Что такое RAID-массив. Общая информация.

Что такое RAID-массив. Общая информация.

RAID (от англ. redundant array of independent/inexpensive disks)
- избыточный массив независимых/недорогих жёстких дисков — массив из
нескольких дисков управляемых контроллером, связанных скоростными
каналами и воспринимаемых как единое целое. В зависимости от типа
используемого массива может обеспечивать различные степени
отказоустойчивости и быстродействия. Служит для повышения надёжности
хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи информации
(RAID 0).

RAID изначально расшифровывалось как «Redundant Arrays of Inexpensive Disks»
(«избыточный (резервный) массив недорогих дисков», так как они были
гораздо дешевле RAM). Именно так был представлен RAID в 1987 году.
Прошло немного времени и RAID
определять начали как «Redundant Array of Independent Disks»
(«избыточный (резервный) массив независимых дисков»), потому как для
массивов приходилось использовать и дорогое оборудование, а под
недорогими дисками подразумевались диски для обычного ПК.

Следующие уровни спецификации RAID были установлены стандартами:
RAID 0 представлен как неотказоустойчивый дисковый массив, но при этом можно повысить быстродействие в скорости чнтения.
RAID 1 определён как зеркальный дисковый массив.
RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга.
RAID 3, 4, 5 используют чётность для защиты данных от одиночных неисправностей.
RAID 6 используют чётность для защиты данных от двойных неисправностей

RAID
0 («Striping») — дисковый массив из двух или более жёстких дисков.
Информация разбивается на блоки данных и записывается на оба/несколько
дисков одновременно не дублируясь на каждом и таким
образомувеличивается скорость.
(+): За счёт этого существенно
повышается производительность (от количества дисков зависит кратность
увеличения производительности).
(+): RAID 0 может быть реализован как программно, так и аппаратно.
(−):
Надёжность всего массива уменьшается при увеличении количества дисков
(при выходе из строя любого из входящих в RAID 0 винчестеров полностью
и безвозвратно пропадает вся информация).

RAID 1 (Mirroring — «зеркалирование»).
(+): Обеспечивает нормальную скорость записи и выигрыш по скорости чтения при распараллеливании запросов.
(+): Имеет высокую надёжность — работает до тех пор, пока функционирует хотя бы один диск в массиве.
(-):
Недостаток заключается в том, что приходится выплачивать стоимость двух
жёстких дисков, получая полезный объем одного жёсткого диска
(классический случай, когда массив состоит из двух дисков).

RAID
2 В массивах такого типа диски делятся на две группы — для данных и для
кодов коррекции ошибок, причем если данные хранятся на n дисках, то для
складирования кодов коррекции необходимо n − 1 дисков. Данные
записываются на соответствующие винчестеры так же, как и в RAID 0, они
разбиваются на небольшие блоки по числу дисков, предназначенных для
хранения информации. Оставшиеся диски хранят коды коррекции ошибок, по
которым в случае выхода какого-либо винчестера из строя возможно
восстановление информации. Метод Хемминга давно применяется в памяти
типа ECC и позволяет на лету исправлять однократные и обнаруживать
двукратные ошибки.
В итоге, держать ради этого громадную структуру
из почти удвоенного количества дисков ни у кого особо не было желания,
поэтому этот вид массива не пользуется популярностью.

Структура
массива RAID 3 такова: в массиве из n дисков данные разбиваются на
блоки размером 1 байт и распределяются по n − 1 дискам, а еще один диск
используется для хранения блоков четности. В RAID 2 для этой цели
стояло n − 1 дисков, но большая часть информации на этих дисках
использовалась только для коррекции ошибок на лету, а для простого
восстановления в случае поломки диска достаточно меньшего ее
количества, хватает и одного выделенного винчестера.
Соответственно, отличия RAID 3 от RAID 2 очевидны: невозможность коррекции ошибок на лету и меньшая избыточность.
(+): скорость чтения и записи данных высока, а для создания массива требуется совсем немного дисков, всего три.
(-):
массив этого типа хорош только для однозадачной работы с большими
файлами, так как наблюдаются проблемы со скоростью при частых запросах
данных небольшого обьёма.
(-): большая нагрузка на контрольный диск,
что приводит к тому, что его надёжность сильно падает по сравнению с
дисками с данными.

RAID 4 похож на RAID 3, но отличается от него
тем, что данные разбиваются на блоки, а не на байты. Таким образом,
удалось «победить» проблему низкой скорости передачи данных небольшого
объема. Запись же производится медленно из-за того, что четность для
блока генерируется при записи и записывается на единственный диск.
Используются массивы такого типа очень редко.

Большой недостаток
уровней RAID от 2-го до 4-го — это наличие отдельного диска (или
дисков), хранящего информацию о четности. Скорость выполнения операций
считывания достаточно высока, так как не требует обращения к этому
диску. Но при каждой операции записи на нем изменяется информация,
поэтому схемы RAID 2—4 не позволяют проводить параллельные операции
записи. RAID 5 не имеет этого недостатка. Блоки данных и контрольные
суммы циклически записываются на все диски массива, отсутствует
выделенный диск для хранения информации о четности, нет асимметричности
конфигурации дисков.
(+): Самый популярный из уровней, в первую
очередь благодаря своей экономичности. На запись информации на том RAID
5 тратятся дополнительные ресурсы, так как требуются дополнительные
вычисления, зато при чтении (по сравнению с отдельным винчестером)
имеется выигрыш, потому что потоки данных с нескольких накопителей
массива распараллеливаются.
(-): Недостатки RAID 5 проявляются при
выходе из строя одного из дисков — весь том переходит в критический
режим, все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными
манипуляциями, резко падает производительность. При этом уровень
надежности значительно снижается (так как уменьшена избыточность
массива). Поэтому, (см. выше) с томом RAID 5 следует обязательно
использовать диск Hot Spare. Если во время восстановления массива,
вызванного выходом из строя одного диска, выйдет из строя второй диск —
данные в массиве разрушаются. Минимальное количество используемых
дисков равно трём.

RAID 6 (Advanced Data Guarding) — похож на
RAID 5, но имеет более высокую степень надежности — под контрольные
суммы выделяется емкость 2-х дисков, рассчитываются 2 суммы по разным
алгоритмам. Требует более серьезный процессор контроллера — сложная
материнская плата. Обеспечивает работоспособность после «смерти»
одновременно 2-х дисков. Для организации массива требуется минимум 4
диска.

RAID 7 — зарегистрированная марка компании Storage
Computer Corporation. Структура массива такова: на n − 1 дисках
хранятся данные, один диск используется для складирования блоков
четности. Но добавилось несколько важных деталей, призванных
ликвидировать главный недостаток массивов такого типа: кэш данных и
быстрый контроллер, заведующий обработкой запросов. Это позволило
снизить количество обращений к дискам для вычисления контрольной суммы
данных. В результате удалось значительно повысить скорость обработки
данных (кое-где в пять и более раз).
Прибавились и новые недостатки:
очень высокая стоимость реализации такого массива, сложность его
обслуживания, необходимость в источнике бесперебойного питания для
предотвращения потери данных в кэш-памяти при перебоях питания.


Программный (англ. software) RAID

Для
реализации RAID можно применять не только аппаратные средства, но и
полностью программные компоненты (драйверы). Например, в системах на
ядре Linux существуют специальные модули ядра, а управлять
RAID-устройствами в GNU/Linux можно с помощью утилиты mdadm.
Программный RAID имеет свои достоинства и недостатки. С одной стороны,
он ничего не стоит (в отличие от аппаратных RAID-контроллеров, цена
которых от $250). С другой стороны, программный RAID использует ресурсы
центрального процессора, и в моменты пиковой нагрузки на дисковую
систему процессор может значительную часть мощности тратить на
обслуживание RAID-устройств.

Ядро GNU/Linux 2.6.28 (последнее из
вышедших в 2008 году) поддерживает программные RAID следующих уровней:
0, 1, 4, 5, 6, 10. Реализация позволяет создавать RAID на отдельных
разделах дисков, что аналогично описанному выше Matrix RAID.

ОС
Windows 2000/XP/2003 поддерживает программный RAID 0, RAID 1 и RAID 5.
Более точно, Windows XP Pro поддерживает RAID 0. Поддержка RAID 1
заблокирована разработчиками, но, тем не менее, может быть включена,
путем редактирования системных бинарных файлов ОС.[1] Windows Server
2003 — 0, 1 и 5. Windows XP Home RAID не поддерживает.

В ОС
FreeBSD есть несколько реализаций программного RAID. Так, atacontrol,
может как полностью строить программный RAID, так и может поддерживать
полу аппаратный RAID на таких чипах как ICH5R. Во FreeBSD, начиная с
версии 5.0, дисковая подсистема управляется встроенным в ядро
механизмом GEOM. GEOM предоставляет модульную дисковую структуру,
благодаря которой родились такие модули как gstripe (RAID 0), gmirror
(RAID 1), graid3 (RAID 3), gconcat (объединение нескольких дисков в
единый дисковый раздел). Так же существуют устаревшие классы ccd (RAID
0, RAID 1) и gvinum (менеджер логических томов vinum).


Материал подан по данным http://wikipedia.org

Следующая запись

Предыдущая запись

Похожие записи

Комментарии

Еще нет комментариев.

Пингбэки

Оповещения открыты.

Трэкбэки

URL архива

Only authorized users can post comments