Варианты RAID-массивов.

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.