Варианты RAID-массивов.
RAID-массив это несколько жестких дисков, объединенных в одну систему для увеличения объема дисковой памяти и обеспечения отказоустойчивости. Применение RAID-массивов целесообразно в случае критически важных задач, требующих высокой надежности и производительности. Это хранилища данных, оперативная обработка транзакций, корпоративные вычислительные системы и т.д. Во всех этих случаях организуют внешний RAID-массив большой емкости:
- RAID 0 является cамым производительным;
- RAID 1 и RAID 5 имеют одинаковую отказоустойчивость;
- RAID 1 имеет большую скорость чтения и записи, чем RAID 5;
- RAID 1 быстрее восстанавливает диск в случае отказа одного из них, чем RAID 5;
- RAID 1 дороже RAID 5 при одинаковом объеме полезных данных;
- коэффициент использования дискового пространства у RAID 1 ниже, чем у RAID 5.
Cамым производительным является RAID 0, но самым популярным RAID 5, ввиду возможности увеличения производительности дискового массива в сочетании с высокой отказоустойчивостью. Некоторыми производителями разработаны системы RAID других уровней. Современные RAID системы, например, SOHO (Small Office / Home Office) - комплект "RAID+", позволяют реализовать RAID-массив уровней 0, 1, 0+1 на основе адаптеров серии FlashPoint, не вкладывая при этом значительных средств.
RAID это несколько жестких дисков, объединенных в одну систему для увеличения объема дисковой памяти и обеспечения отказоустойчивости. Контроллер системы RAID помещается между высокоскоростным потоком данных и несколькими более медленными потоками данных, направленными в диски массива RAID. При выполнении компьютером записи на диск контроллер RAID производит расщепление потока данных (stripping), он принимает быстрый поток данных и разбивает его на несколько синхронизированных потоков, по одному на каждый диск. При чтении контроллер RAID принимает и объединяет потоки данных с каждого диска в один и передает более быстрый поток данных дальше.
Контроллер системы RAID выполняет также функции коррекции ошибок. В массив из восьми дисков можно добавить девятый содержащий только коды для коррекции ошибок. Если в таком RAID-массиве откажет диск содержащий данные, то контроллер RAID, используя корректирующие коды, восстановит потерянные данные.
Рис. 1. Система RAID
Существует несколько уровней (вариантов) реализации RAID. Уровни RAID обеспечивают различную производительность и устойчивость к сбоям и имеют разную стоимость:
RAID 0 - равномерно распределяет данные по всем дискам массива и по существу не является отказоустойчивой системой (в случае выхода из строя одного из дисков, необходимо восстанавливать данные на всех дисках), но он обеспечивает наивысшую производительность дисковой подсистемы(рис. 2).
Рис. 2. RAID 0
RAID 1 - реализует метод зеркалирования/дуплексирования данных, создавая для каждого диска массива вторую копию данных на отдельном диске.
Рис. 3. RAID 1
RAID 2 - для повышения надежности хранения данных использует коды с исправлением ошибок. Используется один или два диска содержащие коды для исправления ошибок (ЕСС).
RAID 3 - данные распределяются на дисках массива побайтно, контрольные суммы данных для каждого из основных дисков записывается на один дополнительный диск.
RAID 4 - основное отличие от RAID 3 является по секторное расщепление данных вместо побайтного и не нуждается в синхронизации вращения дисков.
RAID 5 - распределение данных по блокам, контрольные суммы распределены по всем дискам массива.
Рис. 4. RAID 2,3,4
Рис. 5. RAID 5
RAID 6 — дисковый массив с независимыми дисками данных и двумя независимыми схемами контрольных сумм, распределенными между дисками. RAID 6 — это, по существу, улучшенный вариант RAID 5 (рис. 5). В RAID 6 (в отличие от RAID 5) добавлена еще одна схема контрольных сумм, независимая от первой, что увеличивает отказоустойчивость массива. Блоки данных распределяются по дискам так же, как и н RAID 5. Второй набор контрольных сумм распределяется по дискам аналогично первому. RAID 6 обеспечивает исключительно высокую отказоустойчивость и остается работоспособным даже при одновременном выходе из строя двух дисков. Это отличное решение для систем, требующих повышенной надежности.
Рис. 7. Технология дискового массива RAID 6
Достоинства:
• высокая скорость чтения данных;
• высокая отказоустойчивость.
Недостатки:
• сложный конструктив контроллера;
• большая нагрузка на контроллер при вычислении контрольных сумм и адресов, по которым они должны быть размещены на дисках;
• очень малая скорость записи;
• низкий коэффициент использования дискового пространства. Для RAID 6 он равен N/(N+2), а для RAID 5 - N/(N+1 ), где N — число дисков с данными.
Ни одна из коммерческих фирм на сегодняшний день не производит дисковых подсистем, в которых используется технология RAID 6.
RAID 7 — дисковый массив с асинхронным вводом/выводом и высокой скоростью передачи данных.
Все операции ввода/вывода в массиве RAID 7 (рис. 8) проводятся в асинхронном режиме, то есть выполнение каждой такой операции контролируется независимо от выполнения других. Данные кэшируются во время любой операции ввода/вывода. Все вышесказанное справедливо не только для данных, передаваемых между дисками массива, но и для данных, передаваемых между массивом RAID 7 и компьютером.
Рис. 8. Технология дискового массива RAID 7
Управление массивом RAID 7 возложено на многозадачную операционную систему, работающую в режиме реального времени. Код операционной системы исполняется специальным контрольным процессором, входящим в состав массива RAID 7. Благодаря наличию такой операционной системы каналы передачи данных контролируются в режиме реального времени. Кэширование данных при операциях ввода/вывода проводится централизованно. Для передачи кэшированных данных внутри массива RAID 7 используется высокоскоростная Х-шина. Контрольные суммы хранятся на одном диске, а сам алгоритм вычисления контрольной суммы интегрирован в кэш. Массив RAID 7 может иметь до 12 внешних интерфейсов обмена данными, что позволяет подключить массив одновременно к нескольким компьютерам. Массив RAID 7 имеет линейную масштабируемость по объему дискового пространства и поддерживает до 48 дисков с данными. Поддерживается также технология «горячей замены» вышедших из строя дисков. Наличие встроенного SNMP-агента позволяет проводить мониторинг состояния и управление массивом RAID 7 удаленным образом. Достоинства:
- общая производительность на операциях записи на 25-90% лучше, чем для одного диска, и в 1,5-6 раз лучше, чем у RAID-массивов других типов;
- количество внешних интерфейсов обмена данными может быть увеличено для подключения массива RAID 7 дополнительно к нескольким компьютерам или увеличения общей пропускной способности канала передачи данных между массивом RAID 7 и компьютером;
- очень высокая скорость доступа к данным в много пользовательской среде ( если после первой операции чтения малого объема данных вся информация, считанная с диска, целиком остается в кэше, при последующих операциях чтения этиx же данных они будут считываться из кэша, а не с диска, что про исходит практически мгновенно).
Для операций чтения большого объема данных это работает только наполовину, так как в кэше остаются не все считанные данные. А так как в многопользовательской среде одновременно работают несколько пользователей, и работают они, как правило, с одними и теми же данными, и при этом операции чтения малого объема данных составляют подавляющее большинство среди всех операций ввода/вывода, то вероятность чтения данных прямо из кэша становится очень высокой. Именно это и приводит к наблюдаемому эффекту (скорость чтения и записи растет при увеличении числа дисков в массиве).
Недостатки:
- высокая стоимость;
- на сегодняшний день массивы RAID-7 производит только одна компания - Storage Cоmpincr.
RAID 10 - комбинация технологий RAID 1 и RAID 0 в одном дисковом массиве.
RAID 10 - это пример использования нескольких RAID-технологий в одном дисковом массиве . Первая пара дисков заполняется данными но технологии RAID 1, а вторая — по технологии 1Ш1) 0. RAID 10 это отличное решение для тех, кто хочет использовать технологию RAID 1, но нуждается в повышенной производительности.
Достоинства:
- имеет такую же отказоустойчивости, кик и RAID 1;
- скорость чтения и записи несколько выше, чем у RAID 1.
Недостатки:
- высокая стоимость;
- самый низкий коэффициент использования дискового пространства из всех типов RAID-массивов;
RAID 53 — еще один пример комбинирования RAID-технологий. Массивы типа RAID 53 правильнее было бы называть массивами типа RAID 03, так как первая их часть строится по технологии RAID 3, а вторая - по технологии RAID 0. Такой массив вполне подошел бы тем, кого в RAID 3 устраивает все, кроме его производительности.
Достоинства:
- имеет такую же отказоустойчивость, как и RAID 3;
- скорость чтения и записи несколько выше, чем у RAID3.
Недостатки:
- высокая стоимость;
- низкий коэффициент использования дискового пространства.