1. Přehled RAIDu
V roce 1988 navrhla Kalifornská univerzita v Berkeley koncept RAID (RedundantArrayofIncheapDisks) a jak cena disků nadále klesala, RAID se stal (RedundantArrayofIndependentDisks), ale obsah se nezměnil. SNIA, Berkeley a další organizace nastavily sedm úrovní RAID0~RAID6 jako standardní úrovně RAIDu a standardní RAID lze kombinovat s dalšími úrovněmi RAIDu, přičemž nejčastěji používané úrovně jsou RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 a RAID10. Každá úroveň RAID představuje metodu a technologii implementace a mezi úrovněmi není žádný rozdíl. V praktických aplikacích by měla být vhodná úroveň RAID a konkrétní implementační metody vybírány na základě charakteristik uživatelské datové aplikace, s ohledem na dostupnost, výkon a náklady.
Z hlediska implementace je RAID rozdělen hlavně do tří typů: měkký RAID, tvrdý RAID a hybridní RAID. Všechny funkce softwarového RAID zajišťuje operační systém a CPU, který je přirozeně nejméně efektivní. Hard RAID je vybaven specializovanými RAID řídicí a zpracovatelskými čipy a I/O procesory a buffery pro pole, které nezabírají CPU, ale jsou nákladné. Hybridní RAID má RAID řídicí a zpracovatelské čipy, ale postrádá čipy pro I/O zpracování, které vyžadují CPU a ovladače k dokončení, a výkon i náklady se pohybují mezi měkkým a tvrdým RAIDem.
2. Základní principy
RAID je diskový subsystém složený z několika nezávislých, vysoce výkonných diskových jednotek, které poskytují vyšší výkon úložiště a technologii datové redundance než jeden disk. RAID je třída technologie správy více disků, která poskytuje vysoce výkonné úložiště s vysokou spolehlivostí dat za dostupné náklady pro hostitelské prostředí. Dva klíčové cíle RAID jsou zlepšit spolehlivost dat a výkon I/O. V diskovém poli jsou data rozptýlena na více diskech, ale pro počítačový systém je to jako jeden disk. Redundance je dosaženo zápisem stejných dat na více disků současně (typicky například zrcadlením) nebo zápisem vypočítaných kontrolních dat do pole, čímž se zajišťuje, že při selhání jednoho disku nedojde ke ztrátě dat.
V RAID existují tři hlavní koncepty a techniky: zrcadlení, DataStripping a Dataparity:
Zrcadlení, které replikuje data na více disků, zvyšuje spolehlivost na jedné straně a zlepšuje výkon čtení díky současnému čtení dat ze dvou nebo více replik. Je zřejmé, že zápis obrazu je o něco nižší a trvá déle, než se zajistí správný zápis dat na více disků.
Datové striping, které drží datové střepy na více různých discích, a více datových střepů dohromady tvoří kompletní kopii dat, což se liší od více kopií zrcadlení, a často se používá pro výkonnostní ohledy. Datové pásky mají vyšší souběžnost a při přístupu k datům mohou data současně číst a zapisovat na různých diskech, což vede k výraznému zlepšení výkonu I/O.
Ověřování dat, při kterém se redundantní data používají pro detekci a opravu chyb dat, se redundantní data obvykle počítají pomocí Hemingwayova kódu, provozu XOR a dalších algoritmů. Funkce ověřování může výrazně zlepšit spolehlivost, krádež a odolnost vůči chybám diskových polí. Validace dat však vyžaduje, aby byla data čtena z více zdrojů, vypočítávána a porovnávána, což může ovlivnit výkon systému.
Různé úrovně RAID využívají jednu nebo více ze tří technologií k dosažení různé spolehlivosti dat, dostupnosti a výkonu I/O. Pokud jde o to, který RAID navrhnout (nebo dokonce nový stupeň či typ) či jaký režim RAID použít, je nutné učinit rozumné rozhodnutí na základě hlubokého porozumění potřebám systému a komplexně vyhodnotit spolehlivost, výkon a náklady pro kompromis.
Obecně platí, že hlavní výhody RAID jsou: velká kapacita, vysoký výkon, spolehlivost a spravovatelnost.
3. RAID hodnocení
JBOD (JustaBunchOfDisks) není standardní RAID tier, často se používá k reprezentaci kolekce disků, které nemají řídicí software pro koordinované řízení. JBOD spojuje více fyzických disků v sérii, aby vytvořil obrovský logický disk. Výkon úložiště je přesně stejný jako u jednoho disku a neposkytuje ochranu dat. Dostupná kapacita úložiště je roven součtu úložného prostoru všech členů disků.
RAID0, nazývaný striping, je jednoduchá, nekontrolovaná technologie datového pruhování. Výkon je nejvyšší ze všech úrovní RAID. Nejsou poskytovány žádné politiky zálohy. 100% využití úložného prostoru.
RAID1 se nazývá zrcadlení, zapisuje data na pracovní disk i na zrcadlený disk zcela konzistentně, přičemž má využití místa na disku 50 %. Výkon je ovlivněn při zápisu dat, ale data nejsou čtena. Poskytuje nejlepší ochranu dat – jakmile funkční disk selže, systém automaticky načte data z zrcadleného disku, což neovlivní práci uživatele.
RAID2 se nazývá Heming Code Disk Array a jeho návrhová myšlenka spočívá v použití Hemingova kódu k dosažení redundance ověřování dat. Čím větší šířka dat, tím větší využití úložného prostoru, ale tím více disků potřebujete. Má schopnost opravovat chyby, ale režie Hemingcode na redundanci dat je příliš velká a rekonstrukce dat je velmi časově náročná, takže RAID2 se v praxi používá jen zřídka.
RAID3 se nazývá dedikovaný paritní proužek, který používá dedikovaný disk jako kontrolní disk a zbytek disků jako datový disk, přičemž data jsou uložena křížově uložená na každém datovém disku v bitech a bajtech. RAID3 vyžaduje alespoň tři disky.
RAID4 a RAID3 fungují na podobném principu. Poskytuje velmi dobrý výkon při čtení, ale špatný zápis. A jak počet členových disků roste, úzké hrdlo systému kontrolního disku se stane výraznějším. V reálných aplikacích je vzácný a běžné úložné produkty jen zřídka používají ochranu RAID4.
RAID5 se nazývá distribuovaný paritní kontrolní součet, což by měla být v současnosti nejběžnější úroveň RAID, a princip je podobný jako u RAID4, ale při současném zápisu v RAID4 nedochází k žádnému omezení výkonu kontrolního disku.
RAID6, nazývaný double parity strip, zavádí koncept dvojitých kontrol k řešení problému integrity dat, když dvě disky selžou současně, což jiné RAID třídy nedokážou vyřešit. Nicméně stojí mnohem více než RAID5, má špatný výkon zápisu a je velmi složitý na návrh a implementaci. Proto se RAID6 v praxi používá jen zřídka a obecně představuje ekonomickou alternativu k řešením RAID10.
Standardní RAID úrovně mají své silné i slabé stránky. Kombinujte více úrovní RAID, abyste dosáhli doplňujících se výhod a kompenzovali vzájemné nedostatky, a dosáhli tak systému RAID s vyšším výkonem, bezpečností dat a dalšími ukazateli. Samozřejmě, náklady na implementaci této úrovně jsou obecně velmi vysoké a používají se jen v několika konkrétních případech. Ve skutečnosti jsou široce používány pouze RAID01 a RAID10.
RAID01 se nejprve pruhuje a poté zrcadlí, což v podstatě slouží k zobrazení fyzického disku; RAID10 je nejprve vyobrazit a pak stripovat, což znamená zobrazovat virtuální disk. Ve stejné konfiguraci má RAID01 obvykle lepší odolnost vůči chybám než RAID10. RAID01 kombinuje výhody RAID0 a RAID1, přičemž celková využití disku je pouze 50 %.
4. Srovnání běžných úrovní RAID
Konfigurace RAID
Úroveň/popis: | Odolnost vůči chybám | zásluha | nedostatek | RAID 0
Mapujte data napříč disky a vytvářejte velké virtuální disky. Protože každý fyzický disk zpracovává pouze část požadavku, může poskytovat vyšší výkon. Pokud však jeden disk selže, virtuální disk (VD) se stane nepřístupným a data budou trvale ztracena. | ne | Lepší výkon
Další úložiště | Nesmí být používán pro kritická data | RAID 1
Zrcadlí data, ulož datovou redundanci na dva disky. Pokud jeden disk selže, druhý disk převezme roli primárního disku. | Disková chyba
Selhání jednoho disku | Vysoký výkon čtení
Rychlé zotavení po selhání disku
Redundance dat | Disková režie je velká
Omezená kapacita | RAID 5
Mapujte data napříč disky a ukládejte paritní bity každého datového pásu na různé disky ve virtuálním disku. Paritní bit obsahuje informace, které lze použít k rekonstrukci dat z nefunkčního disku z jiného disku v případě selhání jednoho disku. | Disková chyba
Selhání jednoho disku | Efektivní využití kapacity pohonu
Vysoký výkon čtení
Střední až vysoký zápisový výkon | Středně mírný dopad na poruchu disku
Díky přepočítání parity je doba rekonstrukce delší | RAID 6
Mapujte data napříč disky a ukládejte paritní bity každého datového pásu na různé disky ve virtuálním disku. Na rozdíl od RAID 5 RAID 6 provádí dva výpočty parity (P a Q), což mu umožňuje odolat poruchám dvou disků. | Redundance dat
Vysoký výkon čtení | Disková chyba
Selhání dvou disků | Výkon zápisu je snížen kvůli dvěma výpočtům parity
Protože je ekvivalentní použití 2 disků pro paritu, existuje dodatečná cena | RAID 10
Proužky na sadě zrcadel. Disková režie je vysoká, ale je to skvělé řešení pro vysoký výkon, redundanci a rychlé zotavení v případě selhání disku. | Disková chyba
Jedna porucha disku na sadu obrazů | Vysoký výkon čtení
RAID skupiny s až 192 disky mohou být podporovány | Nejvyšší náklady | RAID 50
RAID 5 strip na scéně. Snížením počtu čtení na disku na výpočet parity lze s RAID 5 zlepšit výkon v závislosti na konfiguraci. | Disková chyba
Jedno selhání disku na každé pole | Vysoký výkon čtení
Střední až vysoký zápisový výkon
RAID skupiny s až 192 disky mohou být podporovány | Středně mírný dopad na poruchu disku
Díky přepočítání parity je doba rekonstrukce delší | RAID 60
RAID 6 strip na scéně. S menším počtem čtení disku na výpočet parity lze výkon RAID 6 zlepšit v závislosti na konfiguraci. | Disková chyba
Dva disky selžou na jeden rozsah | Vysoký výkon čtení
RAID skupiny s až 192 disky mohou být podporovány | Výkon zápisu je snížen kvůli dvěma výpočtům parity
Protože je ekvivalentní použití 2 disků pro paritu, existuje dodatečná cena |
5. Rozdíl v softwaru a hardwaru v RAIDu
Soft RAID
Soft RAID nemá samostatný řídicí čip ani I/O čip a operační systém i CPU implementují všechny funkce RAIDu. Moderní operační systémy v podstatě nabízejí podporu soft RAID, která poskytuje abstrakci mezi fyzickými a logickými disky přidáním softwarové vrstvy nad ovladače diskových zařízení. V současnosti jsou nejběžnějšími RAID hodnoceními podporovanými operačním systémem RAID0, RAID1, RAID10, RAID01 a RAID5. Například Windows Server podporuje RAID0, RAID1 a RAID5, Linux podporuje RAID0, RAID1, RAID4, RAID5, RAID6 atd., a Mac OS X Server, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, Solaris a další operační systémy také podporují odpovídající úrovně RAID.
Správa konfigurace a obnova dat v soft RAID jsou relativně jednoduché, ale všechny RAID úkoly jsou kompletně dokončeny CPU, například výpočet kontrolních hodnot, takže efektivita provádění je relativně nízká.
Soft RAID je implementován operačním systémem, takže oddíl, kde se systém nachází, nelze použít jako logický členský disk RAID a soft RAID nemůže chránit systémový disk D. U některých operačních systémů jsou konfigurační informace RAID uloženy v systémových informacích, nikoli jako samostatný soubor na disku. Tímto způsobem, když systém neočekávaně spadne a je potřeba jej znovu nainstalovat, informace o RAID se ztratí. Navíc technologie odolnosti vůči chybám disku plně nepodporuje online výměnu, hot swapping nebo hot swapping, a zda dokáže podporovat hot swap nesprávného disku, závisí na implementaci operačního systému.
Hard RAID
Hard RAID má vlastní RAID řídicí procesory a I/O procesory, a dokonce i bufferování polí, což je nejlepší z těchto tří typů implementací z hlediska využití CPU a celkového výkonu, ale zároveň má nejvyšší náklady na implementaci. Hard RAID obvykle podporuje technologii hot-swapping, která nahrazuje selhávající disky během běhu systému.
Hard RAID se skládá z RAID karty a RAID čipu integrovaných na základní desce a serverové platformy často používají RAID karty. RAID karta se skládá ze 4 částí: procesoru RAID jádra (CPU na RAID kartě), portu, cache a baterie. Mezi nimi porty označují typy diskových rozhraní podporovaných RAID kartami, jako jsou IDE/ATA, SCSI, SATA, SAS, FC a další rozhrania.
Kombinace tvrdého a měkkého RAID
Soft RAID není příliš dobrý a nechrání systémové oddíly, což ztěžuje jeho aplikaci na desktopové systémy. Hard RAID je velmi drahý a různé RADy jsou nezávislé na sobě a nejsou interoperabilní. Proto lidé používají kombinaci softwaru a hardwaru k implementaci RAID, aby dosáhli kompromisu mezi výkonem a náklady, tedy vysokého nákladu.
Ačkoliv tento RAID používá procesorový řídicí čip, kvůli úsporě nákladů je často levnější a má slabší výpočetní výkon, a většinu RAID úkolů stále provádí CPU prostřednictvím ovladačů firmwaru.
6. Výběr žádosti RAID
Při výběru RAID úrovně jsou tři hlavní faktory: dostupnost dat, výkon I/O a náklady. Pokud není potřeba dostupnost, zvolte RAID0 pro vysoký výkon. Pokud je důležitá dostupnost a výkon a cena není hlavním faktorem, zvolte RAID1 podle počtu disků. Pokud jsou dostupnost, cena a výkon stejně důležité, vyberte RAID3 nebo RAID5 na základě obecného přenosu dat a počtu disků. V praktických aplikacích by měla být vhodná úroveň RAID zvolena na základě charakteristik a specifických podmínek uživatelské datové aplikace, s ohledem na dostupnost, výkon a náklady.
|
Zveřejněno 3. 10. 2021 20:57:56
|
|
|
|
Pronajímatel|
Zveřejněno 29. 10. 2021 09:16:23
|
