1. RAID áttekintés
1988-ban a Kaliforniai Egyetem, Berkeley, felvetette a RAID (RedundantArrayofInexpensiveDisks) fogalmát, és ahogy a lemezek ára tovább csökkent, a RAID (RedundantArrayofIndependentDisks) lett, de az anyag nem változott. A SNIA, a Berkeley és más szervezetek a RAID0~RAID6 hét szintjét szabványos RAID szintként állították be, és a standard RAID kombinálható más RAID szintekkel, és a leggyakrabban használt szintek a RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 és RAID10. Minden RAID szint egy megvalósítási módszert és technológiát képvisel, és nincs különbség a szintek között. Gyakorlati alkalmazásokban a megfelelő RAID szintet és a konkrét megvalósítási módszereket a felhasználó adatalkalmazásának jellemzői alapján kell kiválasztani, figyelembe véve a rendelkezésre állást, a teljesítményt és a költséget.
Megvalósítás szempontjából a RAID főként három típusra oszlik: soft RAID, hard RAID és hibrid RAID. A soft RAID minden funkcióját az operációs rendszer és a CPU végzi, ami természetesen a legkevésbé hatékony. A Hard RAID speciális RAID vezérlő/feldolgozó chipekkel, valamint I/O feldolgozó chipekkel és tömbppölekkel van felszerelve, amelyek nem foglalnak el CPU-t, de költségesek. A hibrid RAID-ben RAID vezérlő/feldolgozó chipek vannak, de hiányoznak az I/O feldolgozó chipek, amelyek teljesítéséhez CPU és driverek szükségesek, és a teljesítmény és költség a soft és hard RAID között mozog.
2. Alapelvek
A RAID egy lemezalrendszer, amely több független, nagy teljesítményű lemezmeghajtóból áll, így magasabb tárolási teljesítményt és adatredundancia technológiát biztosít, mint egyetlen lemez. A RAID egy olyan többlemezes menedzsment technológia osztálya, amely magas teljesítményű tárolást biztosít és nagy adatmegbízhatóságot biztosít megfizethető költséggel a gazda környezet számára. A RAID két fő célja az adatok megbízhatóságának és az I/O teljesítményének javítása. Egy lemeztömbben az adatok több lemezre vannak elosztva, de egy számítógépes rendszerben ez olyan, mint egyetlen lemez. A redundancia úgy érhető el, hogy ugyanazt az adatot egyszerre több lemezre írják (általában például tükrözés), vagy úgy írják ki a kiszámított ellenőrző adatokat egy tömbbe, hogy biztosítsák, hogy egyetlen lemez meghibásodik, hogy ne okozzon adatvesztés.
A RAID-ben három fő fogalma és technika létezik: Mirroring, DataStripping és Dataparity:
A tükrözés, amely több lemezre replikál adatokat, egyrészt javítja a megbízhatóságot, és javítja az olvasási teljesítményt azáltal, hogy két vagy több replika adatait egyszerre olvassuk. Nyilvánvalóan a kép írási teljesítménye kissé alacsonyabb, és több időbe telik, mire az adatok helyesen több lemezre íródnak.
Az adatcsíkozás, amely több különböző lemezen tárolja az adatszilánkokat, és több adattöredéket együtt alkot egy teljes adatmásolatot, ami eltér a több tükrözős másolattól, és gyakran használják teljesítmény szempontból. Az adatsávok nagyobb párhuzamos részletességgel rendelkeznek, és amikor adatokat érnek el, egyszerre olvashatnak és írnak adatokat különböző lemezeken, ami jelentős I/O teljesítményjavulást eredményez.
Az adatellenőrzést, amely redundáns adatokat használ az adathiba felismerésére és javítására, a redundáns adatokat általában Hemingway-kóddal, XOR művelettel és más algoritmusokkal számítják ki. Az ellenőrző funkció jelentősen javíthatja a lemeztömbök megbízhatóságát, rablását és hibatűrését. Az adatellenőrzéshez azonban több forrásból kell olvasni, kiszámítani és összehasonlítani, ami befolyásolhatja a rendszer teljesítményét.
A RAID különböző fokozatai az egyik vagy több technológia közül alkalmaznak, hogy különböző adatmegbízhatóságot, elérhetőséget és I/O teljesítményt érjenek el. Ami a RAID-et tervezni (vagy akár új minőséget vagy típust), vagy milyen RAID módot kell használni, szükséges ésszerű döntést hozni a rendszer szükségleteinek mélyreható megértése alapján, valamint átfogó értékelésre a megbízhatóságot, teljesítményt és költséget a kompromisszum érdekében.
Általánosságban a RAID fő előnyei: nagy kapacitás, nagy teljesítmény, megbízhatóság és kezelhetőség.
3. RAID besorolás
A JBOD (JustaBunchOfDisks) nem egy szabványos RAID szint, gyakran használják olyan lemezgyűjtemény megjelenítésére, amelyekben nincs vezérlőszoftver a koordinált vezérlés biztosításához. A JBOD több fizikai lemezt sorba köt, hogy hatalmas logikai lemezt biztosítson. A tárolási teljesítmény pontosan ugyanaz, mint egyetlen lemeznél, és nem nyújt adatbiztonságot. A rendelkezésre álló tárolókapacitás megegyezik az összes taglemez tárolóhelyének összegével.
A RAID0, az úgynevezett csíkozás, egy egyszerű, ellenőrizetlen adatcsíkozási technológia. A teljesítmény a legmagasabb az összes RAID szint közül. Semmilyen redundancia szabályzat nem vonatkozik. 100%-os tárolóhely kihasználása.
A RAID1-et mirroringnek hívják, amely teljesen következetesen ír adatokat a működő lemezre és a tükrözött lemezre, és a koronc-tér felhasználása 50%. A teljesítmény romlik, amikor az adatokat írják, de az adatokat nem olvassák el. Ez biztosítja a legjobb adatvédelmet, amikor a munkalemez meghibásodik, a rendszer automatikusan felolvassa az adatokat a tükrözött lemezről, ami nem befolyásolja a felhasználó munkáját.
A RAID2 neve Heming Code Disk Array néven, és a tervezési ötlete az, hogy a Heming Code segítségével érje el az adatellenőrzési redundanciát. Minél nagyobb az adatszélesség, annál nagyobb a tárolóhely használata, de annál több lemezre van szükség. Képes hibákat kijavítani, de a Hemingcode adatredundancia túlterhelése túl nagy, és az adatok újrakonstrukciója nagyon időigényes, így a RAID2-t ritkán használják a gyakorlatban.
A RAID3-at dedikált paritás sávnak nevezik, amely egy dedikált lemezt használ ellenőrző lemezként, a többi lemezt adatlemezként, és az adatok minden adatlemezen bitekben és bájtokban tárolódnak. A RAID3-hoz legalább három lemez szükséges.
A RAID4 és a RAID3 nagyjából ugyanazon az elven dolgozik. Nagyon jó olvasási teljesítményt nyújt, de gyenge írási teljesítményt. Ahogy a tagkorongok száma nő, a checksum lemez rendszeres szűk keresztmetszete egyre nyilvánvalóbbá válik. Ez ritka a valós alkalmazásokban, és a mainstream tárolók ritkán alkalmaznak RAID4 védelmet.
A RAID5-öt elosztott paritás-ellenőrző csíknak hívják, amely jelenleg a leggyakoribb RAID szint, és az elv hasonló a RAID4-hez, de a RAID4-ben nincs szűk keresztmetszet a tesztlemez teljesítményében az egyidejű írási műveletek során.
A RAID6, amelyet dupla paritetás sávnak hívnak, bevezeti a dupla ellenőrzések fogalmát, hogy megoldja az adatintegritás problémáját, amikor két lemez egyszerre hibásodik, amit más RAID osztályok nem tudnak megoldani. Viszont sokkal többe kerül, mint a RAID5, gyenge írási teljesítményű, és nagyon összetett tervezés és megvalósítás. Ezért a RAID6-ot ritkán használják a gyakorlatban, és általában gazdaságos alternatíva a RAID10 megoldásokkal szemben.
A standard RAID szinteknek megvannak az erősségeik és gyengeségeik. Több RAID szintet kombinálni, hogy kiegészítő előnyöket érjenek el és pótolják egymás hiányosságait, így egy RAID rendszert érünk el magasabb teljesítménysel, adatbiztonsággal és egyéb mutatókkal. Természetesen a kombinációs szint megvalósítási költsége általában nagyon drága, és csak néhány konkrét esetben használják. Valójában csak a RAID01 és a RAID10 széles körben használatos.
A RAID01-et először csíkozott, majd tükrözik, ami lényegében a fizikai lemez képét szolgálja; A RAID10 először képet készít, majd a csíkot, ami a virtuális lemez képét képezi. Ugyanezen konfiguráción a RAID01 általában jobb hibatűréssel rendelkezik, mint a RAID10. A RAID01 ötvözi a RAID0 és RAID1 előnyeit, az összesített lemezhasználat mindössze 50%-os.
4. A mainstream RAID szintek összehasonlítása
RAID konfiguráció
Szint/Leírás: | Hibatűrés | érdem | Hiány | RAID 0
Térképezz adatokat meghajtók között, hogy nagy virtuális lemezeket hozz létre. Mivel minden fizikai lemez csak a kérés egy részét dolgozza fel, nagyobb teljesítményt nyújthat. Ha azonban egy meghajtó meghibásodik, a virtuális lemez (VD) elérhetetlenné válik, és az adatok véglegesen elvesznek. | nem | Jobb teljesítmény
További tárolás | Nem szabad kritikus adatokhoz használni | RAID 1
Tükrözd az adatokat, tárold az adatredundanciát két meghajtón. Ha az egyik lemez meghibásodik, a másik lemez veszi át az elsődleges meghajtó szerepét. | Lemezhiba
Egyetlen lemezhiba | Magas olvasási teljesítmény
Gyorsan helyreállj meghajtóhiba után
Adatredundancia | A lemez túlterhelése nagy
Korlátozott kapacitás | RAID 5
Térképezd le az adatokat a meghajtók között, és tárold az egyes adatsávok pariitásbitjeit különböző meghajtókon VD-ben. A paritásbit olyan információkat tartalmaz, amelyeket egy meghibásodott lemezről egy másik lemezről rekonstruálni lehet egyetlen lemezhiba esetén. | Lemezhiba
Egyetlen lemezhiba | A meghajtókapacitás hatékony felhasználása
Magas olvasási teljesítmény
Közepes és magas írási teljesítmény | Közepes lemezhiba hatása
A paritetás újraszámítása miatt a rekonstrukciós idő hosszabb | RAID 6
Térképezd le az adatokat a meghajtók között, és tárold az egyes adatsávok pariitásbitjeit különböző meghajtókon VD-ben. Ellentétben a RAID 5-tel, a RAID 6 két pariitás-számítást végez (P és Q), így a kettős lemezes hibákat is kibírja. | Adatredundancia
Magas olvasási teljesítmény | Lemezhiba
Kettős lemezhiba | Az írási teljesítményt két pariitás-számítás csökkenti
Mivel ez egyenértékű, mint 2 lemezt használunk pariitáshoz, plusz költség jár | RAID 10
A tükörkészleten csíkok. A lemez túlterhelése magas, de nagyszerű megoldás a nagy teljesítményre, redundanciára és gyors helyreállításra egy meghajtóhiba esetén. | Lemezhiba
Egy lemezhiba képkészletenként | Magas olvasási teljesítmény
Támogathatók RAID csoportok, amelyek akár 192 meghajtóval is rendelkeznek | A legmagasabb költség | RAID 50
RAID 5 sztript a díszleten. A paritásszámítás szerint csökkentett lemezolvasások csökkentésével a RAID 5-tel a teljesítmény javulhat, a konfigurációtól függően. | Lemezhiba
Egy lemezhiba minden átmérőnként | Magas olvasási teljesítmény
Közepes és magas írási teljesítmény
Támogathatók RAID csoportok, amelyek akár 192 meghajtóval is rendelkeznek | Közepes lemezhiba hatása
A paritetás újraszámítása miatt a rekonstrukciós idő hosszabb | RAID 60
RAID 6 szetszetet a díszleten. Kevesebb lemezolvasással paritetiszszámításonként a RAID 6-tal a teljesítmény javulhat, a konfigurációtól függően. | Lemezhiba
Két lemez hibásodik egy átmérőnként | Magas olvasási teljesítmény
Támogathatók RAID csoportok, amelyek akár 192 meghajtóval is rendelkeznek | Az írási teljesítményt két pariitás-számítás csökkenti
Mivel ez egyenértékű, mint 2 lemezt használunk pariitáshoz, plusz költség jár |
5. RAID szoftver és hardver különbség
Soft RAID
A soft RAID-nek nincs dedikált vezérlőchipje és I/O chipje, és az operációs rendszer és a CPU minden RAID funkciót végrehajt. A modern operációs rendszerek alapvetően soft RAID támogatást kínálnak, absztrakciót biztosítva a fizikai és logikai meghajtók között azáltal, hogy egy szoftverréteget adnak a lemezeszközillesztőprogramok fölé. Jelenleg az operációs rendszer által leggyakrabban támogatott RAID minősítések a RAID0, RAID1, RAID10, RAID01 és RAID5. Például a Windows Server támogatja a RAID0, RAID1 és RAID5 rendszereket, a Linux a RAID0, RAID1, RAID4, RAID5, RAID6 stb., valamint a Mac OS X Server, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, Solaris és más operációs rendszerek is támogatják a megfelelő RAID szinteket.
A soft RAID konfigurációkezelése és adatmentése viszonylag egyszerű, de minden RAID feladatot teljes egészében a CPU végz, például az ellenőrző értékek kiszámítását, így a végrehajtási hatékonyság viszonylag alacsony.
A soft RAID-et az operációs rendszer valósítja meg, így a rendszer található partíciója nem használható a RAID logikai taglemezeként, és a soft RAID nem védi a D rendszerlemezt. Néhány operációs rendszer esetében a RAID konfigurációs információk rendszerinformációban tárolódnak, nem pedig külön fájlként a lemezen. Így amikor a rendszer váratlanul összeomlik és újra kell telepíteni, a RAID információk elvesznek. Ezen túlmenően a lemez hibatűrő technológiája nem támogatja teljes mértékben az online cserét, a hot swap vagy hot swap használatát, és az, hogy támogathatja-e a rossz lemez hot swapját, az az operációs rendszer megvalósításától függ.
Hard RAID
A hard RAID-nek saját RAID vezérlő feldolgozása és I/O feldolgozási chipjei, sőt, még tömbpufferelése is, ami a három megvalósítási típus közül a legjobb CPU-használat és teljesítmény szempontjából, de a legmagasabb megvalósítási költséggel is rendelkezik. A hard RAID általában támogatja a hot-swapping technológiát, amely a rendszer működése közben helyettesíti a meghibásodott lemezeket.
A hard RAID egy RAID kártyából és egy RAID chipből áll, amelyek az alaplapon vannak integrálva, és a szerverplatformok gyakran használnak RAID kártyákat. A RAID kártya négy részből áll: a RAID magfeldolgozó chipből (a RAID-kártyán lévő CPU), a portból, a gyorsítótárból és az akkumulátorból. A portok közé tartoznak a RAID kártyák által támogatott lemezinterfészek típusai, mint például az IDE/ATA, SCSI, SATA, SAS, FC és más interfészek.
Kevert kemény és lágy RAID
A soft RAID nem túl jó, és nem védi a rendszerpartíciókat, így nehéz asztali rendszerekre alkalmazni. A kemény RAID nagyon drága, és a különböző RAD-ek függetlenek egymástól, és nem működnek össze. Ezért az emberek szoftver és hardver kombinációját alkalmazzák a RAID megvalósításához, hogy kompromisszumot érjenek el a teljesítmény és a költség között, vagyis magas költségű teljesítményt.
Bár ez a RAID processzorvezérlő chipet használ, a költségek csökkentése érdekében a chip gyakran olcsóbb és gyengébb feldolgozási teljesítménnyel rendelkezik, és a RAID feladatfeldolgozásának nagy részét továbbra is a CPU végzi firmware illesztőprogramokon keresztül.
6. RAID jelentkezési kiválasztás
A RAID szint kiválasztásának három fő tényezője van: az adatok elérhetősége, az I/O teljesítménye és a költség. Ha nem szükséges, válaszd a RAID0-at a magas teljesítményért. Ha a rendelkezésre állás és a teljesítmény fontos, és a költség nem számít jelentőséggel, válaszd a RAID1-et a lemezek száma alapján. Ha az elérhetőség, a költség és a teljesítmény egyaránt fontos, válasszuk a RAID3-at vagy a RAID5-öt az általános adatátvitel és a lemezszám alapján. Gyakorlati alkalmazásokban a megfelelő RAID szintet a felhasználó adatalkalmazásának jellemzői és konkrét feltételei alapján kell kiválasztani, figyelembe véve a rendelkezésre állást, a teljesítményt és a költséget.
|
Közzétéve: 2021-10-3 20:57:56
|
|
|
|
Háziúr|
Közzétéve: 2021-10-29 09:16:23
|
