Главная - Компьютерные стандарты - Что такое RAID или RAID-массив?

Авторизация



Количество посещений

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterсегодня282
mod_vvisit_counterвчера363
mod_vvisit_counterза эту неделю282
mod_vvisit_counterза прошлую неделю2863
mod_vvisit_counterза текущий месяц1857
mod_vvisit_counterза прошлый месяц7673
mod_vvisit_counterвсего387775

Онлайн (20 минут назад): 10
Ваш IP: 23.23.50.247
,
Сегодня: Дек. 05, 2016
Баннер
Что такое RAID или RAID-массив? PDF Печать E-mail
Оценка пользователей: / 0
ПлохоОтлично 
Компьютерные стандарты

Сразу стоит заметить, что RAID это не средство от насекомых (как кто-то мог подумать), которое "убивает тараканов насмерть". На самом деле эта аббревиатура расшифровывается, как Redundant Array of Independent Disks - избыточный массив независимых дисков. Изначально RAID расшифровывался, как Redundant Array of Inexpensive Disks - избыточный массив недорогих дисков. Под недорогими подразумевались диски, предназначенные для использования в ПК (в противовес дорогим дискам для мэйнфреймов). Но так как в RAID-массивах стали использовать SCSI-винчестеры, которые были существенно дороже применяемых в большинстве компьютеров дисков IDE, слово "недорогой" было заменено на "независимый".

Принцип функционирования RAID-системы заключается в следующем - из набора дисковых накопителей создаётся массив, который управляется специальным контроллером и определяется компьютером, как единый логический диск большой ёмкости. За счёт параллельного выполнения операций ввода-вывода обеспечивается высокое быстродействие системы, а повышенная надёжность хранения информации достигается дублированием данных или вычислением контрольных сумм. Следует отметить, что применение RAID-массивов защищает от потерь данных только в случае физического отказа жёстких дисков.

В июле 1992 года была создана организация RAID Advisory Board (RAB), которая занимается стандартизацией, классифицированием и изучением RAID. В настоящее время RAB определила семь стандартных уровней RAID. Избыточный массив независимых дисковых накопителей обычно реализуется с помощью платы контроллера RAID.

Различают несколько основных уровней RAID-массивов: RAID 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Также существуют комбинированные уровни, такие как RAID 10, 0+1, 30, 50, 53 и т.п. Рассмотрим вкратце принципы функционирования, достоинства и недостатки основных уровней.

 

RAID 0

Дисковый массив без отказоустойчивости (Striped Disk Array without Fault Tolerance)

Дисковый массив без избыточного хранения данных. Информация разбивается на блоки, которые одновременно записываются на отдельные диски, что обеспечивает повышение производительности. Такой способ хранения информации ненадежен, поскольку поломка одного диска приводит к потере всей информации, поэтому уровнем RAID, как таковым не является.

RAID 0 – дешёвый и производительный, но ненадёжный.

За счёт возможности одновременного ввода/вывода с нескольких дисков массива RAID 0 обеспечивает максимальную скорость передачи данных и максимальную эффективность использования дискового пространства, так как не требуется места для хранения контрольных сумм. Реализация этого уровня очень проста. RAID 0, как правило, применяется в тех областях, где требуется быстрая передача большого объёма данных. Для реализации массива требуется не меньше двух винчестеров.
Преимущества:

  • наивысшая производительность в приложениях, требующих интенсивной обработки запросов ввода/вывода и данных большого объёма
  • простота реализации
  • низкая стоимость
  • максимальная эффективность использования дискового пространства — 100%.

Недостатки:

  • не является "настоящим" RAID'ом, поскольку не поддерживает отказоустойчивость
  • отказ одного диска влечёт за собой потерю всех данных массива.

Частной разновидностью RAID 0 можно считать JBOD (Just a Bunch of Disks), он же «spanning». Это — не уровень RAID, а всего лишь функция, которая обычно поддерживается RAID-контроллерами.

JBOD (от англ. Just a bunch of disks, просто куча дисков) — RAID-массив дисков, в которых дисковое пространство распределено по жёстким дискам последовательно. Однако в некоторых контроллерах режимом «JBOD» назван режим, при котором контроллер работает как обычный IDE- или SATA-контроллер, то есть с выключенным RAID, в таком случае каждый диск будет виден как отдельное устройство в операционной системе. Этот факт объясняется тем, что термин JBOD, как режим функционирования дисков, ещё окончательно не «устоялся». Часть IT-специалистов трактует его буквально как «пучок» или «куча» дисков, каждый из которых функционирует независимо друг от друга. В этом случае понятие «spanning» (то есть «охват» данными нескольких дисков) относят уже не к JBOD, а к RAID технологиям, поскольку имеет место организация дисков в простейший массив.
Характеристики JBOD массива

  • ёмкость массива равна сумме ёмкостей составляющих дисков
  • вероятность отказа приблизительно равна сумме вероятностей отказа каждого диска в массиве (избыточность не предусмотрена)
  • скорость чтения и записи зависит от области данных; она не выше, чем у самого быстрого диска в массиве и не ниже чем у самого медленного
  • нагрузка на процессор при работе минимальная (сравнимая с нагрузкой при работе с единичным диском)

Особенности JBOD массива

  • отказ одного диска позволяет восстановить файлы на остальных дисках (если их начало/конец не принадлежат повреждённому диску)
  • в ряде случаев возможно обеспечение высокой скорости работы нескольких приложений (при условии, что приложения работают с областями данных на разных дисках)
  • массив может состоять из дисков различной ёмкости и скорости
  • массив легко расширяется дополнительными дисками по мере надобности

В операционной системе Windows JBOD-массив называется spanned volume (возможно создание только на динамических дисках), Red Hat называет подобный тип компоновки linear RAID, в FreeBSD аналогичную задачу решает GEOM класс geom_concat.

 

RAID 1

Дисковый массив с зеркалированием (Mirroring & Duplexing)

Дисковый массив с дублированием информации (зеркалированием данных). В простейшем случае два накопителя содержат одинаковую информацию и являются одним логическим диском. При выходе из строя одного диска его функции выполняет другой. Для реализации массива требуется не меньше двух винчестеров.

RAID 1 – простейший отказоустойчивый массив.

Преимущества:

  • простота реализации
  • простота восстановления массива в случае отказа (копирование).

Недостатки:

  • высокая стоимость - 100-процентная избыточность
  • невысокая скорость передачи данных.

 

RAID 2

Отказоустойчивый дисковый массив с использованием кода Хемминга (Hamming Code ECC)

Схема резервирования данных с использованием кода Хэмминга (Hamming code) для коррекции ошибок. Поток данных разбивается на слова - причём размер слова соответствует количеству дисков для записи данных.
В массивах такого типа диски делятся на две группы - для данных и для кодов коррекции ошибок.  Причём если данные хранятся на n количестве дисков, то для складирования кодов коррекции необходимо дополнительно 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 мелкие однобитовые ошибки, если они вдруг возникнут, а если ошибочно будут переданы два бита, это будет обнаружено опять-таки с помощью систем контроля чётности. Впрочем, держать ради этого громоздкую структуру из почти двойного количества дисков никому не хотелось, и этот вид массива не получил распространения.

Преимущества:

  • достаточно простая реализация
  • коррекция ошибок "на лету"
  • очень высокая скорость передачи данных
  • при увеличении количества дисков накладные расходы уменьшаются.

Недостатки:

  • низкая скорость обработки запросов
  • высокая стоимость
  • большая избыточность.

 

RAID 3

Отказоустойчивый дисковый массив с параллельной передачей данных и чётностью (Parallel Transfer Disks with Parity)

Отказоустойчивый массив с параллельным вводом/выводом данных и диском контроля четности. Поток данных разбивается на порции на уровне байт (хотя возможно и на уровне бит) и записывается одновременно на все диски массива, кроме одного. Один диск предназначен для хранения контрольных сумм, вычисляемых при записи данных. Поломка любого из дисков массива не приведет к потере информации.

В RAID 3 информация разбивается на порции одинакового размера

Этот уровень имеет намного меньшую избыточность, чем RAID 2. Во втором рэйде большинство дисков, хранящих контрольную информацию, нужны для определения неисправного разряда. Как правило, RAID-контроллеры могут получить данные об ошибке с помощью механизмов отслеживания случайных сбоев. За счёт разбиения данных на порции RAID 3 имеет высокую производительность. Поскольку при каждой операции ввода/вывода производится обращение практически ко всем дискам массива, то одновременная обработка нескольких запросов невозможна.

Этот уровень подходит для приложений с файлами большого объёма и малой частотой обращений (в основном это сфера мультимедиа). Использование только одного диска для хранения контрольной информации объясняет тот факт, что коэффициент использования дискового пространства достаточно высок (как следствие этого - относительно низкая стоимость). Для реализации массива требуется не меньше трёх винчестеров.

Преимущества:

  • отказ диска мало влияет на скорость работы массива
  • высокая скорость передачи данных
  • высокий коэффициент использования дискового пространства

Недостатки:

  • сложность реализации
  • низкая производительность при большой интенсивности запросов данных небольшого объёма

RAID 3 - это фактически недоработанная версия RAID 5.

 

RAID 4

Отказоустойчивый массив независимых дисков с общим диском чётности (Independent Data Disks with Shared Parity Disk)

Этот массив очень похож на уровень RAID 3. Поток данных разделяется не на уровне байтов, а на уровне блоков информации, каждый из которых записывается на отдельный диск. После записи группы блоков вычисляется контрольная сумма, которая записывается на выделенный для этого диск.

У RAID 4 возможно одновременное выполнение нескольких операций чтения. Этот массив повышает производительность передачи файлов малого объёма (за счёт распараллеливания операции считывания). Но поскольку при записи должна изменяться контрольная сумма на выделенном диске, одновременное выполнение операций невозможно (налицо асимметричность операций ввода и вывода). Этот уровень имеет почти все недостатки RAID 3 и не обеспечивает преимущества в скорости при передаче данных большого объёма. Схема хранения разрабатывалась для приложений, в которых данные изначально разбиты на небольшие блоки, поэтому нет необходимости разбивать их дополнительно. Эта схема хранения данных имеет невысокую стоимость, но её реализация достаточно сложна, как и восстановление данных при сбое.

Преимущества:

  • высокая скорость передачи данных
  • отказ диска мало влияет на скорость работы массива
  • высокий коэффициент использования дискового пространства

Недостатки:

  • достаточно сложная реализация
  • очень низкая производительность при записи данных
  • сложное восстановление данных.

 

RAID 5

Отказоустойчивый массив независимых дисков с распределённой чётностью (Independent Data Disks with Distributed Parity Blocks)

Самый распространенный уровень. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, отсутствует выделенный диск для хранения информации о четности, нет асимметричности конфигурации дисков.

В случае RAID 5 все диски массива имеют одинаковый размер — но один из них невидим для операционной системы. Например, если массив состоит из пяти дисков емкостью 10 Гб каждый, то фактически размер массива будет равен 40 Гб — 10 Гб отводится на контрольные суммы. В общем случае полезная емкость массива из N дисков равна суммарной емкости N–1 диска.

Самый 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, так как контрольные суммы записываются на все диски массива, что делает возможным выполнение нескольких операций чтения или записи одновременно. RAID 5 имеет достаточно высокую скорость записи/чтения и малую избыточность.

Преимущества:

  • высокая скорость записи данных
  • достаточно высокая скорость чтения данных
  • высокая производительность при большой интенсивности запросов чтения/записи данных
  • высокий коэффициент использования дискового пространства.

Недостатки:

  • низкая скорость чтения/записи данных малого объёма при единичных запросах
  • достаточно сложная реализация
  • сложное восстановление данных.

Недостатки RAID 5 проявляются при выходе из строя одного из дисков — весь том переходит в критический режим (degrade), все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность. При этом уровень надежности снижается до надежности RAID-0 с соответствующим количеством дисков (то есть в n раз ниже надежности одиночного диска). Если до полного восстановления массива произойдет выход из строя, или возникнет невосстановимая ошибка чтения хотя бы на ещё одном диске, то массив разрушается, и данные на нём восстановлению обычными методами не подлежат. Минимальное количество используемых дисков равно трём.

С томом RAID 5 можно использовать диск Hot Spare*. Основное время дополнительный диск простаивает, но при выходе из строя одного из дисков массива, его восстановление начинается немедленно с использованием spare-диска. При использовании одного тома RAID5 данная конфигурация дисков является расточительной, эффективнее использовать RAID6. Целесообразность использования spare-диска проявляется в системе из нескольких томов RAID5, в которой spare-диск проинициализирован для каждого из томов RAID5, и может быть использован в случае необходимости для немедленного восстановления любого из томов.

* Hot Spare - технология горячего резервирования вышедшего из строя электронного оборудования (например, дисковода). Т.е. быстрая замена вышедшего из строя элемента аналогичным устройством. Технология Hot Spare иногда рассматривается, как альтернатива Hot Swap. Недостатком этой технологии является то, что требуется дополнительный дисковод, который большую часть времени не участвует в работе системы. Применительно к технологии RAID это означает, что при создании массива необходимо иметь в наличии ещё хотя бы один запасной жёсткий диск для обеспечения быстрой замены вышедшего из строя диска БЕЗ потери данных. Некоторые варианты RAID позволяют выполнять подобные замены даже без выключения компьютера.

 

RAID 6

Отказоустойчивый массив независимых дисков с двумя независимыми распределёнными схемами чётности (Independent Data Disks with Two Independent Distributed Parity Schemes)

RAID 6 — это отказоустойчивый массив независимых дисков с распределением контрольных сумм, вычисленных двумя независимыми способами. Этот уровень во многом схож с RAID 5. Только в нем используется не одна, а две независимые схемы контроля четности, что позволяет сохранять работоспособность системы при одновременном выходе из строя двух накопителей. Для вычисления контрольных сумм в RAID 6 используется алгоритм, построенный на основе кода Рида-Соломона (Reed-Solomon).

Этот уровень имеет очень высокую отказоустойчивость, большую скорость считывания (данные хранятся блоками, нет выделенных дисков для хранения контрольных сумм). В то же время из-за большого объема контрольной информации RAID 6 имеет низкую скорость записи. Он очень сложен в реализации, характеризуется низким коэффициентом использования дискового пространства - для массива из пяти дисков он составляет всего 60%, но с ростом числа дисков ситуация исправляется. Для реализации массива требуется не меньше пяти винчестеров.

RAID 6 по многим характеристикам проигрывает другим уровням, поэтому на сегодня не получил коммерческого применения.

Преимущества:

  • высокая отказоустойчивость;
  • достаточно высокая скорость обработки запросов;

Недостатки:

  • низкая скорость чтения/записи данных малого объёма при единичных запросах;
  • очень сложная реализация;
  • сложное восстановление данных;
  • низкая скорость записи данных.

 

RAID 7

Отказоустойчивый массив, оптимизированный для повышения производительности (Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates)

В отличие от других уровней, RAID 7 не является открытым индустриальным стандартом - это зарегистрированная торговая марка компании Storage Computer Corporation. Массив основывается на концепциях, использованных в третьем и четвёртом уровнях. Добавилась возможность кэширования данных. В состав RAID 7 входит контроллер со встроенным микропроцессором под управлением операционной системы реального времени (real-time OS). Она позволяет обрабатывать все запросы на передачу данных асинхронно и независимо.

RAID 7 – зарегистрированная торговая марка компании Storage Computer Corporation

Блок вычисления контрольных сумм интегрирован с блоком буферизации; для хранения информации о четности используется отдельный диск, который может быть размещен на любом канале. RAID 7 имеет высокую скорость передачи данных и обработки запросов, хорошую масштабируемость. Самым большим недостатком этого уровня является стоимость его реализации.

Преимущества:

  • очень высокая скорость передачи данных и высокая скорость обработки запросов (в 1,5…6 раз выше других стандартных уровней RAID)
  • хорошая масштабируемость
  • значительно возросшая (благодаря наличию кэша) скорость чтения данных небольшого объёма
  • отсутствие необходимости в дополнительной передаче данных для вычисления чётности.

Недостатки:

  • собственность одной компании
  • сложность реализации
  • очень высокая стоимость на единицу объёма
  • не может обслуживаться пользователем
  • необходимость использования блока бесперебойного питания для предотвращения потери данных из кэш-памяти
  • короткий гарантийный срок.

 

За основу взят материал с сайта - http://www.oszone.net/ и http://www.cpp.com.ua/

Добавления взяты со следующих сайтов:

http://ru.wikipedia.org/

http://www.windxp.com.ru/

http://www.lki.ru/

ПРОДОЛЖЕНИЕ.

 
Баннер
 

Наш адрес:

357524

Российская Федерация,

Ставропольский край,

г. Пятигорск,

ул. Московская 68 A

Наши телефоны :

+7 (8793) 32-05-76
+7 (8793) 32-89-27
+7 (905) 440-76-04

Наш факс :

+7 (8793) 32-89-27

Наш магазин работает:

Понедельник - пятница:

с 9:00 до 18:00

перерыв с 13:00 до 14:00

Выходные дни:

суббота и воскресенье.

Авторские права © 2000 - 2016 ООО СОФТКОМ - проектирование, монтаж, тестирование компьютерных сетей.. Все права защищены.