RAID- массивы

RAID-массивы

Преподаватель :

Денисова И.А.

Плата контроллера RAID-массива LSI LOGIC MegaRAID SCSI 320-1 PCI 64 1ch 64МБ (RAID levels: 0, 1, 50, 10, 5).

Внешний SCSI разъем на плате

Внутренний SCSI разъем на плате

Что такое RAID?

• RAID» (Redundant Arrays of Inexpensive Disks) означает «избыточный массив независимых дисков».
• Впервые термин RAID появился в 1987 году, когда исследователям из Калифорнийского Университета в Беркли удалось создать действующий массив из нескольких жестких дисков.

Назначение RAID

Объем

скорость

надежность

Диск(на базе нескольких винчестеров ) большого объема с увеличенной скоростью доступа и сохранение данных в случае отказа части оборудования

Пять основных принципов RAID

• Это Массив (Array)
• Зеркалирование (Mirroring)
• Дуплекс (Duplexing)
• Чередование (Striping)
• Четность (Parity)

МАССИВ

• Массивом называют несколько накопителей, которые централизованно настраиваются, форматируются и управляются. Логический массив – это уже более высокий уровень представления, на котором не учитываются физические характеристики системы. Соответственно, логические диски могут по количеству и объему не совпадать с физическими. Но лучше все-таки соблюдать соответствие: физический диск – логический диск. Наконец, для операционной системы вообще весь массив является одним большим диском.

Зеркалирование

• Технология, позволяющая повысить надежность системы.
• В RAID массиве с зеркалированием все данные одновременно пишутся не на один, а на два жестких диска.
• При выходе из строя одного из дисков вся информация остается сохраненной на втором.

За такую стопроцентную защиту приходится дорого платить: считайте, что один винчестер у вас работает просто так, не увеличивая доступную емкость ни на Мегабайт. При этом нет никакого выигрыша в производительности

Дуплекс

• развитие идеи зеркалирования.
• высокий уровень надежности требуется в два раза больше жестких дисков.
• дополнительные затраты:устанавливаются два независимых RAID контроллера .

• Выход из строя одного диска или контроллера не сказывается на работоспособности системы.

Чередование

• Повышает быстродействие системы.
• чтение и запись ведется параллельно на нескольких жестких дисках
• Файл разбивается на части определенного размера и посылается одновременно на все имеющиеся накопители.

• Файл хранится во фрагментированном виде.
• Считывается он тоже «по кусочкам» ( минимальный – 1 байт, 512 байт (размер сектора).

Четность

• соединяет в себе достоинства зеркалирования (высокая надежность) и чередования (высокая скорость работы).
• Используется тот же принцип, что и в контроле четности оперативной памяти

• Если имеется I блоков данных и на их основе вычисляется еще один дополнительный экстраблок, из получившихся (I+1) блоков всегда можно восстановить информацию даже при повреждении одного из них.
• Соответственно, для создания нормального RAID-массива в этом случае требуется (I+1) жесткий диск.

Распределение блоков по дискам точно такое же, как при чередовании. Экстраблок может записываться на отдельный накопитель, либо раскидываться по дискам.

Что же хранится в экстраблоке? Обычно каждый бит экстраблока состоит из суммы бит всех I блоков, точнее из результата выполнения логической операции XOR. Многие помнят со школы, что XOR – удивительный оператор, при его повторном наложении мы можем получить первоначальный результат. То есть (A XOR B) XOR B = A. Это правило распространяется на любое количество операндов.

Экстраблок

• может записываться на отдельный накопитель, либо раскидываться по дискам.
• Что же хранится в экстраблоке? Обычно каждый бит экстраблока состоит из суммы бит всех I блоков, точнее из результата выполнения логической операции XOR.
• XOR –оператор, при его повторном наложении мы можем получить первоначальный результат.
• То есть (A XOR B) XOR B = A. Это правило распространяется на любое количество операндов.

RAID 0

• Простейший массив, использующий чередование без четности.
• Вся входящая информация разбивается на блоки фиксированной длины (например, 16 кбайт) и раскидывается на все имеющиеся диски.

Выигрыш в скорости передачи данных, но совершенно не обеспечивает надежность.

Подходит для тех, кому нужно выжать максимум производительности от файловой системы при минимальных затратах

RAID 1

• Обычное зеркалирование.
• На два жестких диска пишутся две одинаковые копии данных.
• Можно использовать дешевый RAID контроллер или даже его программную реализацию

RAID 1 надежно защищает данные и обеспечивает работу системы даже при поломке одного из дисков.

получил широкое распространение среди пользователей, желающих защитить от потери личные данные.

Выигрыша в скорости при использовании RAID 1 нет .

RAID 2

• Второй уровень RAID умер, так и не родившись

Все те же умельцы из Беркли предложили использовать одновременно две технологии – побитовое чередование и код Хамминга для восстановления ошибок. В теории это должен быть неплохой по надежности и рабочей емкости массив, построенный из 14 или 39 дисков (!). Часть дисков (10 или 32) используется для хранения данных с чередованием, остальные – для хранения высчитанных контрольных сумм. Реализация таких систем требовала специальных дорогостоящих контроллеров, которые так и не прижились на рынке. В итоге RAID 2 сейчас не используется. Но идея красивая.

RAID 3

• использует чередование и выделенный диск для контроля четности

Третий уровень использует чередование и выделенный диск для контроля четности. Блоки данных обычно имеют длину меньше 1024 байт. Информация распределяется на несколько дисков, а высчитанное значение по четности сохраняется на отдельный диск.

Все скоростные преимущества чередования сводятся на нет необходимостью записывать контрольную сумму на выделенный диск.

К достоинствам отнесем возможность работы массива при отказе одного из дисков.

RAID 4

• Отличается от RAID 3 только размером блока данных при чередовании.
• Запись медленная.
• Диск с контрольными суммами является ярко выраженным «узким местом» в системе.

RAID 4 редко используется

RAID 5

• Применяется чередование и четность.
• В отличие от RAID 3, контрольные суммы не хранятся на одном диске, а разбрасываются по всем, что позволяет значительно поднять скорость записи.
• Главный принцип распределения экстраблоков: они не должны располагаться на том же диске, с которого была зашифрована информация

Наиболее распространенный в системах хранения данных – пятый уровень. Он характеризуется применением чередования и четности. В отличие от RAID 3, контрольные суммы не хранятся на одном диске, а разбрасываются по всем, что позволяет значительно поднять скорость записи. Главный принцип распределения экстраблоков: они не должны располагаться на том же диске, с которого была зашифрована информация

Надежность и скорость - высокие. При восстановлении информации всю работу на себя берет RAID контроллер, так что операция проходит довольно быстро

RAID 6

Можно ли это сделать?

• При выходе из строя двух дисков массив сохранил данные и даже остался работоспособным.

Можно!

• Контрольная сумма вычисляется два раза и копируется на два разных диска.
• В итоге данные окажутся потерянными только в случае выхода из строя сразу трех жестких дисков. (слишком редкий случай )

RAID 0+1 (01) и 1+0 (10)

• RAID 0+1 часто называют «зеркалом страйпов»,
• RAID 1+0 – «страйпом зеркал» (нормальное русское «чередование»
• В обоих случаях используются две технологии – чередование и зеркалирование, но результаты разны

RAID 0+1

• RAID 0+1 обладает высокой скоростью работы и повышенной надежностью, поддерживается даже дешевыми RAID контроллерами и является недорогим решением.
• По надежности несколько лучше RAID 1+0.
• Так, массив из 10 дисков (5 по 2) может остаться работоспособным при отказе до 5 жестких дисков!

недостаток – низкий процент использования емкости накопителей – всего 50%.

Но для домашних систем именно RAID 01 или 10 может оказаться оптимальным решением

RAID 0+3 (03) и 3+0 (30)

• Сочетание чередования и RAID 3 дает выигрыш в скорости, но система усложняется.
• Наиболее простой уровень 3+0. Из двух массивов RAID 3 строится страйп, и минимальное количество требуемых дисков – 6. Получившийся RAID 3+0 с точки зрения надежности лучше, чем 0+3.
• Достоинства этих комбинаций в довольно высоком проценте использования емкости дисков и высокой скорости чтения данных.

Недостатки – высокая цена, сложность системы.

RAID 5+0 (50)

• Чаще всего это два массива RAID 5, объединенных в страйп.
• Такая конфигурация позволяет получить высокую производительность при работе с файлами малого размера.
• Типичный пример – использование в качестве WEB-сервера.

RAID 1+5 (15) и 5+1 (51)

• Сочетании зеркалирования или дуплекса и чередования с распределенной четностью.
• Основная цель RAID 15 и 51 – значительное повышение надежности.
• Массив 1+5 продолжает работать при отказе трех накопителей, а 5+1 - даже при потере пяти из восьми жестких дисков!
• Чаще всего для построения RAID 5+1 используют два контроллера RAID 5, которые зеркалируют на программном уровне, что позволяет снизить затраты.

JBOD

А что делать, если нужен просто один логический диск гигантского размера? Без всяких зеркалирований, чередования и четности?

Это не RAID-это JBOD – Just A Bunch Of Disks.

Реализовать этот режим способен простейший контроллер или даже программная реализация контроллера.

Преимущества

Для работы используется все доступное пространство жестких дисков.

• В случае выхода из строя одного из жестких дисков, информация на других не повреждается.

Пример

Дорогой RAID контроллер, поддерживающий самые популярные уровни RAID.

Устанавливается в корпус сервера

Работает с быстрыми SCSI дисками, максимальное количество которых в массиве – 15.

Конечно, для домашнего использования такое устройство не предназначено. Но кто знает, что будет через несколько лет?…