thumb|250px|Przykładowa macierz dyskowa Macierz dyskowa – urządzenie zawierające zbiór od kilku do kilkuset dysków fizycznych, które pogrupowane są w kilka do kilkudziesięciu grup RAID.

Macierz dyskowa RAID jest zestawem kilku dysków fizycznych, które są widziane przez system operacyjny komputera jako pojedynczy dysk logiczny. Dysk logiczny, czy w naszym przypadku macierz dysków fizycznych, może znajdować się w którymś z czterech stanów: optima - jest to normalna praca dysku twardego, degraded - prawidłowa praca dysku logicznego, ale jeden lub więcej dysków twardych uległo awarii, rebuild - proces konstruowania danych poprzez system, przy przechodzeniu od stanu degraded do stanu optima, do prawidłowego działania wymagana jest naprawa lub zastąpienie dysku wadliwego, sprawnym dyskiem fizycznym, dead - system nie jest w stanie pracować, w stanie tym uszkodzone są wszystkie dyski fizyczne, przy braku możliwości odtworzenia zapisanych wcześniej danych. Istotnym elementem macierzy dyskowej RAID stanowi sterownik dysków, który w zasadniczy sposób wpływa na odporność na awarie i wydajność całego systemu. Aby zabezpieczyć swój komputer przed awarią jednego sterownika, zazwyczaj instaluje się znacznie większą ich liczbę. W systemie RAID niemal zawsze stosowane są sterowniki SCSI - Small Computer System Interface oraz kanały interfejsowe typu Fibre Channel, które odznaczają się wysoką wydajnością operacji zapisu, a także odczytu danych na dosyć rozległym obszarze instalacji dysków twardych.

System ochrony RAID charakteryzuje się pewną nadmiarowością, czyli redundancją informacji zapisywanej, podobny proceder ma miejsce w operacjach duplexingu i mirroringu. Stopień nadmiarowości jest zależny od poziomu RAID zastosowanego w naszym systemie. Każdy wybrany poziom zwiększa fizyczną pojemność pamięci. Klasyczny mirroring, który stanowi poziom RAID 1, tworzy każdemu dyskowi jego lustrzaną kopię na dysku drugim. Ochrona poziomu RAID 3 polega na tym, że wykorzystywany jest jeden dysk parzystości, który służy do zapisu informacji o tym, co zawierają pozostałe dyski macierzy. Dane, które zapisywane są na dyskach parzystości koduje się według pewnego ustalonego schematu, który wiąże je odpowiednio z danymi znajdującymi się na innych dyskach. Pozostałe poziomy RAID stosują mieszane procedury rejestracji danych oraz kontroli bitów parzystości, co umożliwia odtworzenie informacji pierwotnych przy pomocy danych zapisanych na pozostałych dyskach.

Standardy macierzy RAID Powstało kilka standardów macierzy dyskowych RAID, które zostały pierwotnie zdefiniowane w roku 1987 przez Uniwersytet Kalifornijski jako sześć poziomów ochrony ponumerowanych od 0 do 5, a następnie uzupełnionych o dwa kolejne poziomy RAID 6 oraz RAID 7. Błędnym jest stwierdzenie, że kolejne poziomy są równoznaczne z klasyfikacją na lepsze oraz gorsze, określają tylko różne zastosowane konfiguracje bezpieczeństwa. Każda z tych konfiguracji może być optymalnym rozwiązaniem dla konkretnych potrzeb zabezpieczania danych zawartych w naszym komputerze.

Dla pamięci dyskowych zewnętrznych macierze RAID można utworzyć w następujących konfiguracjach:

JBOD Nazwa tej konfiguracji wzięła się od angielskiego określenia Just a Bunch of Disks/Drives i jest standardową obsługą dysków twardych przy pomocy kontrolera macierzowego, który w tym wypadku pełni rolę najzwyklejszego kontrolera dysków twardych. Każdy z dysków obsługiwany jest oddzielnie jako pojedynczy napęd logiczny. Nie znajdziemy tutaj żadnych zabezpieczeń, dane nie są nadmiarowo zapisywane.

NRAID Non-RAID jest łączeniem dysków obsługiwanych przez kontroler macierzowy, w jeden wielki dysk logiczny, którego pojemność jest równa sumie pojemności składowych wszystkich dysków systemu. NRAID również nie gwarantuje bezpieczeństwa, ponieważ dane nie są zapisywane nadmiarowo.

RAID poziom 0 W czasie zapisu na poziomie 0 dane dzielone są na bloki, które rozmieszcza się na wielu dyskach. Na dyskach nie są umieszczane żadne informacje nadmiarowe, oznacza to niemożność odtworzenia danych w wypadku awarii lub uszkodzenia dysku. Zaletę poziomu 0 stanowi fragmentacja danych, czyli striping, która wykorzystywana jest również w innych poziomach RAID. Jej działanie polega na podziale całej pamięci dyskowej na małe fragmenty o rozmiarze 512 kB lub kolejnych wielokrotności tego rozmiaru, powodując rozdzielenie zapisywania informacji na każdy z dysków macierzy równomiernie. Dzięki podziałowi danych przyspieszona jest szybkość odczytu i zapisu, ponieważ operacje te mogą odbywać się równocześnie i równolegle, wykorzystując w maksymalny sposób obszar dostępnej pamięci. Wadą tego poziomu jest brak bezpieczeństwa danych, a awaria któregoś z dysków oznacza utratę części informacji i niekiedy nieprzydatność reszty danych umieszczonych na innych dyskach.

RAID poziom 1 W ochronie na pierwszym poziomie dane rozdzielane są pomiędzy dwa dyski znajdujące się w macierzy, przy czym dla każdego z dysków tworzona jest jego kopia zwierciadlana na dysku drugim. Przykładowo, jeżeli dana macierz składa się z czterech dysków, to dwa z nich mogą pełnić rolę dysków podstawowych, natomiast kolejne dwa są ich lustrzaną kopią. Poziom 1 cechuje się zatem pełną nadmiarowością, odpowiadającą koncepcji dysków lustrzanych, co umożliwia uzyskanie charakterystycznej dla stripingu wydajności poprzez zapis równoczesny na dwóch dyskach z redundancją danych.

RAID poziom 2 Poziom 2 jest rzadko stosowanym poziomem ochrony, w którym podziału danych dokonuje się już na poziomie bitów zapamiętanych z wykorzystaniem kodu Hamminga. Następnie zakodowane dane rozmieszczane są w sposób równomierny na wszystkich dyskach macierzy. W obecnych czasach poziom ten stracił na znaczeniu, ponieważ obecnie produkowane dyski wyposażone są w logikę ECC - Error Correction Code, co bezpośrednio prowadzi do stosowania ochrony z poziomu RAID 3. Inne funkcje poziomu 2 są identyczne jak w przypadku poziomu 3. Jedynie komputery typu mainframe wykorzystują poziom 2.

RAID poziom 3 Cechą charakterystyczną ochrony danych przy pomocy poziomu 3 jest rozdzielanie każdej informacji na pojedyncze bity lub bajty danych, które rozmieszczane są na wszystkich, oprócz jednego, dyskach macierzy RAID. Ochrona danych z poziomu 3 jest optymalna w aplikacjach z niewielką liczbą transakcji występujących przy dużym przepływie danych. Poziom ten wykorzystywany jest na stanowiskach graficznych CAD/CAM oraz przy przetwarzaniu multimediów i DTP. Poziom ten jest odpowiedni dla zwykłej wielostanowiskowej konwersacyjnej konfiguracji sieci, ponieważ operacje wejścia/wyjścia nie przebiegają w pełni równolegle. Jest to charakterystyczna cecha wielozadaniowego środowiska.

RAID poziom 4 Funkcje poziomu 4 są podobne do analogicznych funkcji poziomu 3, jednak podziału danych dokonuje się na poziomie nie bitów, czy bajtów, ale bloków o wielkości sektora dyskowego. Informacja, która jest odczytywana na tym poziomie ochrony z dysków jest znacznie szybsza, ponieważ jednocześnie każdego dysku można pobierać cały sektor danych - overlaping. W operacji zapisu wymagane jest aktualizowanie dedykowanego dysku parzystości, co powoduje zmniejszenie szybkości przepływu informacji. Tego typu rozwiązanie jest korzystne zarówno dla serwerów plików, jak i baz danych charakteryzujących się małą liczbą operacji zapisu, która stosowana jest w środowisku wielu użytkowników systemu, a więc najczęściej w systemach informacyjnych.

RAID poziom 5 W czasie transportu danych w konfiguracji z poziomu 5 duże bloki danych o rozmiarach sektora dyskowego są rozdzielane, a następnie rozmieszczane na każdym z dysków macierzy. Poziom 5 nie posiada odrębnego dysku parzystości. Każdy dysk posiada obszar zarezerwowany dla swoich danych kontrolnych. Ochrona danych na 5 poziomie cechuje się wysoką szybkością odczytu i zapisu, ponieważ jednocześnie blok informacji może być transmitowany z każdego dysku. Tego typu cechy ukierunkowują stosowanie takiego wariantu ochrony danych w systemach wielozadaniowych

Możliwe jest również zastosowanie kombinowanych systemów ochrony, które składają się z trzech najczęściej stosowanych poziomów 0,1 oraz 5. Dzięki tym kombinacjom możliwe jest wdrożenie następujących strategii bezpieczeństwa, które obejmują: striping - fragmentację danych na poziomie 0 mirroring - lustrzane odbicie danych na poziomie 1 striped mirroring - odbicie lustrzane wraz z fragmentacja danych - poziom 0+1, nazywany również poziomem RAID 10 striping parity - fragmentacja zarówno obszarów kontrolnych oraz danych - poziom 5

RAID 10 (nazywany także RAID 1+0) Poziom ten stanowi połączenie RAID 0 oraz RAID 1. RAID 10 łączy w sobie zalety tych poziomów, takie jak wysoką wydajność i bezpieczeństwo, ale dziedziczy również wadę poziomu RAID 1, czyli wykorzystanie jedynie połowy pojemności dyskowej, na skutek pełnej nadmiarowości. Użytkownik dostaje więc dużą przestrzeń dyskową zgromadzoną w jednej całości i pracującą z wysoką wydajnością, jednak przy najwyższych kosztach macierzy.

Popularność systemów RAID sprawiła, że powstała organizacja normująca RAB - RAID Advisory Bard, która obejmuje swoim składem kilkadziesiąt wielkich korporacji, jak Hewlett Packard, IBM oraz Seagate. Organizacja ta ustandaryzowała nowe propozycje poziomów ochrony RAID: poziom 6 oraz poziom 7

RAID poziom 6 Poziom 6 ochrony zbliżony jest w założeniach do poziomu RAID 5 i został on zaproponowany przez naukowców z Berkeley. Jego zaletą jest fakt, że konfiguracja dysków może prawidłowo pracować nawet po awarii w tym samym momencie dwóch fizycznych napędów dyskowych. Efekt ten osiągnięto przy pomocy wzajemnie niezależnych, podwójnych oraz odmiennie zbudowanych bloków parzystości, które umieszcza się w wielu napędach dyskowych. Informacje kontrolne z każdego dysku kopiowane są dodatkowo na dwa napędy dyskowe. Dzięki takiemu rozwiązaniu zapewniona jest lepsza odporność na awarie dysku fizycznego niż w przypadku ochrony zastosowanej na poziomie RAID 5.

RAID poziom 7 Ostatnia koncepcja zaakceptowana przez RAB jest nazywana Storage Komputer RAID level 7. Poziom 7 jest najbardziej niezawodnym systemem pamięci dyskowej, który jest zarządzany przez przeznaczony jedynie do ochrony danych w pamięciach masowych komputer dedykowany. Maksymalna konfiguracja umożliwia zainstalowanie nawet do 48 różnych kanałów dyskowych napędów. System RAID 7 umożliwia współdziałanie dysków heterogenicznych, czyli takich o różnych parametrach eksploatacyjnych, w tym również dysków, które różnią się rodzajem zapisu danych ( dyski optyczne, magnetyczne, czy magnetooptyczne ). Za sprawą rejestracji kodów kontrolnych na specjalnie dedykowanych do tego celu stacjach dyskowych, możliwe jest odtwarzanie informacji nawet w wypadku awarii aż 4 dysków fizycznych.

PCI-to-SCSI