1. RAID-overzicht
In 1988 stelde de University of California, Berkeley, het concept RAID (RedundantArrayofIncheapDisks) voor, en naarmate de kosten van schijven bleven dalen, werd RAID (RedundantArrayofIndependentDisks), maar de inhoud veranderde niet. SNIA, Berkeley en andere organisaties hebben de zeven niveaus van RAID0~RAID6 als standaard RAID-niveaus ingesteld, en standaard RAID kan worden gecombineerd met andere RAID-niveaus, waarbij de meest gebruikte niveaus RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 en RAID10 zijn. Elk RAID-niveau vertegenwoordigt een implementatiemethode en technologie, en er is geen onderscheid tussen niveaus. In praktische toepassingen moeten het juiste RAID-niveau en specifieke implementatiemethoden worden geselecteerd op basis van de kenmerken van de dataapplicatie van de gebruiker, rekening houdend met beschikbaarheid, prestaties en kosten.
Vanuit implementatieperspectief wordt RAID voornamelijk onderverdeeld in drie typen: soft RAID, hard RAID en hybride RAID. Alle functies van soft RAID worden uitgevoerd door het besturingssysteem en de CPU, wat natuurlijk het minst efficiënt is. Hard RAID is uitgerust met gespecialiseerde RAID-besturings-/verwerkingschips en I/O-verwerkingschips en arraybuffers, die geen CPU-bronnen gebruiken maar kostbaar zijn. Hybride RAID heeft RAID-besturings-/verwerkingschips, maar mist I/O-verwerkingschips, die CPU en drivers vereisen om te voltooien, en de prestaties en kosten liggen tussen soft en hard RAID.
2. Basisprincipes
RAID is een schijfsubsysteem dat bestaat uit meerdere onafhankelijke, hoogpresterende schijfstations, waardoor het hogere opslag- en dataredundantietechnologie biedt dan een enkele schijf. RAID is een klasse van multi-disk beheertechnologie die hoogwaardige opslag met hoge databetrouwbaarheid biedt tegen een betaalbare prijs voor de hostomgeving. De twee belangrijkste doelen van RAID zijn het verbeteren van de betrouwbaarheid van data en de I/O-prestaties. In een schijfarray wordt de data over meerdere schijven verspreid, maar voor een computersysteem is het als één schijf. Redundantie wordt bereikt door dezelfde data tegelijk naar meerdere schijven te schrijven (meestal zoals bij mirroring) of door berekende controlegegevens naar een array te schrijven, zodat gegevensverlies niet ontstaat wanneer een enkele schijf uitvalt.
Er zijn drie hoofdconcepten en technieken in RAID: Mirroring, DataStripping en Dataparity:
Mirroring, waarbij data naar meerdere schijven worden gerepliceerd, verbetert enerzijds de betrouwbaarheid en verbetert leesprestaties door data van twee of meer replica's gelijktijdig te lezen. Natuurlijk is de schrijfprestatie van de image iets lager, en het kost meer tijd om ervoor te zorgen dat de data correct naar meerdere schijven wordt geschreven.
Data striping, waarbij datafragmenten op meerdere verschillende schijven worden opgeslagen, en meerdere datafragmenten samen vormen een volledige kopie van data, wat verschilt van meerdere kopieën van mirroring, en het wordt vaak gebruikt om prestatieredenen. Datastrips hebben een hogere gelijktijdigheidsgranulariteit, en wanneer data wordt benaderd, kan het data tegelijkertijd lezen en schrijven op verschillende schijven, wat resulteert in een zeer significante verbetering van de I/O-prestaties.
Dataverificatie, waarbij redundante data wordt gebruikt voor het detecteren en repareren van datafouten, wordt doorgaans berekend door Hemingway-code, XOR-operatie en andere algoritmen. De verificatiefunctie kan de betrouwbaarheid, diefstal en fouttolerantie van schijfarrays aanzienlijk verbeteren. Datavalidatie vereist echter dat data uit meerdere bronnen wordt gelezen, berekend en vergeleken, wat de systeemprestaties kan beïnvloeden.
Verschillende niveaus van RAID maken gebruik van een of meer van de drie technologieën om verschillende databetrouwbaarheid, beschikbaarheid en I/O-prestaties te bereiken. Wat betreft welke RAID ontworpen moet worden (of zelfs een nieuwe kwaliteit of type) of welke RAID-modus te gebruiken, is het noodzakelijk een redelijke keuze te maken op basis van een diepgaand begrip van de systeembehoeften en om betrouwbaarheid, prestaties en kosten grondig te evalueren om een compromis te sluiten.
Over het algemeen zijn de belangrijkste voordelen van RAID: grote capaciteit, hoge prestaties, betrouwbaarheid en beheersbaarheid.
3. RAID-classificatie
JBOD (JustaBunchOfDisks) is geen standaard RAID-tier, het wordt vaak gebruikt om een verzameling schijven te representeren die geen controlesoftware hebben om gecoördineerde controle te bieden. JBOD verbindt meerdere fysieke schijven in serie om een enorme logische schijf te leveren. De opslagprestaties zijn precies hetzelfde als die van een enkele schijf, en het biedt geen databeveiliging. De beschikbare opslagcapaciteit is gelijk aan de som van de opslagruimte van alle lidschijven.
RAID0, striping genoemd, is een eenvoudige, ongecontroleerde data striping-technologie. De prestaties zijn de hoogste van alle RAID-niveaus. Er worden geen enkele vorm van ontslagregelingen aangeboden. 100% gebruik van opslagruimte.
RAID1 heet mirroring, en schrijft data volledig consistent naar de werkende schijf en de gespiegelde schijf, met een schijfruimtebenutting van 50%. De prestaties worden beïnvloed wanneer data wordt geschreven, maar data niet wordt gelezen. Het biedt de beste gegevensbescherming; zodra de werkende schijf faalt, leest het systeem automatisch de gegevens van de gespiegelde schijf, wat het werk van de gebruiker niet beïnvloedt.
RAID2 heet Heming Code Disk Array, en het ontwerpidee is om Heming Code te gebruiken om gegevensverificatie te bereiken. Hoe groter de databreedte, hoe hoger het opslaggebruik, maar hoe meer schijven je nodig hebt. Het heeft de mogelijkheid om fouten te corrigeren, maar de dataredundantie-overhead van Hemingcode is te groot en datareconstructie kost veel tijd, waardoor RAID2 in de praktijk zelden wordt gebruikt.
RAID3 wordt een dedicated parity strip genoemd, waarbij een speciale schijf wordt gebruikt als controleschijf en de rest van de schijven als dataschijf, en de gegevens worden kruis-opgeslagen in bits en bytes op elke dataschijf. RAID3 vereist minstens drie schijven.
RAID4 en RAID3 werken volgens vrijwel hetzelfde principe. Levert zeer goede leesprestaties, maar slechte schrijfprestaties. En naarmate het aantal lidschijven toeneemt, zal de systeembottleneck van de checksumschijf prominenter worden. Het is zeldzaam in toepassingen in de echte wereld, en gangbare opslagproducten gebruiken zelden RAID4-bescherming.
RAID5 wordt de gedistribueerde pariteitschecksumstrip genoemd, wat momenteel het meest voorkomende RAID-niveau zou moeten zijn, en het principe lijkt op dat van RAID4, maar er is geen bottleneck in de prestaties van de checkdisk tijdens gelijktijdige schrijfoperaties in RAID4.
RAID6, de double parity strip genoemd, introduceert het concept van double checks om het probleem van dataintegriteit op te lossen wanneer twee schijven tegelijk falen en iets wat andere RAID-klassen niet kunnen oplossen. Het kost echter veel meer dan RAID5, heeft slechte schrijfprestaties en is erg complex om te ontwerpen en te implementeren. Daarom wordt RAID6 zelden in de praktijk gebruikt en is het over het algemeen een economisch alternatief voor RAID10-oplossingen.
Standaard RAID-tiers hebben hun sterke en zwakke punten. Combineer meerdere RAID-niveaus om complementaire voordelen te behalen en elkaars tekortkomingen te compenseren, zodat een RAID-systeem met hogere prestaties, databeveiliging en andere indicatoren wordt bereikt. Natuurlijk zijn de implementatiekosten van het combinatieniveau over het algemeen erg hoog en worden ze slechts in een paar specifieke gevallen gebruikt. In feite worden alleen RAID01 en RAID10 breed gebruikt.
RAID01 wordt eerst gestript en daarna gespiegeld, wat in feite bedoeld is om de fysieke schijf te imageren; RAID10 is om eerst te image en daarna stripe, wat betekent dat je de virtuele schijf imaget. Onder dezelfde configuratie heeft RAID01 meestal een betere fouttolerantie dan RAID10. RAID01 combineert de voordelen van RAID0 en RAID1, met een totale schijfbenutting van slechts 50%.
4. Vergelijking van de reguliere RAID-niveaus
RAID-configuratie
Niveau/Beschrijving: | Fouttolerantie | verdienen | gebrek | RAID 0
Kaart data over schijven om grote virtuele schijven te creëren. Omdat elke fysieke schijf slechts een deel van het verzoek verwerkt, kan deze hogere prestaties leveren. Als echter één schijf uitvalt, wordt de virtuele schijf (VD) ontoegankelijk en gaat de data permanent verloren. | niet | Betere prestaties
Extra opslag | Het mag niet worden gebruikt voor kritieke data | RAID 1
Spiegel data, sla dataredundantie op twee schijven op. Als één schijf faalt, neemt de andere schijf het over als primaire schijf. | Schijffout
Enkele schijfstoring | Hoge leesprestaties
Herstel snel na een storing van de schijf
Dataredundantie | De schijfoverhead is groot
Beperkte capaciteit | RAID 5
Kaart data over schijven en sla de pariteitsbits van elke datastrip op verschillende schijven in VD op. De pariteitsbit bevat informatie die kan worden gebruikt om gegevens van een defecte schijf van een andere schijf te reconstrueren in het geval van een enkele schijffaling. | Schijffout
Enkele schijfstoring | Efficiënt gebruik van aandrijfcapaciteit
Hoge leesprestaties
Gemiddelde tot hoge schrijfprestaties | Matige impact op schijfuitval
Door de herberekening van pariteit is de reconstructietijd langer | RAID 6
Kaart data over schijven en sla de pariteitsbits van elke datastrip op verschillende schijven in VD op. In tegenstelling tot RAID 5 voert RAID 6 twee pariteitsberekeningen uit (P en Q), waardoor het bestand is tegen dubbele schijfstoringen. | Dataredundantie
Hoge leesprestaties | Schijffout
Dubbele schijfstoring | De schrijfprestaties worden verminderd door twee pariteitsberekeningen
Omdat het gelijk is aan het gebruik van 2 schijven voor pariteit, zijn er extra kosten met zich mee | RAID 10
Strips op de spiegelset. De schijfoverhead is hoog, maar het is een uitstekende oplossing voor hoge prestaties, redundantie en snel herstel bij een defecte schijf. | Schijffout
Eén schijfstoring per image set | Hoge leesprestaties
RAID-groepen met maximaal 192 schijven kunnen worden ondersteund | De hoogste kosten | RAID 50
RAID 5-strip op de set. Door het aantal schijfleesopdrachten per pariteitsberekening te verminderen, kan de prestatie met RAID 5 worden verbeterd, afhankelijk van de configuratie. | Schijffout
Eén schijfstoring per periode | Hoge leesprestaties
Gemiddelde tot hoge schrijfprestaties
RAID-groepen met maximaal 192 schijven kunnen worden ondersteund | Matige impact op schijfuitval
Door de herberekening van pariteit is de reconstructietijd langer | RAID 60
RAID 6-strip op de set. Met minder schijfleesopdrachten per pariteitsberekening kan de prestatie worden verbeterd met RAID 6, afhankelijk van de configuratie. | Schijffout
Twee schijven falen per span | Hoge leesprestaties
RAID-groepen met maximaal 192 schijven kunnen worden ondersteund | De schrijfprestaties worden verminderd door twee pariteitsberekeningen
Omdat het gelijk is aan het gebruik van 2 schijven voor pariteit, zijn er extra kosten met zich mee |
5. Verschil in RAID-software en hardware
Zachte RAID
Soft RAID heeft geen speciale besturingschip en I/O-chip, en het besturingssysteem en de CPU implementeren alle RAID-functies. Moderne besturingssystemen bieden in feite soft RAID-ondersteuning, waarbij een abstractie ontstaat tussen fysieke en logische schijven door een softwarelaag bovenop schijfdrivers toe te voegen. Momenteel zijn de meest voorkomende RAID-ratings die door het besturingssysteem worden ondersteund RAID0, RAID1, RAID10, RAID01 en RAID5. Zo ondersteunt Windows Server RAID0, RAID1 en RAID5, ondersteunt Linux RAID0, RAID1, RAID4, RAID5, RAID6, enzovoort, en Mac OS X Server, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, Solaris en andere besturingssystemen ondersteunen ook overeenkomstige RAID-niveaus.
Het configuratiebeheer en gegevensherstel van soft RAID zijn relatief eenvoudig, maar alle RAID-taken worden volledig door de CPU uitgevoerd, zoals het berekenen van controlewaarden, waardoor de uitvoeringsefficiëntie relatief laag is.
Soft RAID wordt geïmplementeerd door het besturingssysteem, dus de partitie waarop het systeem zich bevindt kan niet als logische lidschijf van RAID worden gebruikt, en soft RAID kan systeemschijf D niet beschermen. Voor sommige besturingssystemen wordt RAID-configuratie-informatie opgeslagen in systeeminformatie in plaats van als een apart bestand op de schijf. Op deze manier gaat de RAID-informatie verloren wanneer het systeem onverwacht crasht en opnieuw moet worden geïnstalleerd. Daarnaast ondersteunt de fouttolerantietechnologie van de schijf niet volledig online vervanging, hot swapping of hot swapping, en of het hot swap van de verkeerde schijf kan ondersteunen, hangt af van de implementatie van het besturingssysteem.
Hard RAID
Hard RAID heeft zijn eigen RAID-besturingsverwerkings- en I/O-verwerkingschips, en zelfs arraybuffering, wat qua CPU-gebruik en algehele prestaties de beste van de drie soorten implementaties is, maar ook de hoogste implementatiekosten heeft. Hard RAID ondersteunt doorgaans hot-swapping-technologie, waarbij defecte schijven worden vervangen terwijl het systeem draait.
Hard RAID bestaat uit een RAID-kaart en een RAID-chip die op het moederbord is geïntegreerd, en serverplatforms gebruiken vaak RAID-kaarten. Een RAID-kaart bestaat uit 4 delen: de RAID-kernverwerkingschip (de CPU op de RAID-kaart), de poort, de cache en de batterij. Poorten verwijzen onder andere naar de typen schijfinterfaces die worden ondersteund door RAID-kaarten, zoals IDE/ATA, SCSI, SATA, SAS, FC en andere interfaces.
Gemengde harde en zachte RAID
Soft RAID is niet erg goed en beschermt systeempartities niet, waardoor het moeilijk is toe te passen op desktopsystemen. Hard RAID is erg duur, en verschillende RAD's zijn onafhankelijk van elkaar en niet interoperabel. Daarom gebruiken mensen een combinatie van software en hardware om RAID te implementeren, om zo een compromis te bereiken tussen prestaties en kosten, dat wil zeggen, een hoge kostenprestatie.
Hoewel deze RAID een verwerkingsbesturingschip gebruikt, is de chip vaak goedkoper en heeft hij een zwakkere verwerkingskracht om kosten te besparen, en wordt het merendeel van de werkverwerking van RAID nog steeds door de CPU gedaan via firmware-drivers.
6. RAID-applicatieselectie
Er zijn drie hoofdfactoren bij het kiezen van een RAID-niveau: databeschikbaarheid, I/O-prestaties en kosten. Als beschikbaarheid niet vereist is, kies dan RAID0 voor hoge prestaties. Als beschikbaarheid en prestaties belangrijk zijn en kosten geen grote factor zijn, kies dan RAID1 op basis van het aantal schijven. Als beschikbaarheid, kosten en prestaties even belangrijk zijn, kies dan RAID3 of RAID5 op basis van algemene datatransfer en aantal schijven. In praktische toepassingen moet het juiste RAID-niveau worden geselecteerd op basis van de kenmerken en specifieke voorwaarden van de dataapplicatie van de gebruiker, rekening houdend met beschikbaarheid, prestaties en kosten.
|
Geplaatst op 3-10-2021 20:57:56
|
|
|
|
Huisbaas|
Geplaatst op 29-10-2021 09:16:23
|
