для одноразовых данных. Среди защищённых уровней самый экономичный — RAID 5: \((n-1)/n\), то есть 12 дисков сохраняют около 91,7%. RAID 6 отдаёт ещё один диск, RAID 10 всегда стоит половину сырого объёма, а RAID 1 наименее выгоден: сколько зеркал ни добавляй, выживает ёмкость лишь одного диска.