1. RAID-oversikt
I 1988 foreslo University of California, Berkeley, konseptet RAID (RedundantArrayofInexpensiveDisks), og ettersom kostnadene for disker fortsatte å synke, ble RAID til (RedundantArrayofIndependentDisks), men innholdet endret seg ikke. SNIA, Berkeley og andre organisasjoner har satt de syv nivåene i RAID0~RAID6 som standard RAID-nivåer, og standard RAID kan kombineres med andre RAID-nivåer, og de mest brukte nivåene er RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 og RAID10. Hvert RAID-nivå representerer en implementeringsmetode og teknologi, og det er ingen forskjell mellom nivåene. I praktiske anvendelser bør passende RAID-nivå og spesifikke implementeringsmetoder velges basert på egenskapene til brukerens dataapplikasjon, med hensyn til tilgjengelighet, ytelse og kostnad.
Fra implementeringsperspektivet deles RAID hovedsakelig inn i tre typer: myk RAID, hard RAID og hybrid RAID. Alle funksjonene til soft RAID utføres av operativsystemet og CPU-en, som naturlig nok er minst effektiv. Hard RAID er utstyrt med spesialiserte RAID-kontroll-/prosesseringsbrikker og I/O-prosesseringsbrikker og arraybuffere, som ikke bruker CPU-ressurser, men er kostbare. Hybrid RAID har RAID-kontroll-/prosesseringsbrikker, men mangler I/O-prosesseringsbrikker, som krever CPU og drivere for å fullføres, og ytelsen og kostnaden ligger mellom myk og hard RAID.
2. Grunnleggende prinsipper
RAID er et disksubsystem bestående av flere uavhengige, høyytelses diskstasjoner, og gir dermed høyere lagringsytelse og dataredundansteknologi enn en enkelt disk. RAID er en klasse av multi-disk administrasjonsteknologi som gir høyytelses lagring med høy datapålitelighet til en overkommelig kostnad for vertsmiljøet. De to hovedmålene med RAID er å forbedre datapålitelighet og I/O-ytelse. I et diskarray er data spredt over flere disker, men for et datasystem er det som en enkelt disk. Redundans oppnås ved å skrive de samme dataene til flere disker samtidig (typisk som speiling) eller ved å skrive beregnet sjekkdata til et array, slik at datatap ikke oppstår når en enkelt disk feiler.
Det finnes tre hovedkonsepter og teknikker i RAID: Speiling, DataStripping og Dataparitet:
Speiling, som replikerer data til flere disker, forbedrer påliteligheten på den ene siden og forbedrer leseytelsen ved å lese data fra to eller flere replikaer samtidig. Selvfølgelig er skriveytelsen til bildet litt lavere, og det tar lengre tid å sikre at dataene skrives riktig til flere disker.
Datastriping, som holder datafragmenter på flere forskjellige disker, og flere datafragmenter sammen danner en komplett kopi av data, noe som skiller seg fra flere kopier av speiling, og det brukes ofte av ytelseshensyn. Datastriper har høyere samtidighetsgranularitet, og når data aksesseres, kan de lese og skrive data på forskjellige disker samtidig, noe som resulterer i en betydelig forbedring i I/O-ytelsen.
Dataverifisering, ved bruk av redundante data for feildeteksjon og reparasjon av datafeil, beregnes vanligvis ved hjelp av Hemingway-kode, XOR-operasjon og andre algoritmer. Verifikasjonsfunksjonen kan i stor grad forbedre påliteligheten, tyveri og feiltoleransen til diskarrayer. Datavalidering krever imidlertid at data leses fra flere kilder, beregnes og sammenlignes, noe som kan påvirke systemets ytelse.
Ulike grader av RAID benytter én eller flere av de tre teknologiene for å oppnå ulik datapålitelighet, tilgjengelighet og I/O-ytelse. Når det gjelder hvilken RAID man skal designe (eller til og med en ny kvalitet eller type) eller hvilken RAID-modus man skal bruke, er det nødvendig å ta et rimelig valg basert på en dyp forståelse av systemets behov, og å grundig vurdere pålitelighet, ytelse og kostnader for å inngå et kompromiss.
Generelt sett er hovedfordelene med RAID: stor kapasitet, høy ytelse, pålitelighet og håndterbarhet.
3. RAID-vurdering
JBOD (JustaBunchOfDisks) er ikke et standard RAID-nivå, det brukes ofte for å representere en samling disker som ikke har kontrollprogramvare for å gi koordinert kontroll. JBOD kobler flere fysiske disker i serie for å gi en enorm logisk disk. Lagringsytelsen er nøyaktig den samme som på en enkelt disk, og den gir ikke datasikkerhet. Den tilgjengelige lagringskapasiteten tilsvarer summen av lagringsplassen til alle medlemsdisker.
RAID0, kalt striping, er en enkel, ukontrollert datastriping-teknologi. Ytelsen er den høyeste av alle RAID-nivåer. Det tilbys ingen oppsigelsespolitikk av noe slag. 100 % utnyttelse av lagringsplass.
RAID1 kalles speiling, og den skriver data til den fungerende disken og den speilede disken helt konsekvent, og har en lagringsplassutnyttelse på 50%. Ytelsen påvirkes når data skrives, men data leses ikke. Den gir best databeskyttelse; når den fungerende disken svikter, leser systemet automatisk dataene fra den speilede disken, noe som ikke påvirker brukerens arbeid.
RAID2 kalles Heming Code Disk Array, og designideen er å bruke Heming-kode for å oppnå dataverifiseringsredundans. Jo større databredde, desto høyere lagringsplassutnyttelse, men jo flere disker trenger du. Den har evnen til å rette feil, men Hemingcodes dataredundansoverhead er for stor og datarekonstruksjon er svært tidkrevende, så RAID2 brukes sjelden i praksis.
RAID3 kalles en dedikert paritetsstripe, som bruker en dedikert disk som kontrolldisk, og resten av diskene som datadisk, og dataene lagres kryss-delt i hver datadisk i biter og bytes. RAID3 krever minst tre disker.
RAID4 og RAID3 fungerer etter omtrent samme prinsipp. Gir veldig god leseytelse, men dårlig skriveytelse. Og etter hvert som antallet medlemsdisker øker, vil systemflaskehalsen til sjekksumdisken bli mer fremtredende. Det er sjeldent i virkelige applikasjoner, og vanlige lagringsprodukter bruker sjelden RAID4-beskyttelse.
RAID5 kalles den distribuerte paritetssjekksumstripen, som bør være det vanligste RAID-nivået i dag, og prinsippet ligner på RAID4, men det finnes ingen flaskehals i ytelsen til sjekkdisken under samtidige skriveoperasjoner i RAID4.
RAID6, kalt double parity strip, introduserer konseptet double checks for å løse problemet med dataintegritet når to disker feiler samtidig, noe andre RAID-klasser ikke kan løse. Det koster imidlertid mye mer enn RAID5, har dårlig skriveytelse, og er veldig komplekst å designe og implementere. Derfor brukes RAID6 sjelden i praksis, og er generelt et økonomisk alternativ til RAID10-løsninger.
Standard RAID-nivåer har sine styrker og svakheter. Kombiner flere RAID-nivåer for å oppnå komplementære fordeler og kompensere for hverandres mangler, slik at man kan oppnå et RAID-system med høyere ytelse, datasikkerhet og andre indikatorer. Selvfølgelig er implementeringskostnaden for kombinasjonsnivået generelt svært høy og brukes bare i noen få spesifikke tilfeller. Faktisk er det kun RAID01 og RAID10 som er mye brukt.
RAID01 stripes først og speiles, noe som i hovedsak er for å avbilde den fysiske disken; RAID10 er å avbilde først og deretter stripe, som er å avbilde den virtuelle disken. Under samme konfigurasjon har RAID01 vanligvis bedre feiltoleranse enn RAID10. RAID01 kombinerer fordelene til RAID0 og RAID1, med en total diskutnyttelse på bare 50 %.
4. Sammenligning av vanlige RAID-nivåer
RAID-konfigurasjon
Nivå/Beskrivelse: | Feiltoleranse | fortjeneste | brist | RAID 0
Kartlegg data på tvers av disker for å lage store virtuelle disker. Siden hver fysisk disk bare behandler en del av forespørselen, kan den gi høyere ytelse. Men hvis én disk feiler, vil den virtuelle disken (VD) bli utilgjengelig og dataene vil gå tapt permanent. | ikke | Bedre ytelse
Ekstra lagring | Den må ikke brukes til kritiske data | RAID 1
Speil data, lagre dataredundans på to disker. Hvis én disk feiler, vil den andre disken ta over som primærstasjon. | Diskfeil
Enkeltdiskfeil | Høy leseytelse
Rask gjenoppretting etter en diskfeil
Dataredundans | Diskoverhead er stor
Begrenset kapasitet | RAID 5
Kartlegg data på tvers av disker og lagre paritetsbitene til hver datastripe på forskjellige disker i VD. Paritetsbiten inneholder informasjon som kan brukes til å rekonstruere data fra en defekt disk fra en annen disk ved en enkelt diskfeil. | Diskfeil
Enkeltdiskfeil | Effektiv utnyttelse av drivkapasitet
Høy leseytelse
Middels til høy skriveytelse | Moderat påvirkning på diskfeil
På grunn av omberegningen av paritet er rekonstruksjonstiden lengre | RAID 6
Kartlegg data på tvers av disker og lagre paritetsbitene til hver datastripe på forskjellige disker i VD. I motsetning til RAID 5 utfører RAID 6 to paritetsberegninger (P og Q), noe som gjør at den tåler feil på to disker. | Dataredundans
Høy leseytelse | Diskfeil
Dobbel diskfeil | Skriveytelsen reduseres på grunn av to paritetsberegninger
Siden det tilsvarer å bruke 2 disker for paritet, påløper det en ekstra kostnad | RAID 10
Strips på speilsettet. Diskbelastningen er høy, men det er en flott løsning for høy ytelse, redundans og rask gjenoppretting ved diskfeil. | Diskfeil
Én diskfeil per bildesett | Høy leseytelse
RAID-grupper med opptil 192 disker kan støttes | Den høyeste kostnaden | RAID 50
RAID 5-stripen på settet. Ved å redusere disklesing per paritetsberegning, kan ytelsen forbedres med RAID 5, avhengig av konfigurasjonen. | Diskfeil
Én diskfeil per periode | Høy leseytelse
Middels til høy skriveytelse
RAID-grupper med opptil 192 disker kan støttes | Moderat påvirkning på diskfeil
På grunn av omberegningen av paritet er rekonstruksjonstiden lengre | RAID 60
RAID 6-stripen på settet. Med færre disklesinger per paritetsberegning kan ytelsen forbedres med RAID 6, avhengig av konfigurasjonen. | Diskfeil
To disker feiler per spenn | Høy leseytelse
RAID-grupper med opptil 192 disker kan støttes | Skriveytelsen reduseres på grunn av to paritetsberegninger
Siden det tilsvarer å bruke 2 disker for paritet, påløper det en ekstra kostnad |
5. Forskjell i RAID-programvare og maskinvare
Myk RAID
Soft RAID har ikke en dedikert kontrollbrikke og I/O-brikke, og operativsystemet og CPU-en implementerer alle RAID-funksjoner. Moderne operativsystemer tilbyr i hovedsak soft RAID-støtte, og gir en abstraksjon mellom fysiske og logiske stasjoner ved å legge til et programvarelag oppå diskenhetsdrivere. For øyeblikket er de vanligste RAID-vurderingene som støttes av operativsystemet RAID0, RAID1, RAID10, RAID01 og RAID5. For eksempel støtter Windows Server RAID0, RAID1 og RAID5, Linux støtter RAID0, RAID1, RAID4, RAID5, RAID6, osv., og Mac OS X Server, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, Solaris og andre operativsystemer støtter også tilsvarende RAID-nivåer.
Konfigurasjonshåndtering og datagjenoppretting av soft RAID er relativt enkel, men alle RAID-oppgaver fullføres fullstendig av CPU-en, som å beregne sjekkverdier, så utførelseseffektiviteten er relativt lav.
Myk RAID implementeres av operativsystemet, så partisjonen der systemet befinner seg kan ikke brukes som en logisk medlemsdisk i RAID, og myk RAID kan ikke beskytte systemdisk D. For noen operativsystemer lagres RAID-konfigurasjonsinformasjon i systeminformasjon i stedet for som en separat fil på disken. På denne måten, når systemet krasjer uventet og må installeres på nytt, går RAID-informasjonen tapt. I tillegg støtter ikke feiltoleranseteknologien på disken fullt ut online utskifting, hot swapping eller hot swapping, og om den kan støtte hot swap på feil disk er relatert til implementeringen av operativsystemet.
Hard RAID
Hard RAID har sine egne RAID-kontrollprosesserings- og I/O-prosesseringsbrikker, og til og med arraybuffering, som er den beste av de tre implementasjonstypene når det gjelder CPU-bruk og total ytelse, men som også har den høyeste implementeringskostnaden. Hard RAID støtter vanligvis hot-swapping-teknologi, som erstatter defekte disker mens systemet kjører.
Hard RAID består av et RAID-kort og en RAID-brikke integrert på hovedkortet, og serverplattformer bruker ofte RAID-kort. Et RAID-kort består av 4 deler: RAID-kjerneprosessorbrikken (CPU-en på RAID-kortet), porten, cachen og batteriet. Blant dem refererer porter til typene diskgrensesnitt som støttes av RAID-kort, som IDE/ATA, SCSI, SATA, SAS, FC og andre grensesnitt.
Blandet hard og myk RAID
Soft RAID er ikke særlig bra og beskytter ikke systempartisjoner, noe som gjør det vanskelig å anvende på skrivebordssystemer. Hard RAID er veldig dyrt, og ulike RAD-er er uavhengige av hverandre og ikke interoperable. Derfor adopterer folk en kombinasjon av programvare og maskinvare for å implementere RAID, for å oppnå et kompromiss mellom ytelse og kostnad, altså høy kostnadsytelse.
Selv om denne RAID bruker en prosessorstyringsbrikke, er brikken ofte billigere og har svakere prosesseringskraft for å spare kostnader, og mesteparten av oppgavebehandlingen i RAID gjøres fortsatt av CPU-en via fastvaredrivere.
6. Valg av RAID-applikasjon
Det er tre hovedfaktorer ved valg av RAID-nivå: datatilgjengelighet, I/O-ytelse og kostnad. Hvis tilgjengelighet ikke er nødvendig, velg RAID0 for høy ytelse. Hvis tilgjengelighet og ytelse er viktige og kostnad ikke er en stor faktor, velg RAID1 basert på antall disker. Hvis tilgjengelighet, kostnad og ytelse er like viktige, velg RAID3 eller RAID5 basert på generell dataoverføring og antall disker. I praktiske anvendelser bør riktig RAID-nivå velges basert på egenskapene og de spesifikke forholdene til brukerens dataapplikasjon, med hensyn til tilgjengelighet, ytelse og kostnad.
|
Publisert 3.10.2021 20:57:56
|
|
|
|
Vert|
Publisert 29.10.2021 09:16:23
|
