1. RAID pārskats
1988. gadā Kalifornijas Universitāte Bērklijā ierosināja RAID (RedundantArrayofInexpensiveDisks) koncepciju, un, tā kā disku izmaksas turpināja samazināties, RAID kļuva (RedundantArrayofIndependentDisks), bet viela nemainījās. SNIA, Berkeley un citas organizācijas ir iestatījušas septiņus RAID0 ~ RAID6 līmeņus kā standarta RAID līmeņus, un standarta RAID var apvienot citos RAID līmeņos, un visbiežāk izmantotie līmeņi ir RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 un RAID10. Katrs RAID līmenis ir ieviešanas metode un tehnoloģija, un līmeņi nav atšķirīgi. Praktiskos pielietojumos jāizvēlas atbilstošs RAID līmenis un specifiskas ieviešanas metodes, pamatojoties uz lietotāja datu lietojumprogrammas īpašībām, ņemot vērā pieejamību, veiktspēju un izmaksas.
No īstenošanas viedokļa RAID galvenokārt ir sadalīts trīs veidos: mīkstais RAID, cietais RAID un hibrīds RAID. Visas mīkstā RAID funkcijas veic operētājsistēma un CPU, kas, protams, ir vismazāk efektīvs. Cietais RAID ir aprīkots ar specializētām RAID vadības/apstrādes mikroshēmām un I/O apstrādes mikroshēmām un masīvu buferiem, kas neaizņem CPU resursus, bet ir dārgi. Hibrīdam RAID ir RAID vadības / apstrādes mikroshēmas, bet trūkst I/O apstrādes mikroshēmu, kuru pabeigšanai nepieciešams CPU un draiveri, un veiktspēja un izmaksas ir starp mīksto un cieto RAID.
2. Pamatprincipi
RAID ir disku apakšsistēma, kas sastāv no vairākiem neatkarīgiem, augstas veiktspējas diskdziņiem, tādējādi nodrošinot augstāku atmiņas veiktspēju un datu dublēšanas tehnoloģiju nekā viens disks. RAID ir vairāku disku pārvaldības tehnoloģijas klase, kas nodrošina augstas veiktspējas krātuvi ar augstu datu uzticamību par pieņemamām izmaksām resursdatora videi. Divi galvenie RAID mērķi ir uzlabot datu uzticamību un I/O veiktspēju. Disku masīvā dati tiek sadalīti vairākos diskos, bet datorsistēmai tas ir kā viens disks. Dublēšana tiek panākta, vienlaikus ierakstot vienus un tos pašus datus vairākos diskos (parasti spoguļojot) vai ierakstot aprēķinātos pārbaudes datus masīvā, nodrošinot, ka datu zudums netiek radīts, ja viens disks neizdodas.
RAID ir trīs galvenie jēdzieni un paņēmieni: spoguļošana, datu noņemšana un datu paritāte:
Spoguļošana, kas replicē datus vairākos diskos, uzlabo uzticamību, no vienas puses, un uzlabo lasīšanas veiktspēju, vienlaikus nolasot datus no divām vai vairākām replikām. Acīmredzot attēla rakstīšanas veiktspēja ir nedaudz zemāka, un ir nepieciešams vairāk laika, lai nodrošinātu, ka dati tiek pareizi ierakstīti vairākos diskos.
Datu sloksnes, kas glabā datu fragmentus vairākos dažādos diskos, un vairākas datu šķembas kopā veido pilnīgu datu kopiju, kas atšķiras no vairākām spoguļošanas kopijām, un to bieži izmanto veiktspējas apsvērumu dēļ. Datu sloksnēm ir augstāka vienlaicīguma detalizācija, un, piekļūstot datiem, tie var lasīt un rakstīt datus dažādos diskos vienlaikus, kā rezultātā tiek ievērojami uzlabota I/O veiktspēja.
Datu pārbaude, izmantojot liekus datus datu kļūdu atklāšanai un labošanai, liekos datus parasti aprēķina ar Hemingveja kodu, XOR darbību un citiem algoritmiem. Verifikācijas funkcija var ievērojami uzlabot disku masīvu uzticamību, laupīšanu un kļūdu toleranci. Tomēr datu validācijai ir jānolasa dati no vairākiem avotiem, jāaprēķina un jāsalīdzina, kas var ietekmēt sistēmas veiktspēju.
Dažādas RAID pakāpes izmanto vienu vai vairākas no trim tehnoloģijām, lai sasniegtu atšķirīgu datu uzticamību, pieejamību un I/O veiktspēju. Attiecībā uz to, kuru RAID izstrādāt (vai pat jaunu pakāpi vai tipu) vai kādu RAID veidu izmantot, ir jāizdara saprātīga izvēle, pamatojoties uz dziļu izpratni par sistēmas vajadzībām, un visaptveroši jāizvērtē uzticamība, veiktspēja un izmaksas, lai panāktu kompromisu.
Vispārīgi runājot, RAID galvenās priekšrocības ir: liela ietilpība, augsta veiktspēja, uzticamība un vadāmība.
3. RAID vērtējums
JBOD (JustaBunchOfDisks) nav standarta RAID līmenis, to bieži izmanto, lai attēlotu disku kolekciju, kurai nav vadības programmatūras, lai nodrošinātu koordinētu kontroli. JBOD savieno vairākus fiziskos diskus virknē, lai nodrošinātu milzīgu loģisko disku. Krātuves veiktspēja ir tieši tāda pati kā viena diska, un tā nenodrošina datu drošību. Pieejamā krātuves ietilpība ir vienāda ar visu dalībnieku disku krātuves vietas summu.
RAID0, ko sauc par svītrošanu, ir vienkārša, nepārbaudīta datu svītrošanas tehnoloģija. Veiktspēja ir visaugstākā no visiem RAID līmeņiem. Netiek nodrošināta nekāda veida atlaišanas politika. 100% uzglabāšanas vietas izmantošana.
RAID1 sauc par spoguļošanu, un tas pilnīgi konsekventi ieraksta datus darba diskā un spoguļdiskā, un tā vietas izmantošana diskā ir 50%. Veiktspēja tiek ietekmēta, kad dati tiek rakstīti, bet dati netiek lasīti. Tas nodrošina vislabāko datu aizsardzību, tiklīdz darba disks neizdodas, sistēma automātiski nolasa datus no spoguļa diska, kas neietekmēs lietotāja darbu.
RAID2 sauc par Heming Code Disk Array, un tā dizaina ideja ir izmantot Heming Code, lai panāktu datu pārbaudes dublēšanu. Jo lielāks datu platums, jo lielāks ir krātuves vietas izmantojums, bet jo vairāk disku ir nepieciešams. Tam ir iespēja labot kļūdas, bet Hemingcode datu dublēšana ir pārāk liela un datu rekonstrukcija ir ļoti laikietilpīga, tāpēc RAID2 praksē tiek izmantots reti.
RAID3 sauc par īpašu paritātes joslu, kas izmanto īpašu disku kā pārbaudes disku un pārējos diskus kā datu disku, un dati tiek glabāti katrā datu diskā bitos un baitos. RAID3 nepieciešami vismaz trīs diski.
RAID4 un RAID3 darbojas pēc tā paša principa. Nodrošina ļoti labu lasīšanas veiktspēju, bet sliktu rakstīšanas veiktspēju. Un, palielinoties dalībnieku disku skaitam, kontrolsummas diska sistēmas vājā vieta kļūs pamanāmāka. Tas ir reti sastopams reālās pasaules lietojumprogrammās, un mainstream uzglabāšanas produkti reti izmanto RAID4 aizsardzību.
RAID5 sauc par sadalīto paritātes kontrolsummas sloksni, kurai šobrīd vajadzētu būt visizplatītākajam RAID līmenim, un princips ir līdzīgs RAID4 principam, bet RAID4 vienlaicīgas rakstīšanas operāciju laikā pārbaudes diska veiktspējā nav sastrēguma.
RAID6, ko sauc par dubultās paritātes joslu, ievieš dubulto pārbaužu jēdzienu, lai atrisinātu datu integritātes problēmu, kad divi diski neizdodas vienlaicīgi, ko citas RAID klases nevar atrisināt. Tomēr tas maksā daudz vairāk nekā RAID5, tam ir slikta rakstīšanas veiktspēja, un to ir ļoti sarežģīti izstrādāt un ieviest. Tāpēc RAID6 praksē tiek izmantots reti, un tas parasti ir ekonomiska alternatīva RAID10 risinājumiem.
Standarta RAID līmeņiem ir savas stiprās un vājās puses. Apvienojiet vairākus RAID līmeņus, lai iegūtu papildinošas priekšrocības un kompensētu viens otra trūkumus, lai sasniegtu RAID sistēmu ar augstāku veiktspēju, datu drošību un citiem rādītājiem. Protams, kombinācijas līmeņa ieviešanas izmaksas parasti ir ļoti dārgas un tiek izmantotas tikai dažos īpašos gadījumos. Faktiski tiek plaši izmantoti tikai RAID01 un RAID10.
RAID01 vispirms ir svītrains un pēc tam spoguļots, kas būtībā ir fiziskā diska attēlošana; RAID10 ir attēls vispirms un pēc tam svītra, kas ir attēls virtuālo disku. Tajā pašā konfigurācijā RAID01 parasti ir labāka kļūdu tolerance nekā RAID10. RAID01 apvieno RAID0 un RAID1 priekšrocības, ar kopējo diska izmantošanu tikai 50%.
4. Galveno RAID līmeņu salīdzinājums
RAID konfigurācija
Līmenis/apraksts: | Kļūdu tolerance | Nopelniem | Trūkums | RAID 0
Kartējiet datus dažādos diskos, lai izveidotu lielus virtuālos diskus. Tā kā katrs fiziskais disks apstrādā tikai daļu pieprasījuma, tas var nodrošināt augstāku veiktspēju. Tomēr, ja viens disks neizdodas, virtuālais disks (VD) kļūs nepieejams un dati tiks neatgriezeniski zaudēti. | ne | Labāka veiktspēja
Papildu krātuve | To nedrīkst izmantot kritiskiem datiem | RAID 1
Spoguļojiet datus, saglabājiet datu dublēšanu divos diskos. Ja viens disks neizdodas, otrs disks pārņems kā primāro disku. | Diska kļūda
Viena diska kļūme | Augsta lasīšanas veiktspēja
Ātra atkopšana pēc diska kļūmes
Datu dublēšana | Diska pieskaitāmās izmaksas ir lielas
Ierobežota kapacitāte | RAID 5
Kartējiet datus starp diskiem un saglabājiet katras datu joslas paritātes bitus dažādos VD diskos. Paritātes bits satur informāciju, ko var izmantot, lai rekonstruētu datus no neveiksmīga diska no cita diska viena diska kļūmes gadījumā. | Diska kļūda
Viena diska kļūme | Efektīva piedziņas jaudas izmantošana
Augsta lasīšanas veiktspēja
Vidēja līdz augsta rakstīšanas veiktspēja | Mērena diska atteices ietekme
Paritātes pārrēķināšanas dēļ rekonstrukcijas laiks ir ilgāks | RAID 6
Kartējiet datus starp diskiem un saglabājiet katras datu joslas paritātes bitus dažādos VD diskos. Atšķirībā no RAID 5, RAID 6 veic divus paritātes aprēķinus (P un Q), ļaujot tam izturēt divu disku kļūmes. | Datu dublēšana
Augsta lasīšanas veiktspēja | Diska kļūda
Divu disku kļūme | Rakstīšanas veiktspēja ir samazināta divu paritātes aprēķinu dēļ
Tā kā tas ir līdzvērtīgs 2 disku izmantošanai paritātei, ir papildu izmaksas | RAID 10
Sloksnes uz spoguļu komplekta. Diska pieskaitāmās izmaksas ir augstas, taču tas ir lielisks risinājums augstai veiktspējai, dublēšanai un ātrai atkopšanai diska atteices gadījumā. | Diska kļūda
Viena diska kļūme katrā attēlu kopā | Augsta lasīšanas veiktspēja
Var atbalstīt RAID grupas ar līdz 192 diskdziņiem | Visaugstākās izmaksas | RAID 50
RAID 5 sloksne komplektā. Samazinot diska nolasījumus uz paritātes aprēķinu, veiktspēju var uzlabot ar RAID 5 atkarībā no konfigurācijas. | Diska kļūda
Viena diska kļūme vienā diapazonā | Augsta lasīšanas veiktspēja
Vidēja līdz augsta rakstīšanas veiktspēja
Var atbalstīt RAID grupas ar līdz 192 diskdziņiem | Mērena diska atteices ietekme
Paritātes pārrēķināšanas dēļ rekonstrukcijas laiks ir ilgāks | RAID 60
RAID 6 sloksne komplektā. Ar mazāku diska nolasījumu skaitu vienā paritātes aprēķinā, veiktspēju var uzlabot ar RAID 6 atkarībā no konfigurācijas. | Diska kļūda
Divi diski neizdodas vienā diapazonā | Augsta lasīšanas veiktspēja
Var atbalstīt RAID grupas ar līdz 192 diskdziņiem | Rakstīšanas veiktspēja ir samazināta divu paritātes aprēķinu dēļ
Tā kā tas ir līdzvērtīgs 2 disku izmantošanai paritātei, ir papildu izmaksas |
5. RAID programmatūras un aparatūras atšķirība
Mīkstais RAID
Soft RAID nav īpašas vadības mikroshēmas un I/O mikroshēmas, un operētājsistēma un CPU īsteno visas RAID funkcijas. Mūsdienu operētājsistēmas būtībā piedāvā mīksto RAID atbalstu, nodrošinot abstrakciju starp fiziskajiem un loģiskajiem diskdziņiem, pievienojot programmatūras slāni virs diska ierīču draiveriem. Pašlaik visbiežāk izmantotie RAID vērtējumi, ko atbalsta operētājsistēma, ir RAID0, RAID1, RAID10, RAID01 un RAID5. Piemēram, Windows Server atbalsta RAID0, RAID1 un RAID5, Linux atbalsta RAID0, RAID1, RAID4, RAID5, RAID6 utt., un Mac OS X Server, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, Solaris un citas operētājsistēmas atbalsta arī atbilstošos RAID līmeņus.
Mīkstā RAID konfigurācijas pārvaldība un datu atgūšana ir salīdzinoši vienkārša, taču CPU pilnībā pabeidz visus RAID uzdevumus, piemēram, pārbaudes vērtību aprēķināšanu, tāpēc izpildes efektivitāte ir salīdzinoši zema.
Mīksto RAID īsteno operētājsistēma, tāpēc nodalījumu, kurā atrodas sistēma, nevar izmantot kā RAID loģisko dalībnieka disku, un mīkstais RAID nevar aizsargāt sistēmas disku D. Dažām operētājsistēmām RAID konfigurācijas informācija tiek glabāta sistēmas informācijā, nevis kā atsevišķs fails diskā. Tādā veidā, kad sistēma negaidīti avarē un ir jāinstalē atkārtoti, RAID informācija tiek zaudēta. Turklāt diska kļūdu tolerances tehnoloģija pilnībā neatbalsta tiešsaistes nomaiņu, karsto maiņu vai karsto maiņu, un tas, vai tas var atbalstīt nepareiza diska karsto maiņu, ir saistīts ar operētājsistēmas ieviešanu.
Cietais RAID
Hard RAID ir savas RAID vadības apstrādes un I/O apstrādes mikroshēmas un pat masīva buferizācija, kas ir labākais no trim ieviešanas veidiem CPU izmantošanas un vispārējās veiktspējas ziņā, bet tam ir arī visaugstākās ieviešanas izmaksas. Cietā RAID parasti atbalsta karstās maiņas tehnoloģiju, kas aizstāj neveiksmīgos diskus, kamēr sistēma darbojas.
Cietais RAID sastāv no RAID kartes un RAID mikroshēmas, kas integrēta mātesplatē, un serveru platformas bieži izmanto RAID kartes. RAID karte sastāv no 4 daļām: RAID kodola apstrādes mikroshēmas (RAID kartes procesora), porta, kešatmiņas un akumulatora. Starp tiem porti attiecas uz RAID karšu atbalstītajiem disku interfeisu veidiem, piemēram, IDE/ATA, SCSI, SATA, SAS, FC un citām saskarnēm.
Jaukts cietais un mīkstais RAID
Soft RAID nav ļoti labs un neaizsargā sistēmas starpsienas, apgrūtinot to pieteikšanu darbvirsmas sistēmām. Cietais RAID ir ļoti dārgs, un dažādi RAD ir neatkarīgi viens no otra un nav sadarbspējīgi. Tāpēc cilvēki izmanto programmatūras un aparatūras kombināciju, lai ieviestu RAID, lai iegūtu kompromisu starp veiktspēju un izmaksām, tas ir, augstu izmaksu veiktspēju.
Lai gan šis RAID izmanto apstrādes vadības mikroshēmu, lai ietaupītu izmaksas, mikroshēma bieži ir lētāka un tai ir vājāka apstrādes jauda, un lielāko daļu RAID uzdevumu apstrādes joprojām veic CPU, izmantojot programmaparatūras draiverus.
6. RAID lietojumprogrammu izvēle
RAID līmeņa izvēlē ir trīs galvenie faktori: datu pieejamība, I/O veiktspēja un izmaksas. Ja pieejamība nav nepieciešama, izvēlieties RAID0 augstai veiktspējai. Ja pieejamība un veiktspēja ir svarīga un izmaksas nav svarīgs faktors, izvēlieties RAID1, pamatojoties uz disku skaitu. Ja pieejamība, izmaksas un veiktspēja ir vienlīdz svarīgas, izvēlieties RAID3 vai RAID5, pamatojoties uz vispārējo datu pārsūtīšanu un disku skaitu. Praktiskos pielietojumos atbilstošais RAID līmenis jāizvēlas, pamatojoties uz lietotāja datu lietojumprogrammas īpašībām un īpašiem nosacījumiem, ņemot vērā pieejamību, veiktspēju un izmaksas.
|
Publicēts 2021-10-3 20:57:56
|
|
|
|
Saimnieks|
Publicēts 2021-10-29 09:16:23
|
