RAID

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 14 septembrie 2021; verificările necesită 33 de modificări .

RAID ( Redundant Array of Independent Disks - o matrice redundantă de discuri independente (independente) ) este o tehnologie de virtualizare a datelor pentru combinarea mai multor dispozitive de disc fizice într-un modul logic pentru a îmbunătăți toleranța la erori și (sau) performanța.

Istorie

Termenul „RAID” a fost propus în 1987 de către Patterson ( David A. Patterson ), Gibson ( Garth A. Gibson ) și Katz ( Randy H. Katz ) ca abreviere pentru engleză. Redundant Array of Inexpensive Disks („matrice redundantă de discuri ieftine”). În prezentarea lor, ei și-au argumentat invenția pentru costul relativ scăzut al unei game de discuri ieftine concepute pentru computere personale , în comparație cu discuri de mare capacitate, pe care le-au numit „SLED” ( Single Large Expensive Drive ) [1] .

Mai târziu, decodarea termenului s-a schimbat în Redundant Array of Independent Disks (o matrice redundantă de discuri independente (independente)), deoarece discurile de server scumpe erau adesea folosite în matrice.

Petterson și colegii de la Berkeley au prezentat specificații pentru cinci niveluri de RAID care au devenit standardul de facto [1] :

RAID 1 - matrice de discuri în oglindă;
RAID 2 - rezervat matricelor care folosesc cod Hamming ;
RAID 3 - matrice de discuri cu un disc de paritate dedicat ;
RAID 4 - striped disk array cu un disc de paritate dedicat;
RAID 5 este o matrice de discuri cu striping, inclusiv date de paritate (nu există niciun disc alocat pentru stocarea de paritate - blocurile de paritate sunt stripate cu blocuri de date pe fiecare disc).

Printre implementările moderne ale matricelor RAID, sunt furnizate niveluri de specificații suplimentare:

RAID 0 - matrice de discuri striped de înaltă performanță fără toleranță la erori;
RAID 6 este o matrice de discuri cu dungi care utilizează două sume de control calculate în două moduri independente;
RAID 10 - matrice RAID 0 construită din matrice RAID 1;
RAID 50 - matrice RAID 0 construită din matrice RAID 5;
RAID 60 - matrice RAID 0 construită din matrice RAID 6;
RAID 1E este o matrice oglindă a altor trei matrice: RAID 50, RAID 05, RAID 60 și altele.

Un controler RAID hardware poate avea caracteristici suplimentare și poate suporta mai multe matrice RAID de diferite niveluri în același timp. În același timp, multe controlere RAID încorporate în placa de bază au doar două stări în setările BIOS (activat sau dezactivat), astfel încât un hard disk nou conectat la un slot de controler nefolosit cu modul RAID activat poate fi ignorat de sistem până când este asociat ca o altă matrice RAID (spanned)JBOD constând dintr-un singur disc.

Niveluri RAID implementate prin intermediul sistemului de fișiere ZFS :

RAID-Z - o unitate redundantă;
RAID-Z2 - două discuri redundante;
RAID-Z3 - trei discuri redundante.

Nivelurile de bază ale modelului RAID

RAID 0

RAID 0 (striping - „striping”) este o matrice de discuri de două sau mai multe hard disk-uri fără redundanță. Informațiile sunt împărțite în blocuri de date ( ) de lungime fixă și sunt scrise pe ambele/mai multe discuri pe rând, adică un bloc ( ) pe primul disc, respectiv al doilea bloc ( ) pe al doilea disc. $A_{i}$ $A_{1}$ $A_{2}$

Avantaje:

Viteza de citire a fișierelor este mărită de n ori, unde n este numărul de discuri. Cu toate acestea, o astfel de performanță optimă este atinsă numai pentru interogări mari, atunci când fragmente de fișiere sunt localizate pe fiecare dintre discuri.

Defecte:

Există un risc crescut de pierdere a datelor din cauza defecțiunii unuia dintre dispozitivele din matrice. Dacă notăm probabilitatea de defecțiune a unui singur disc în timpul unui an de funcționare ca , atunci probabilitatea de defecțiune a unei matrice RAID 0 constând din N astfel de discuri poate fi calculată folosind formula , iar valoarea rezultată pentru orice N va depăși semnificativ . Dacă probabilitatea de defecțiune a unui singur disc într-un an de funcționare este de 1%, atunci o matrice formată din două astfel de discuri va eșua cu o probabilitate de aproximativ 2% ( ) și o matrice de cinci astfel de discuri cu o probabilitate de 5 % ( ). Calculul arată o creștere a probabilității de defecțiune cu o creștere a numărului de discuri, aproape de liniar pentru un număr mic de discuri. Din acest motiv, tehnologia RAID 0 este rar folosită în forma sa pură, dar s-a dovedit bine ca fiind nivelul superior al RAID N0 în cascadă (de exemplu, RAID 10, RAID 50 sau RAID 60), unde numărul 0 înseamnă doar că o matrice RAID 0 Sunt combinate mai multe matrice RAID N: RAID N + RAID 0 = RAID N0. $p_{1}$ $p_{N}=1-(1-p_{1})^{N)$ $p_{1}$ $p_{2}=1-(1-p_{1})^{2}=2p_{1}-p_{1}^{2}=2\%-0,01\%=1,99\%$ $p_{5}=1-(1-p_{1})^{5}=4,90099501\%$

RAID 1

RAID 1 (oglindire - „oglindire”) - o matrice de două (sau mai multe) discuri care sunt copii complete unul ale celuilalt. A nu se confunda cu RAID 1+0 (RAID 10), RAID 0+1 (RAID 01), care folosesc mecanisme de oglindire mai sofisticate.

Avantaje:

Oferă o viteză de scriere acceptabilă (la fel ca și fără duplicare) și un câștig în viteza de citire la paralelizarea interogărilor [2] .
Are fiabilitate ridicată - funcționează atâta timp cât funcționează cel puțin un disc din matrice. Probabilitatea de defecțiune a două discuri simultan este egală cu produsul probabilităților de defecțiune a fiecărui disc, adică mult mai mică decât probabilitatea de defecțiune a unui disc individual. În practică, dacă unul dintre discuri eșuează, ar trebui luate măsuri urgente - pentru a restabili redundanța. Pentru a face acest lucru, cu orice nivel RAID (cu excepția zero), este recomandat să utilizați discuri de rezervă .

Defecte:

Pentru prețul a două hard disk, utilizatorul primește volumul unuia.

RAID 2

Matricele de acest tip se bazează pe utilizarea codului Hamming . Discurile sunt împărțite în două grupe: pentru date și pentru codurile de corectare a erorilor, iar dacă datele sunt stocate pe discuri, atunci discurile sunt necesare pentru a stoca codurile de corecție . Numărul total de discuri în acest caz va fi egal cu . Datele sunt distribuite pe discuri destinate stocării informațiilor în același mod ca în RAID 0, adică sunt împărțite în blocuri mici în funcție de numărul de discuri. Discurile rămase stochează coduri de corectare a erorilor, conform cărora, în cazul unei defecțiuni a hard diskului, este posibilă recuperarea informațiilor. Metoda Hamming a fost folosită de mult timp în memoria ECC și vă permite să corectați erorile individuale și să detectați erorile duble din mers. $2^n - n - 1$ $n$ $2^{n}-1$

Avantajul unei matrice RAID 2 este că operațiunile de disc sunt mai rapide decât un singur disc.

Dezavantajul unei matrice RAID 2 este că numărul minim de discuri la care are sens să-l folosești este de 7, doar începând de la acest număr necesită mai puține discuri decât RAID 1 (4 discuri cu date, 3 discuri cu coduri de corectare a erorilor) , în continuare redundanța scade exponențial.

RAID 3

Într-o matrice RAID 3 de discuri, datele sunt împărțite în bucăți mai mici decât un sector (despărțite în octeți) și distribuite pe discuri. Un alt disc este folosit pentru a stoca blocuri de paritate. În RAID 2, discuri au fost folosite în acest scop , dar majoritatea informațiilor de pe discurile de control au fost folosite pentru corectarea erorilor din mers, în timp ce majoritatea utilizatorilor sunt mulțumiți de recuperarea simplă a datelor în caz de deteriorare (folosind operațiunea XOR) , pentru care există suficiente date care se potrivesc pe un hard disk dedicat. $n$ $n-1$ $\approx log_{2}(n)$

Diferențele dintre RAID 3 și RAID 2: imposibilitatea de a corecta erorile din mers.

Avantaje:

citire și scriere de mare viteză a datelor;
Numărul minim de discuri pentru a crea o matrice este de trei.

Defecte:

o matrice de acest tip este bună numai pentru lucrul cu o singură sarcină cu fișiere mari, deoarece timpul de acces la un sector separat, împărțit pe discuri, este egal cu maximul intervalelor de acces la sectoarele fiecăruia dintre discuri. Pentru blocuri de dimensiuni mici, timpul de acces este mult mai lung decât timpul de citire.
o sarcină mare pe discul de control și, ca urmare, fiabilitatea acestuia scade semnificativ în comparație cu discurile care stochează date.

RAID 4

RAID 4 este similar cu RAID 3, dar diferă prin faptul că datele sunt împărțite în blocuri, mai degrabă decât în octeți. Astfel, a fost posibil să „câștigă” parțial problema ratei scăzute de transfer de date de o cantitate mică. Scrierile sunt lente datorită faptului că paritatea pentru un bloc este generată în timpul scrierilor și scrisă pe un singur disc.

Dintre sistemele de stocare utilizate pe scară largă, RAID-4 este folosit pe dispozitivele NetApp (NetApp FAS), unde deficiențele sale au fost eliminate cu succes prin operarea discurilor într-un mod special de scriere de grup, determinat de sistemul de fișiere intern WAFL utilizat pe dispozitive .

RAID 5

RAID 5 este o matrice de discuri cu striping de bloc de date și paritate [3] .

Principalul dezavantaj al nivelurilor RAID 2 până la 4 este incapacitatea de a efectua operațiuni de scriere paralelă, deoarece un disc de paritate separat este folosit pentru a stoca informațiile de paritate. RAID 5 nu are acest dezavantaj. Blocurile de date și sumele de control sunt scrise ciclic pe toate discurile din matrice, nu există nicio asimetrie în configurația discului. Sumele de control sunt rezultatul unei operațiuni XOR (exclusiv sau). Xor are o caracteristică care face posibilă înlocuirea oricărui operand cu rezultatul și, folosind algoritmul xor, obținerea operandului lipsă ca rezultat. De exemplu: a xor b = c (unde a , b , c sunt trei discuri ale matricei raid), dacă a eșuează, îl putem obține punând c în locul lui și desenând xor între c și b : c xor b = a . Acest lucru se aplică indiferent de numărul de operanzi: a xor b xor c xor d = e . Dacă c eșuează , atunci e îi ia locul și, după xor , obținem ca rezultat c : a xor b xor e xor d = c . Această metodă oferă în esență versiunea 5 de toleranță la erori. Este nevoie de doar 1 disc pentru a stoca rezultatul xor , a cărui dimensiune este egală cu dimensiunea oricărui alt disc din RAID.

Numărul minim de discuri utilizate este de trei.

Avantaje:

RAID 5 a devenit larg răspândit, în primul rând datorită rentabilității sale. Dimensiunea unei matrice de discuri RAID 5 este calculată folosind formula (n−1)×S, unde n este numărul de discuri din matrice și S este dimensiunea discului (cea mai mică dacă discurile sunt de dimensiuni diferite). De exemplu, pentru o matrice de patru unități de 500 gigaocteți, volumul total va fi (4−1) × 500 = 1500 gigaocteți, adică 25% este „pierdut” față de 50% din RAID 10. Odată cu o creștere a numărul de unități din matrice, economiile (comparativ cu alte niveluri RAID cu toleranță la erori) continuă să crească. RAID 5 oferă viteze mari de citire - câștigul este obținut prin fluxuri de date independente de pe mai multe discuri din matrice, care pot fi procesate în paralel.

Defecte:

Performanța RAID 5 este vizibil mai scăzută la operațiunile de scriere aleatorie (scrierile în ordine aleatorie), în care performanța scade cu 10-25% față de performanța RAID 0 (sau RAID 10), deoarece necesită mai multe operațiuni de disc (fiecare operație de scriere, cu excepția operațiuni de „scriere full-stripe”, este înlocuit pe controlerul RAID cu patru - două citiri și două scrieri).

Când un disc eșuează, fiabilitatea volumului scade imediat la nivelul RAID 0 cu numărul corespunzător de discuri n-1, adică de n-1 ori mai mic decât fiabilitatea unui disc - această stare se numește critică (degradează sau critic). Revenirea la funcționarea normală a unei matrice necesită un proces de recuperare îndelungat, care vine cu o pierdere semnificativă a performanței și un risc crescut. În timpul recuperării (reconstrucției sau reconstrucției), controlerul efectuează o citire intensivă lungă, care poate cauza defecțiunea unuia sau mai multor discuri din matrice. În plus, citirile pot detecta erori de citire nedetectate anterior în matricele de date reci (date care nu sunt accesate în timpul funcționării normale a matricei, date arhivate și inactive), prevenind recuperarea. Dacă apare o defecțiune înainte ca matricea să fie complet restaurată sau apare o eroare de citire irecuperabilă pe cel puțin încă un disc, atunci matricea este distrusă și datele de pe acesta nu pot fi restaurate prin metode convenționale. Controlerele RAID pot folosi analiza atributelor SMART pentru a preveni astfel de situații.

RAID 6

RAID 6 este o matrice de patru sau mai multe unități cu paritate P+Q sau DP, concepută pentru a proteja împotriva pierderii de date dacă două hard disk-uri din matrice se defectează în același timp. O astfel de fiabilitate este atinsă în detrimentul performanței și al reducerii capacității - pentru a restabili informațiile, sunt necesare două operațiuni de calcul, iar două discuri din matrice sunt folosite nu pentru stocarea datelor, ci pentru monitorizarea integrității acestora și recuperarea după defecțiuni. Datorită celor două discuri de redundanță, are un grad mai mare de fiabilitate. Dintre matricele de discuri, RAID 6 este cel mai fiabil, dar și cel mai lent. Viteza de scriere a datelor într-o matrice RAID 6 este vizibil, cu până la 50% mai mică decât în RAID 5 chiar și pe o matrice RAID 6 întreg, în timp ce viteza de citire a RAID 6 P + Q nu diferă mult de cea a RAID 5 și RAID 10 [3] .

RAID 6 necesită cel puțin patru discuri - două sau mai multe discuri de date și două discuri paritate [3] .

Estimări de performanță [3]

Situatie	RAID 5	RAID 6 P+Q	RAID 6DP
Intrare opțională	100 %	cincizeci la sută	cincizeci la sută
Acces serial	100 %	90%	60%
Recuperarea unui singur disc într-o matrice	100 %	~100%	Mai lent

Opțiuni RAID 6 [3] :

P+Q - o matrice cu două volume de paritate „P” și „Q”, conform arhitecturii RAID 6 P+Q este o extensie a RAID 5 cu un disc suplimentar „Q”;
DP ( engleză Dual Parity , Double Parity ) este o matrice cu paritate dublă.

În funcție de implementare, matricele RAID 6 DP pot avea limite diferite ale numărului de discuri necesare. În multe implementări, numărul de discuri dintr-o matrice trebuie să fie un număr prim (de exemplu, 5, dintre care 3 discuri de date și 2 discuri de paritate; 7, dintre care 5 discuri de date și 2 discuri de paritate; 11, din care 9 de date). discuri și 2 discuri de paritate etc.), unele implementări au o cerință diferită - numărul de discuri matrice trebuie să fie cu unul mai mic decât un număr prim (4, 6, 10 etc.). Astfel de restricții reduc flexibilitatea în construirea matricelor de date [3] .

Limitările opțiunilor pentru numărul de discuri dintr-o matrice RAID 6 DP sunt legate de complexitatea calculării parității duble a „benzii verticale” de date pe un număr arbitrar de discuri. Implementările cu un număr de discuri care sunt multiplu al unui număr prim permit utilizarea unor algoritmi simpli pentru a controla integritatea datelor, în timp ce implementările fără astfel de restricții folosesc algoritmi complecși, ceea ce încetinește și mai mult matricea de discuri [3] .

Avantajul RAID 6 este fiabilitatea sa - este cel mai înalt dintre toate matricele de date RAID, aceasta determină domeniul de aplicare al matricelor RAID 6 - medii de calcul care necesită un nivel ridicat de disponibilitate continuă a datelor [3] .

Dezavantajele RAID 6 sunt costul relativ ridicat și pierderea de performanță în comparație cu RAID 5. Performanța RAID 6 este cea mai scăzută dintre toate matricele RAID [3] .

Principii matematice

Majoritatea implementărilor RAID 6 P+Q folosesc un polinom Galois ( polinom ) , primul termen polinom fiind exclusiv „sau” utilizat în RAID 5 (valoarea acestuia este scrisă pe discul „P”), al doilea termen polinom fiind mai complex , de obicei reprezintă un „sau” exclusiv cu un multiplicator [3] . Implementările RAID 6 DP utilizează calculul XOR atât pentru benzi de biți orizontale, cât și pentru cele verticale din matricea de discuri, fiecare disc de paritate stochează propria sa paritate (orizontală sau verticală) [3] .

Niveluri combinate

Pe lângă nivelurile de bază RAID de la 0 la 6, descrise în standardul „Common RAID Disk Drive Format (DEF)”, există niveluri combinate cu nume precum „RAID α+β” sau „RAID αβ”, care înseamnă de obicei „ Un RAID β format din mai multe RAID α' (uneori vânzătorii interpretează acest lucru în felul lor), uneori denumit RAID hibrid [4] .

De exemplu:

RAID 10 (sau RAID 1+0) este RAID 0 compus din două sau mai multe RAID 1 (perechi în oglindă).
RAID 51 - RAID 1 care reflectă două RAID 5.

Nivelurile combinate moștenesc atât avantajele, cât și dezavantajele „părinților” lor: apariția striping-ului în nivelul RAID 5 + 0 nu îi adaugă nicio fiabilitate, dar are un efect pozitiv asupra performanței. Nivelul RAID 1+5 este probabil foarte fiabil, dar nu cel mai rapid și, în plus, extrem de neeconomic: capacitatea utilizabilă a volumului este mai mică de jumătate din capacitatea totală a discurilor.

RAID 01 (RAID 0+1)

O matrice RAID 01 (RAID 0+1) se numește oglindă stripe [5] . Este o matrice RAID 1 formată din două matrice RAID 0 imbricate. Numărul de discuri din ambele matrice RAID 0 imbricate trebuie să fie același, din cauza acestei caracteristici, acest tip poate funcționa numai cu un număr par de discuri.

În funcție de producătorul controlerului RAID, RAID 0+1 poate însemna o altă configurație, în plus, unele modele oferă crearea de RAID 0+1 pe un număr impar de dispozitive [6] , de fapt, implementând RAID 1E sub această denumire .

Ca și în RAID 1 „pur”, volumul util al matricei este jumătate din volumul total al tuturor discurilor (dacă sunt discuri de aceeași capacitate).

Toleranța la erori a RAID 01 este mai mică decât cea a RAID 10 cu aproximativ aceeași performanță și volum egal, astfel încât acest tip de RAID practic nu este utilizat.

RAID 10 (RAID 1+0)

RAID 10 (RAID 1 + 0) este o matrice oglindă în care datele sunt scrise secvenţial pe mai multe discuri, ca în RAID 0. Această arhitectură este o matrice de tip RAID 0, ale cărei segmente sunt matrice RAID 1 în loc de discuri individuale. , o matrice de acest nivel trebuie să conțină cel puțin 4 discuri (și întotdeauna un număr par). RAID 10 combină toleranța ridicată la erori și performanța.

RAID 10 este o opțiune destul de fiabilă pentru stocarea datelor datorită faptului că întreaga matrice RAID 10 va eșua numai dacă toate unitățile din aceeași matrice RAID 1 eșuează. Într-o matrice totală de 4 unități, cu o unitate defectată, șansa defectarea celui de-al doilea în aceeași matrice este 1/3×100=33%.

Prin comparație, RAID 0+1 va eșua dacă două unități eșuează în matrice diferite. Șansa de defecțiune a unei unități dintr-o matrice vecină este de 2/3×100=66%. Cu toate acestea, deoarece matricea RAID 0 cu unitatea eșuată nu mai este utilizată, unitatea sănătoasă rămasă din această matrice poate fi exclusă din calcul și avem șansa ca următoarea unitate să dezactiveze matricea - 2/2 × 100 = 100%.

Unii producători, cum ar fi HP, folosesc denumirea RAID 1+0 în controlerele lor RAID (HP Smart Array P400) nu numai pentru RAID 10. Tipul de RAID va depinde de numărul de discuri utilizate în configurație. Selectarea RAID 1+0 într-o configurație cu 2 unități va avea ca rezultat RAID 1, iar pentru 4 unități, RAID 10.

Niveluri RAID non-standard

RAID 1E

RAID 1E (îmbunătățit) este o oglindă capabilă să ruleze pe un număr impar de dispozitive.

Există cel puțin doi algoritmi RAID 1E diferiți:

RAID 1E aproape (aka RAID 1E cu dungi) [7] ;
RAID 1E intercalat [8] .

Este posibil ca manualul controlerului dumneavoastră RAID să nu indice ce tip de RAID 1E (aproape sau intercalat) acceptă [9] . Ceea ce au în comun este că sunt potrivite pentru a crea o serie de trei dispozitive de disc.

În RAID 1E aproape, primul bloc de date este scris pe discul #1 și pe discul #2 (copie completă, ca în RAID 1). Următorul bloc merge la discul nr. 3 și discul nr. 4 (dacă nu mai există discuri, de exemplu, nu există disc nr. 4 în matrice, al treilea disc este ultimul - controlerul revine la discul nr. .1 și trece la următoarea bandă).

În RAID 1E intercalat, datele sunt intercalate în benzi: datele în sine sunt scrise în prima bandă, iar o copie a acestora este scrisă în a doua bandă. La trecerea de la o bară la alta, indicele dispozitivului de la care începe înregistrarea crește. Astfel, primul bloc de date este scris pe discul #1 în prima bandă și pe discul #2 în a doua bandă, al doilea bloc de date este scris pe discul #2 în prima bandă și pe discul #3 în a doua. bandă și așa mai departe.

Capacitatea matricei rezultată folosind RAID 1E este , unde N este numărul de discuri din matrice și S este capacitatea celui mai mic disc. $S*N/2$

Avantaje:

Viteză bună de transfer de date și procesare a cererilor.
Spre deosebire de RAID 1 și RAID 10, este posibil să se organizeze o oglindă pe un număr impar de dispozitive.

Defecte:

Creștere a costului deoarece este disponibilă doar jumătate din capacitatea totală a dispozitivelor.
La unele modele de controlere, o singură unitate poate eșua și, prin urmare, cu un număr par de unități și fără unitate hot-swap, este de preferat să folosiți RAID 10 [8] .

Numărul minim de discuri este de trei (cu două, nu se distinge de RAID 1).

RAID 7

RAID 7 este o marcă înregistrată a Storage Computer Corporation și nu este un nivel RAID separat. Structura matricei este următoarea: datele sunt stocate pe discuri, un disc este folosit pentru a stoca blocuri de paritate. Scrierile pe disc sunt stocate în cache folosind RAM, matricea în sine necesită un UPS obligatoriu ; în cazul unei pene de curent, datele sunt corupte. $n-1$

Numărul 7 din nume dă impresia că sistemul este cumva superior „fraților săi mai mici” RAID 5 și 6, dar matematica RAID 7 nu diferă de RAID 4, iar cache-ul și bateriile sunt folosite în controlerele RAID ale tuturor. niveluri (cu cât controlerul este mai scump, cu atât este mai probabil să aibă aceste componente). Prin urmare, deși nimeni nu neagă că RAID 7 are fiabilitate și viteză ridicate, nu este un standard industrial, ci mai degrabă un truc de marketing al singurului producător de astfel de dispozitive și doar această companie oferă suport tehnic pentru acestea [10] .

RAID-DP

Există o modificare a RAID-4 - RAID-DP (Dual Parity) de la NetApp. Diferența față de o matrice tradițională constă în alocarea a două discuri separate pentru sumele de control. Datorită interacțiunii dintre RAID-DP și sistemul de fișiere WAFL (toate operațiunile de scriere sunt secvențiale și efectuate pe spațiu liber), scăderea performanței este eliminată atât în comparație cu RAID-5, cât și în comparație cu RAID-6.

Controlere RAID hardware

Acestea reprezintă o placă de expansiune sau sunt plasate în afara serverului (de exemplu, ca parte a unui subsistem de disc extern sau NAS ) [11] . Au propriul procesor, mulți au memorie cache pentru a accelera munca. Bateriile sunt instalate opțional în dispozitive mai scumpe (Battery Backup Unit, abreviat BBU, chimică sau condensator ) pentru a salva datele în cache în cazul unei întreruperi de urgență a curentului. Bateriile condensatoare sunt mai moderne, dar mai scumpe, deoarece necesită suplimentar un modul de memorie FLASH nevolatil, unde memoria cache va fi copiată în caz de accident. Astfel de baterii nu se deteriorează în timp și, spre deosebire de cele chimice, nu necesită înlocuire pe durata de viață a serverului [12] .

Pentru a conecta discuri, controlerul poate avea porturi interne sau externe sau ambele. Porturile pot fi realizate conform diferitelor standarde (vezi lista conectorilor SAS interni și externi , precum și SFF-8639 pentru un exemplu ).

Controlerele de la diferiți producători, de regulă, nu sunt compatibile și nu sunt interschimbabile între ele - acest lucru trebuie avut în vedere în cazul defecțiunii plăcii de control. Informațiile despre configurația matricei RAID sunt stocate pe discuri, dar numai un controler de la același producător o poate citi, chiar și de pe discuri complet funcționale, și recrea matricea [13] . Pentru a preveni astfel de probleme, există sisteme de discuri cluster [14] . De asemenea, matricele software RAID nu au acest dezavantaj.

Caracteristici suplimentare ale controlerelor RAID

Multe controlere RAID sunt echipate cu un set de caracteristici suplimentare:

" hot swap " (în schimb la cald);
„ rezervă fierbinte ” (rezervă caldă);
verificarea stabilității.

Comparația nivelurilor RAID

Nivel	Numărul de discuri	Capacitate efectivă [15] [16] [17] [18] [19]	Numărul permis de discuri eșuate	Fiabilitate	Viteza de citire	Viteza de inregistrare	Notă
0	de la 2	S×N	Nu	foarte jos	înalt	înalt	Pierderea datelor în cazul defecțiunii oricăruia dintre discuri!
unu	de la 2	S	N-1 discuri	foarte inalt	in medie	in medie	De N ori costul spațiului pe disc; cea mai mare fiabilitate posibilă; cea mai mică dimensiune posibilă, viteză de citire/scriere pe un singur disc
1E	de la 3	S×N/2	1 la N/2−1 discuri	înalt	înalt	scăzut	Pierderea datelor dacă oricare două discuri adiacente eșuează în același timp, sau primul cu ultimul
zece	de la 4, chiar	S×N/2	1 până la N/2 discuri [20]	înalt	înalt	înalt	costul dublu al spațiului pe disc, pierderea datelor atunci când un grup de oglindă (RAID 1) eșuează, operarea este posibilă dacă cel puțin unul dintre orice disc dintr-un grup de oglindă (RAID 1) supraviețuiește în fiecare grup de oglindă (RAID 1).
01	de la 4, chiar	S×N/2	1 până la N/2 discuri [20]	scăzut	înalt	înalt	costul dublu al spațiului pe disc, pierderea de date atunci când un grup oglindă eșuează (RAID 1), operarea este posibilă numai dacă toate discurile din orice grup de stripe (RAID 0) supraviețuiesc.
5	de la 3	S×(N−1)	1 disc	in medie	înalt	in medie
cincizeci	de la 6, chiar	S×(N−2)	1 până la 2 discuri [21]	in medie	înalt	înalt
51	de la 6, chiar	S×(N−2)/2	de la 2 la N/2+1 discuri [22]	înalt	înalt	scăzut	dublează costul spațiului pe disc
5E	de la 4	S×(N−2)	1 disc	in medie	înalt	înalt	unitatea de rezervă este inactiv și nu este verificată
5EE	de la 4	S×(N−2)	1 disc	in medie	înalt	înalt	unitatea de rezervă este inactiv și nu este verificată
6	de la 4	S×(N−2)	2 discuri	înalt	înalt	scăzut sau mediu	viteza de scriere în funcție de implementare (poate corespunde vitezei de scriere RAID 5)
60	de la 8, chiar	S×(N−4)	2 până la 4 discuri [21]	in medie	înalt	in medie
61	de la 8, chiar	S×(N−2)/2	de la 4 la N/2+2 discuri [22]	înalt	înalt	scăzut	dublează costul spațiului pe disc

Software RAID

Pentru a implementa RAID, puteți utiliza nu numai hardware, ci și componente complet software ( drivere ). De exemplu, pe sistemele nucleului Linux, suportul există direct la nivelul nucleului . Dispozitivele Linux RAID pot fi gestionate folosind utilitarul mdadm . Software-ul RAID are avantajele și dezavantajele sale. Pe de o parte, nu costă nimic (spre deosebire de controlerele RAID hardware ). Pe de altă parte, software-ul RAID utilizează unele resurse CPU .

Nucleul Linux 2.6.28 acceptă nivelurile software RAID 0, 1, 4, 5, 6 și 10. Implementarea permite crearea RAID-ului pe partiții de disc individuale, ceea ce este similar cu Matrix RAID descris mai jos. Este acceptată pornirea din RAID.

Sistemele de operare din familia Windows NT , cum ar fi Windows NT 3.1/3.5/3.51/ NT4 / 2000 / XP / 2003 , au suportat software-ul RAID 0, RAID 1 și RAID 5 de la proiectarea acestei familii (consultați Dynamic Disk ). Windows XP Home nu acceptă RAID. Windows XP Pro acceptă RAID 0, iar suportul pentru RAID 1 și RAID 5 este blocat de dezvoltatori, dar totuși poate fi activat prin editarea fișierelor binare ale sistemului OS, ceea ce este interzis de acordul de licență [23] . Windows 7 acceptă software-ul RAID 0 și RAID 1, Windows Server 2003 acceptă 0, 1 și 5.

FreeBSD are mai multe implementări software RAID. De exemplu, atacontrol poate construi RAID software complet sau poate suporta RAID semi-hardware pe cipuri precum ICH5R. În FreeBSD, începând cu versiunea 5.0, subsistemul discului este controlat de mecanismul GEOM încorporat în nucleu. GEOM oferă o structură de disc modulară, datorită căreia s-au născut module precum gstripe (RAID 0), gmirror (RAID 1), graid3 (RAID 3), gconcat (combinând mai multe discuri într-o singură partiție de disc). Există, de asemenea, clase ccd (RAID 0, RAID 1) și gvinum (manager de volum logic vinum). Începând cu FreeBSD 7.2, este acceptat sistemul de fișiere ZFS , care poate construi niveluri 0, 1, 5 și 6, precum și niveluri combinabile.

OpenSolaris și Solaris 10 folosesc Solaris Volume Manager care acceptă RAID 0, RAID 1, RAID 5 și orice combinație a acestora, cum ar fi 1+0. RAID 6 este acceptat în sistemul de fișiere ZFS .

Matrice

Matrix RAID este o tehnologie implementată de Intel în podurile de sud ale chipset-urilor sale , începând cu ICH6R . Această tehnologie nu este un nou nivel de RAID și nu are suport hardware. Instrumentele BIOS vă permit să organizați mai multe dispozitive într-o matrice logică, a cărei procesare ulterioară este exact ca o matrice RAID, fiind atribuită driverului. Tehnologia permite organizarea mai multor matrice de niveluri RAID 1, RAID 0 și RAID 5 simultan pe diferite partiții de disc [24] . Acest lucru vă permite să selectați o fiabilitate sporită pentru unele partiții și o performanță ridicată pentru altele.

Mai târziu, Intel a anunțat redenumirea tehnologiei Matrix RAID în Intel Rapid Storage Technology (Intel RST) [25] .

Lista controlerelor Intel care acceptă Intel RST [26] :

PCHM SATA RAID/AHCI;
PCH SATA RAID/AHCI;
ICH10R/DO SATA RAID/AHCI;
ICH10D SATA AHCI;
ICH9M-E SATA AHCI/RAID;
ICH9M AHCI;
82801IR I/O (RAID și AHCI);
82801HEM I/O (RAID și AHCI);
82801HBM I/O (numai AHCI);
82801HR/HH/HO I/O (RAID și AHCI);
631xESB/632xESB I/O (RAID și AHCI);
82801GHM I/O (numai RAID);
82801GBM I/O (numai AHCI);
82801GR/GH I/O (RAID și AHCI).

Dezvoltarea în continuare a ideii de RAID

Ideea matricelor RAID este de a combina discuri, fiecare dintre acestea fiind considerată ca un set de sectoare și, ca urmare, driverul sistemului de fișiere „vede” ca și cum un singur disc și funcționează cu el, fără a acorda atenție acestuia. structura interna. Cu toate acestea, puteți obține o creștere semnificativă a performanței și fiabilității sistemului de discuri dacă driverul sistemului de fișiere „știe” că funcționează nu cu un singur disc, ci cu un set de discuri.

Mai mult, dacă oricare dintre discurile din RAID 0 este distrusă, toate informațiile din matrice se vor pierde. Dar dacă driverul sistemului de fișiere a plasat fiecare fișier pe un singur disc și structura directoarelor este organizată corespunzător, atunci când oricare dintre discuri este distrus, se vor pierde numai fișierele care se aflau pe acest disc; iar fișierele care se află în întregime pe discurile păstrate vor rămâne disponibile. O idee similară de „creștere a fiabilității” este implementată în matricele JBOD .

Plasarea fișierelor într-o abordare „fiecare fișier rezidă în întregime pe un singur disc” are un efect complex/ambiguu asupra performanței sistemului de disc. Pentru fișierele mici, latența (timpul poziționării capului peste pista dorită + timpul de așteptare ca sectorul dorit să ajungă sub cap) este mai importantă decât timpul real de citire/scriere; prin urmare, dacă un fișier mic se află în întregime pe un singur disc, accesul la acesta va fi mai rapid decât dacă este răspândit pe două discuri (structura matricelor RAID este de așa natură încât un fișier mic nu poate fi pe trei sau mai multe discuri). Pentru fișiere mari, localizarea strict pe un singur disc poate fi mai proastă decât localizarea pe mai multe discuri; totuși, acest lucru se va întâmpla numai dacă datele sunt schimbate în blocuri mari; sau dacă se fac multe accesări mici la fișier într-un mod asincron, ceea ce vă permite să lucrați cu toate discurile pe care se află acest fișier deodată.

Dezavantajele RAID

Blocări corelate

Unitățile dintr-o matrice, cu excepția pieselor de rezervă („de rezervă”), au adesea aceeași vârstă la început, supuse aceleiași sarcini și influențe ale mediului, acest lucru încalcă ipotezele despre probabilitatea independentă de defecțiune a unității; eșecurile sunt de fapt corelate statistic. În practică, șansa unui al doilea eșec înainte de prima recuperare este mai mare decât șansa unor eșecuri aleatorii.

Incompatibilități de configurare

Deși configurația matricei este stocată direct pe discurile fizice, nu există un standard general acceptat pentru codificare și stocare. Când un controler eșuează, utilizatorul este forțat să achiziționeze un controler compatibil pentru a restabili accesul la date, în loc să recreeze o matrice goală.

Vezi și

JBOD este o matrice de discuri cu o distribuție secvențială a spațiului pe disc pe discuri.
NAS - stocare în rețea externă (se poate folosi RAID).

Note

↑ 12 Patterson și colab., 1988 .
↑ R.LAB. Matrice RAID - fiabilitate și performanță. RAID1 . Consultat la 8 iunie 2008. Arhivat din original pe 28 iunie 2008. (nedefinit)
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Stegner, G. Avantajele și dezavantajele RAID 6 : [ arh. 9 martie 2009 ] / AWI Verlag // OSP. - 2007. - 12 iulie.
↑ Mishra, SK Dual-Crosshatch Disk Array : A Highly Reliable Hybrid-RAID Architecture // Proceedings of the 1995 International Conference on Parallel Processing : [ ing. ] / SK Mishra, SK Vemulapalli, P. Mohapatra. - CRC Press , 1995. - Vol. 1. - P. I-146-I-149. - ISBN 978-0-8493-2615-8 . — ISBN 084932615X .
↑ Matrice RAID - Informatică
↑ Selectați nivelul RAID . Consultat la 29 septembrie 2012. Arhivat din original la 17 noiembrie 2015. (nedefinit)
↑ Microsemi. Alegerea configurațiilor RAID potrivite: RAID 1E . Preluat la 3 ianuarie 2018. Arhivat din original la 3 ianuarie 2018. (nedefinit)
↑ 1 2 Adaptec Inc. Soluții pentru stocarea datelor. Ce nivel RAID ar trebui să aleg? — RAID 1E . Preluat la 3 ianuarie 2018. Arhivat din original la 10 ianuarie 2017. (nedefinit)
↑ ReclaiMe Free RAID Recovery - tipuri RAID 1E . Preluat la 3 ianuarie 2018. Arhivat din original la 4 ianuarie 2018. (nedefinit)
↑ Ghidul PC - RAID Nivelul 7 . Preluat la 7 august 2018. Arhivat din original la 21 iunie 2010. (nedefinit)
↑ IXBT. Alegeți controlerul RAID. 01.10.1999 . Preluat la 28 iulie 2018. Arhivat din original la 29 iulie 2018. (nedefinit)
↑ Tot ce ai vrut să știi despre controlerele RAID, dar ai fost prea lene să te uiți. 06.10.2016 . Preluat la 28 iulie 2018. Arhivat din original la 29 iulie 2018. (nedefinit)
↑ Habr, 24.02.2012. Ce să faci dacă controlerul RAID eșuează? . Preluat la 7 august 2018. Arhivat din original la 8 august 2018. (nedefinit)
↑ Întrebări frecvente despre implementarea practică a RAID . Preluat la 7 august 2018. Arhivat din original la 8 august 2018. (nedefinit)
↑ Aici N este numărul de discuri din matrice, S este volumul celui mai mic disc.
↑ RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID6, RAID 10 sau care sunt nivelurile RAID? (link indisponibil) . Preluat la 11 decembrie 2010. Arhivat din original la 20 martie 2011. (Rusă)
↑ Introducere pe disc dinamic - niveluri RAID . Consultat la 11 decembrie 2010. Arhivat din original pe 15 decembrie 2010. (nedefinit)
↑ RAID Array and Server: Hardware and Service Comparison . Consultat la 11 decembrie 2010. Arhivat din original la 10 septembrie 2011. (nedefinit)
↑ Rezumat compararea nivelurilor RAID . Consultat la 11 decembrie 2010. Arhivat din original la 19 iunie 2010. (nedefinit)
↑ 1 2 Informațiile nu se vor pierde dacă unitățile eșuează în oglinzi diferite.
↑ 1 2 Informațiile nu se vor pierde dacă același număr de discuri în benzi diferite eșuează.
↑ 1 2 Informațiile nu se vor pierde dacă discurile din aceeași oglindă eșuează.
↑ Crearea unei matrice software RAID 5 sub Windows XP . Consultat la 19 aprilie 2009. Arhivat din original pe 7 martie 2009. (nedefinit)
↑ Tehnologia Intel Rapid Storage (Intel RST). RAID 0, 1, 5, 10, Matrix RAID, RAID Ready . Consultat la 6 ianuarie 2014. Arhivat din original pe 7 ianuarie 2014. (nedefinit)
↑ Tehnologia Intel Rapid Storage (Intel RST). prezentare generală a produsului . Consultat la 6 ianuarie 2014. Arhivat din original pe 7 ianuarie 2014. (nedefinit)
↑ Chipset-uri Intel și hub-uri de controlere acceptate . Preluat la 3 ianuarie 2018. Arhivat din original la 4 ianuarie 2018. (nedefinit)
↑ Ghidul utilizatorului controlerului RAID LSI MegaRAID 320-0 Zero Channel Arhivat la 7 ianuarie 2010 la Wayback Machine

Literatură

Patterson, DA Un caz pentru matrice redundante de discuri ieftine (RAID) : [ arh. 18 septembrie 2006 ] // SIGMOD '88: Proceedings of the 1988 ACM SIGMOD international Conference on Management of data: [ ing. ] / D.A. Patterson, G. Gibson , RH Katz . - 1988. - Iunie. - P. 109-116. - doi : 10.1145/50202.50214 .

Link -uri

Noi niveluri RAID: numere, litere și ce se află în spatele lor Arhivat 2 ianuarie 2012 la Wayback Machine
Neredundant despre RAID Arhivat 14 noiembrie 2011 la Wayback Machine (XOR, RAID-Z)
Descrierea tuturor nivelurilor RAID de către iXBT.com Arhivată 10 februarie 2009 la Wayback Machine
Recuperare rapidă a unei matrice Raid atunci când unul dintre discuri eșuează Arhivat 19 iunie 2014 la Wayback Machine
Recuperarea matricelor RAID folosind metode simple Arhivat 21 septembrie 2008 la Wayback Machine
Un exemplu de recuperare a datelor (practic) dintr-o matrice NAS Raid eșuată 1Tb Arhivat la 30 ianuarie 2009 la Wayback Machine
Un exemplu de recuperare a datelor din Raid 0 folosind WinHex Arhivat 9 aprilie 2009 la Wayback Machine