Пять основных принципов теории RAID.

Пять основных принципов теории RAID.

В основе теории RAID лежат пять основных принципов:

1. Это Массив (Array),

2. Зеркалирование (Mirroring),

3. Дуплекс (Duplexing),

4. Чередование (Striping),

5. Четность (Parity).

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 – это технология, позволяющая повысить надежность системы (рис. 1). В RAID массиве с зеркалированием все данные одновременно пишутся не на один, а на два жестких диска. То есть создается «зеркало» данных. 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 и при этом нет никакого выигрыша в производительности).

Рис. 1. Зеркалирование.

Дуплекс – это дальнейшее развитие идеи зеркалирования. В этом случае так же высок уровень

надежности и требуется в два раза больше жестких дисков. Но появляются и дополнительные затраты (для повышения надежности в систему устанавливаются два независимых RAID контроллера). Но выход из строя одного диска или контроллера не сказывается на работоспособности системы. Столь дорогое решение используется только во внешних RAID-массивах, предназначенных для ответственных приложений.

Рис. 2. Дуплекс.

Чередование – это отличная возможность повысить быстродействие системы. Если чтение и запись вести параллельно на нескольких жестких дисках, можно получить выигрыш в скорости. Записываемый файл разбивается на части определенного размера и посылается одновременно на все имеющиеся накопители. В таком фрагментированном виде файл и хранится. Считывается он тоже «по кусочкам». Размер «кусочка» может быть минимальным – 1 байт, но чаще используют более крупное дробление – по 512 байт (размер сектора).

Рис. 3. Чередование.

Четность - является альтернативным решением, соединяющим 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, 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.

Плюсы четности очевидны. За счет использования чередования повышается скорость работы. При зеркалировании надежность сохраняется, но при этом «нерабочий» объем массива заметно уменьшается, он одинаков при любом количестве дисков и составляет емкость одного диска, то есть при 5 дисках в массиве пропадает всего 20% емкости.

Но у четности есть и весомый минус (для формирования экстраблоков требуются вычисления). Их надо делать на лету, причем с миллионами, миллиардами бит (если это дело поручить центральному процессору, мы получим очень «тормознутую» систему). Необходимо использовать довольно дорогие платы с RAID-контроллерами, которые «берут все вычисления на себя». В случае выхода из строя одного из дисков, процесс восстановления будет не столь быстрым, как при зеркалировании.

Даже специалисту иногда трудно разобраться в современных технологиях хранения данных, в RAID массивах и уровнях их организации. Новые технологии не сразу приходят к конечным пользователям. Сначала они окупаются и обкатываются на узко-профессиональном рынке, служа бизнесу или государству, и лишь затем потихоньку переходят «в массы», появляясь в бюджетных решениях.