1. Pregled RAID-a
Leta 1988 je Univerza v Kaliforniji, Berkeley, predlagala koncept RAID (RedundantArrayofIncheapDisks), in ker so stroški diskov še naprej padali, je RAID postal (RedundantArrayofIndependentDisks), vendar se vsebina ni spremenila. SNIA, Berkeley in druge organizacije so določile sedem nivojev RAID0~RAID6 kot standardne ravni RAID-a, standardni RAID pa je mogoče združiti z drugimi nivoji RAID-a, najpogosteje uporabljene ravni pa so RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 in RAID10. Vsaka raven RAID predstavlja metodo in tehnologijo implementacije, med stopnjami pa ni razlike. V praktičnih aplikacijah je treba ustrezno raven RAID in specifične metode implementacije izbrati glede na značilnosti uporabniške podatkovne aplikacije, ob upoštevanju razpoložljivosti, zmogljivosti in stroškov.
Z vidika implementacije je RAID večinoma razdeljen na tri vrste: mehki RAID, trdi RAID in hibridni RAID. Vse funkcije mehkega RAID-a opravljata operacijski sistem in procesor, ki je seveda najmanj učinkovit. Hard RAID je opremljen s specializiranimi RAID krmilniškimi/procesnimi čipi ter vhodno-izhodnimi procesorskimi čipi in predpomnilniki polj, ki ne porabljajo CPU virov, vendar so dragi. Hibridni RAID ima čipe za nadzor in obdelavo RAID, vendar nima procesorskih čipov za vhodno/izhodno obdelavo, ki zahtevajo procesor in gonilnike za dokončanje, zmogljivost in stroški pa so med mehkim in trdim RAID-om.
2. Osnovna načela
RAID je diskovni podsistem, sestavljen iz več neodvisnih, zmogljivih diskovnih pogonov, kar zagotavlja višjo zmogljivost shranjevanja in tehnologijo redundance podatkov kot en sam disk. RAID je razred tehnologije za upravljanje več diskov, ki zagotavlja visoko zmogljivo shranjevanje z visoko zanesljivostjo podatkov po dostopni ceni za gostiteljsko okolje. Dva ključna cilja RAID-a sta izboljšati zanesljivost podatkov in zmogljivost vhodno/izhodnega sistema. V diskovnem nizu so podatki razpršeni čez več diskov, medtem ko je za računalniški sistem kot en sam disk. Redundanca se doseže z zapisovanjem istih podatkov na več diskov hkrati (običajno kot zrcaljenje) ali z zapisovanjem izračunanih kontrolnih podatkov v polje, s čimer se zagotovi, da izguba podatkov ne pride ob odpovedi enega diska.
V RAID obstajajo trije glavni koncepti in tehnike: zrcaljenje, DataStripping in Dataparity:
Zrcaljenje, ki podatke replicira na več diskov, na eni strani izboljšuje zanesljivost in izboljšuje bralno zmogljivost z branjem podatkov iz dveh ali več replik hkrati. Seveda je zmogljivost pisanja slike nekoliko nižja in traja več časa, da zagotovimo, da so podatki pravilno zapisani na več diskov.
Data striping, ki vsebuje podatkovne delce na več različnih diskih, in več podatkovnih delcev skupaj tvori popolno kopijo podatkov, kar se razlikuje od več kopij zrcaljenja, in se pogosto uporablja zaradi upoštevanja zmogljivosti. Podatkovni trakovi imajo večjo sočasno granularnost, in ko dostopajo do podatkov, lahko hkrati berejo in zapisujejo podatke na različnih diskih, kar pomeni zelo pomembno izboljšanje vhodno-izhodne zmogljivosti.
Preverjanje podatkov, z uporabo redundantnih podatkov za zaznavanje in popravilo napak podatkov, se redundantni podatki običajno izračunajo s Hemingwayjevo kodo, XOR in drugimi algoritmi. Funkcija preverjanja lahko močno izboljša zanesljivost, ropanje in odpornost na napake diskovnih nizov. Vendar pa validacija podatkov zahteva, da se podatki berejo iz več virov, izračunajo in primerjajo, kar lahko vpliva na delovanje sistema.
Različne stopnje RAID uporabljajo eno ali več od treh tehnologij za dosego različne zanesljivosti podatkov, razpoložljivosti in vhodno-izhodne zmogljivosti. Kar zadeva to, kateri RAID zasnovati (ali celo novo stopnjo ali tip) ali kateri način RAID uporabiti, je potrebno sprejeti razumno izbiro na podlagi globokega razumevanja potreb sistema ter celovito oceniti zanesljivost, zmogljivost in stroške, da se spregovorimo o kompromisu.
Na splošno so glavne prednosti RAID-a: velika kapaciteta, visoka zmogljivost, zanesljivost in obvladljivost.
3. RAID ocena
JBOD (JustaBunchOfDisks) ni standardna RAID plast, pogosto se uporablja za predstavitev zbirke diskov, ki nimajo nadzorne programske opreme za usklajeno upravljanje. JBOD povezuje več fizičnih diskov zaporedno, da zagotovi velik logični disk. Zmogljivost shranjevanja je enaka kot pri posameznem disku in ne zagotavlja varnosti podatkov. Razpoložljiva kapaciteta shranjevanja je enaka vsoti prostora vseh članov diskov.
RAID0, imenovan striping, je preprosta, nepreverjena tehnologija podatkovnega stripinga. Zmogljivost je najvišja med vsemi RAID stopnjami. Niso zagotovljene nobene politike odpuščanja. 100 % izkoriščenost prostora za shranjevanje.
RAID1 se imenuje zrcaljenje, ki podatke zapisuje na delujoči disk in zrcalni disk popolnoma dosledno, pri čemer ima 50-odstotno porabo prostora na disku. Zmogljivost je prizadeta, ko se podatki zapisujejo, vendar se podatki ne berejo. Zagotavlja najboljšo zaščito podatkov, saj ko delujoči disk odpove, sistem samodejno prebere podatke z zrcaljenega diska, kar ne vpliva na uporabniško delo.
RAID2 se imenuje Heming Code Disk Array, njegova zasnova pa je uporaba Hemingove kode za dosego redundance preverjanja podatkov. Večja kot je širina podatkov, večja je poraba prostora za shranjevanje, a več diskov potrebujete. Ima sposobnost popravljanja napak, vendar je režijski strošek Hemingcodeove redundance podatkov prevelik, rekonstrukcija podatkov pa zelo časovno zahtevna, zato se RAID2 v praksi redko uporablja.
RAID3 se imenuje namenski paritetni trak, ki uporablja namenski disk kot kontrolni disk, ostale diske pa kot podatkovni disk, podatki pa so shranjeni navzkrižno shranjeni v vsakem podatkovnem disku v bitih in bajtih. RAID3 zahteva vsaj tri diske.
RAID4 in RAID3 delujeta na podobnem principu. Nudi zelo dobro zmogljivost branja, a slabo pri pisanju. In ko se število diskov članov povečuje, postane ozko grlo sistema na disku s kontrolno vsoto vse bolj izrazito. To je redko v resničnih aplikacijah, medtem ko običajni shranjevalni izdelki redko uporabljajo zaščito RAID4.
RAID5 se imenuje distribuirani paritetni kontrolni vsoten trak, ki bi moral biti trenutno najpogostejša raven RAID-a, načelo pa je podobno kot pri RAID4, vendar ni ozkega grla pri delovanju kontrolnega diska med sočasnimi zapisnimi operacijami v RAID4.
RAID6, imenovan trak dvojne paritete, uvaja koncept dvojnega preverjanja za rešitev problema integritete podatkov, ko dva diska odpoveta hkrati, česar drugi razredi RAID ne morejo rešiti. Vendar pa stane precej več kot RAID5, ima slabo zmogljivost pisanja in je zelo kompleksen za zasnovo in implementacijo. Zato se RAID6 v praksi redko uporablja in je na splošno ekonomična alternativa rešitvam RAID10.
Standardni RAID nivoji imajo svoje prednosti in slabosti. Združite več ravni RAID, da dosežete dopolnjujoče se prednosti in nadomestite medsebojne pomanjkljivosti, s čimer dosežete RAID sistem z višjo zmogljivostjo, varnostjo podatkov in drugimi kazalniki. Seveda je strošek implementacije kombinirane ravni običajno zelo visok in se uporablja le v nekaj specifičnih primerih. Pravzaprav sta široko uporabljena le RAID01 in RAID10.
RAID01 se najprej prečrta, nato pa zrcalijo, kar v bistvu pomeni sliko fizičnega diska; RAID10 je najprej slikanje, nato stripe, kar pomeni sliko virtualnega diska. V isti konfiguraciji ima RAID01 običajno boljšo odpornost na napake kot RAID10. RAID01 združuje prednosti RAID0 in RAID1, s skupno izkoriščenostjo diska le 50%.
4. Primerjava običajnih ravni RAID
RAID konfiguracija
Nivo/Opis: | Odpornost na napake | zasluga | Pomanjkljivost | RAID 0
Preslikajte podatke preko diskov za ustvarjanje velikih virtualnih diskov. Ker vsak fizični disk obdela le del zahteve, lahko zagotovi višjo zmogljivost. Če pa en disk odpove, bo virtualni disk (VD) postal nedostopen in podatki bodo trajno izgubljeni. | ne | Boljša zmogljivost
Dodatna shramba | Ne sme se uporabljati za kritične podatke | RAID 1
Zrcali podatke, shranili redundanco podatkov na dveh diskih. Če en disk odpove, bo drugi disk prevzel vlogo primarnega pogona. | Napaka diska
Okvara enega diska | Visoka zmogljivost branja
Hitro okrevanje po okvari diska
Redundanca podatkov | Diskovni overhead je velik
Omejena kapaciteta | RAID 5
Podatke preslikajte na diske in shranite paritetne bite vsakega podatkovnega traku na različne diske v VD. Paritetni bit vsebuje informacije, ki jih je mogoče uporabiti za rekonstrukcijo podatkov z okvarjenega diska iz drugega diska v primeru okvare enega diska. | Napaka diska
Okvara enega diska | Učinkovita uporaba pogonske zmogljivosti
Visoka zmogljivost branja
Srednja do visoka zmogljivost pisanja | Zmeren vpliv okvare diska
Zaradi ponovnega izračuna paritete je čas rekonstrukcije daljši | RAID 6
Podatke preslikajte na diske in shranite paritetne bite vsakega podatkovnega traku na različne diske v VD. Za razliko od RAID 5 RAID 6 izvaja dva izračuna paritete (P in Q), kar mu omogoča vzdrževanje okvar dveh diskov. | Redundanca podatkov
Visoka zmogljivost branja | Napaka diska
Okvara dvojnega diska | Zmogljivost zapisovanja je zmanjšana zaradi dveh izračunov paritete
Ker je to enakovredno uporabi dveh diskov za pariteto, obstaja dodatni strošek | RAID 10
Trakovi na ogledalu. Diskovni stroški so visoki, a je odlična rešitev za visoko zmogljivost, redundanco in hitro obnovo v primeru okvare diska. | Napaka diska
Ena okvara diska na slikovni komplet | Visoka zmogljivost branja
Podprte je mogoče RAID skupine z do 192 diski | Najvišji strošek | RAID 50
RAID 5 strip na snemanju. Z zmanjšanjem števila branj na disku na izračun paritete je mogoče izboljšati zmogljivost z RAID 5, odvisno od konfiguracije. | Napaka diska
Ena okvara diska na razpon | Visoka zmogljivost branja
Srednja do visoka zmogljivost pisanja
Podprte je mogoče RAID skupine z do 192 diski | Zmeren vpliv okvare diska
Zaradi ponovnega izračuna paritete je čas rekonstrukcije daljši | RAID 60
RAID 6 strip na snemanju. Z manj branjem diska na izračun paritete je mogoče izboljšati zmogljivost z RAID 6, odvisno od konfiguracije. | Napaka diska
Dva diska odpoveta na razpon | Visoka zmogljivost branja
Podprte je mogoče RAID skupine z do 192 diski | Zmogljivost zapisovanja je zmanjšana zaradi dveh izračunov paritete
Ker je to enakovredno uporabi dveh diskov za pariteto, obstaja dodatni strošek |
5. Razlike v programski in strojni opremi RAID-a
Mehki RAID
Soft RAID nima namenskega krmilnega čipa in I/O čipa, operacijski sistem in procesor pa izvajata vse RAID funkcije. Sodobni operacijski sistemi v osnovi ponujajo podporo za soft RAID, saj omogočajo abstrakcijo med fizičnimi in logičnimi diski z dodajanjem programske plasti nad gonilniki diskovnih naprav. Trenutno so najpogostejše RAID ocene, ki jih podpira operacijski sistem, RAID0, RAID1, RAID10, RAID01 in RAID5. Na primer, Windows Server podpira RAID0, RAID1 in RAID5, Linux podpira RAID0, RAID1, RAID4, RAID5, RAID6 itd., Mac OS X Server, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, Solaris in drugi operacijski sistemi pa prav tako podpirajo ustrezne ravni RAID-a.
Upravljanje konfiguracije in obnova podatkov v mehkem RAID-u sta razmeroma preprosta, vendar vse RAID naloge v celoti opravi CPU, kot je izračun kontrolnih vrednosti, zato je učinkovitost izvajanja razmeroma nizka.
Soft RAID implementira operacijski sistem, zato particije, kjer se sistem nahaja, ne more biti logični član RAID diska, soft RAID pa ne more zaščititi sistemskega diska D. Pri nekaterih operacijskih sistemih so informacije o konfiguraciji RAID shranjene v sistemskih informacijah in ne kot ločena datoteka na disku. Na ta način, ko sistem nepričakovano crkne in ga je treba ponovno namestiti, se izgubijo informacije o RAID-u. Poleg tega tehnologija odpornosti na napake diska ne podpira v celoti spletne zamenjave, vroče menjave ali vroče menjave, in ali lahko podpira vročo zamenjavo napačnega diska, je odvisno od implementacije operacijskega sistema.
Hard RAID
Hard RAID ima lastne RAID krmilne procesorske čipe in I/O procesorske čipe ter celo medpomnjenje matric, ki je najboljša od treh vrst implementacij glede na porabo procesorja in splošno zmogljivost, hkrati pa ima tudi najvišje stroške implementacije. Hard RAID običajno podpira tehnologijo hot-swappinga, ki med delovanjem sistema zamenja okvarjene diske.
Trdi RAID sestavljata RAID kartica in RAID čip, integrirana na matični plošči, strežniške platforme pa pogosto uporabljajo RAID kartice. RAID kartica je sestavljena iz 4 delov: RAID jedrnega procesorskega čipa (procesor na RAID kartici), priključka, predpomnilnika in baterije. Med njimi se priključki nanašajo na tipe diskovnih vmesnikov, ki jih podpirajo RAID kartice, kot so IDE/ATA, SCSI, SATA, SAS, FC in drugi vmesniki.
Mešani trdi in mehki RAID
Soft RAID ni zelo dober in ne ščiti sistemskih particij, zaradi česar je težko uporabiti ga na namiznih sistemih. Trdi RAID je zelo drag, različni RAD-ji pa so neodvisni drug od drugega in niso združljivi. Zato ljudje uporabljajo kombinacijo programske in strojne opreme za implementacijo RAID, da dosežejo kompromis med zmogljivostjo in stroški, torej visoko stroškovno zmogljivost.
Čeprav ta RAID uporablja procesorski krmilni čip, je zaradi varčevanja pogosto cenejši in ima šibkejšo procesorsko moč, večino postopkov v RAID-u pa še vedno opravlja CPU preko gonilnikov vdelane programske opreme.
6. Izbira aplikacije RAID
Pri izbiri ravni RAID so trije glavni dejavniki: razpoložljivost podatkov, zmogljivost vhodno/izhodnih operacij in stroški. Če razpoložljivost ni zahtevana, izberite RAID0 za visoko zmogljivost. Če sta razpoložljivost in zmogljivost pomembna in stroški niso glavni dejavnik, izberite RAID1 glede na število diskov. Če so razpoložljivost, stroški in zmogljivost enako pomembni, izberite RAID3 ali RAID5 glede na splošni prenos podatkov in število diskov. V praktičnih aplikacijah je treba ustrezno raven RAID izbrati glede na značilnosti in specifične pogoje uporabniške podatkovne aplikacije, ob upoštevanju razpoložljivosti, zmogljivosti in stroškov.
|
Objavljeno 2021-10-3 20:57:56
|
|
|
|
Najemodajalec|
Objavljeno 29. 10. 2021 09:16:23
|
