Raid 0 4 disky. Pole RAID – spolehlivost a výkon

Pole RAID (Redundant Array of Independent Disks) - spojení několika zařízení pro zlepšení výkonu a/nebo spolehlivosti datového úložiště, v překladu - redundantní pole nezávislých disků.

Podle Moorova zákona se aktuální výkon každým rokem zvyšuje (jmenovitě se počet tranzistorů na čipu zdvojnásobuje každé 2 roky). To lze vidět téměř ve všech odvětvích průmyslu počítačového hardwaru. Procesory zvyšují počet jader a tranzistorů, zatímco snižují proces, RAM zvyšuje frekvenci a šířku pásma, polovodičové paměti zvyšují odolnost proti opotřebení a rychlost čtení.

Jednoduché pevné disky (HDD) však za posledních 10 let příliš nepokročily. Jak byla standardní rychlost 7200 ot./min, tak i zůstala (nepočítáme-li serverové HDD s otáčkami 10 000 a více). Notebooky mají stále pomalých 5400 ot./min. Pro většinu uživatelů bude pro zvýšení výkonu počítače výhodnější koupit SDD, ale cena za 1 gigabajt takového média je mnohem vyšší než u jednoduchého HDD. „Jak zvýšit výkon disků, aniž byste ztratili spoustu peněz a objemu? Jak ušetřit svá data nebo zvýšit bezpečnost svých dat? Na tyto otázky existuje odpověď – pole RAID.

Typy polí RAID

V tuto chvíli existují následující typy RAID pole:

RAID 0 nebo "prokládání"- pole dvou nebo více disků pro zlepšení celkového výkonu. Objem raidu bude celkový (HDD 1 + HDD 2 = Celkový objem), rychlost čtení/zápisu bude vyšší (kvůli rozdělení záznamu na 2 zařízení), ale utrpí spolehlivost informační bezpečnosti. Pokud jedno ze zařízení selže, všechny informace v poli budou ztraceny.

RAID 1 nebo "Mirror"– několik disků se vzájemně kopíruje pro zvýšení spolehlivosti. Rychlost zápisu zůstává na stejné úrovni, rychlost čtení se zvyšuje, spolehlivost se mnohonásobně zvyšuje (i když jedno zařízení selže, druhé bude fungovat), ale náklady na 1 gigabajt informací se zdvojnásobí (pokud vytvoříte pole dvou hdds).

RAID 2 je pole postavené na provozu úložných disků a disků pro opravu chyb. Výpočet počtu HDD pro ukládání informací se provádí pomocí vzorce "2^n-n-1", kde n je počet korekčních HDD. Tento typ se používá při velkém počtu pevných disků, minimální přijatelný počet je 7, kde 4 je pro ukládání informací a 3 pro ukládání chyb. Výhodou tohoto typu je zvýšený výkon ve srovnání s jedním diskem.

RAID 3 - sestává z "n-1" disků, kde n je disk pro ukládání paritních bloků, zbytek jsou úložná zařízení. Informace jsou rozděleny na menší části než je velikost sektoru (rozděleny na bajty), dobře se hodí pro práci s velkými soubory, rychlost čtení malých souborů je velmi nízká. charakteristický vysoký výkon, ale nízká spolehlivost a úzká specializace.

RAID 4 - obdoba typu 3, ale dělení je v blocích, ne v bajtech. Toto řešení dokázalo opravit nízkou rychlost čtení malých souborů, ale rychlost zápisu zůstala nízká.

RAID 5 a 6 - místo samostatného disku pro korelaci chyb se jako v předchozích verzích používají bloky, které jsou rovnoměrně rozmístěny napříč všemi zařízeními. V tomto případě se rychlost čtení / zápisu informací zvyšuje díky paralelizaci zápisu. mínus tohoto typu je dlouhodobá obnova informací v případě poruchy jednoho z disků. Během rekonvalescence to jde velmi vysoké zatížení na jiná zařízení, což snižuje spolehlivost a zvyšuje výpadek jiného zařízení a ztrátu všech dat v poli. Typ 6 zlepšuje celkovou spolehlivost, ale snižuje výkon.

Kombinované typy polí RAID:

RAID 01 (0+1) - Dva Raid 0 jsou sloučeny do Raid 1.

RAID 10 (1+0) - Disková pole RAID 1 používaná v architektuře typu 0. Je považován za nejspolehlivější možnost úložiště, kombinující vysokou spolehlivost a výkon.

Můžete také vytvořit pole z SSD disků. Podle testování 3DNews taková kombinace nedává výrazný nárůst. Je lepší pořídit disk s výkonnějším rozhraním PCI nebo eSATA

Raidové pole: jak vytvořit

Je vytvořen připojením přes speciální RAID řadič. V současné době existují 3 typy ovladačů:

1. Software - softwarových nástrojů pole je emulováno, všechny výpočty provádí CPU.
2. Integrované – běžné hlavně na základních deskách (ne v segmentu serverů). Malý čip na podložce. deska zodpovědná za emulaci pole, výpočty se provádějí přes CPU.
3. Hardware - rozšiřující deska (pro stolní počítače), obvykle s PCI rozhraní, má vlastní paměť a výpočetní procesor.

RAID pole hdd: Jak vyrobit ze 2 disků přes IRST

Obnova dat

Některé možnosti obnovy dat:

1. V případě selhání RAID 0 nebo 5 může pomoci nástroj RAID Reconstructor, který shromáždí dostupné informace disky a přepsat jej na jiné zařízení nebo médium jako obraz minulého pole. Tato možnost pomůže, pokud disky fungují a chyba je v softwaru.
2. Pro systémy Linux použijte mdadm recovery (utilita pro správu softwarových polí raid).
3. Obnova hardwaru by měla být prováděna prostřednictvím specializovaných služeb, protože bez znalosti pracovních metod ovladače můžete ztratit všechna data a bude velmi obtížné nebo dokonce nemožné je vrátit.

Při vytváření raidu na vašem počítači je třeba vzít v úvahu mnoho nuancí. V zásadě se většina možností používá v segmentu serverů, kde je důležitá a nezbytná stabilita a bezpečnost dat. Pokud máte dotazy nebo dodatky, můžete je zanechat v komentářích.

Měj krásný zbytek dne!

Téměř každý zná přísloví „Dokud hrom nepraskne, rolník se nepokřižuje“. Je to životně důležité: dokud se ten či onen problém uživatele blíže nedotkne, nebude o tom ani přemýšlet. Napájecí zdroj zemřel a vzal s sebou několik zařízení - uživatel spěchá hledat články na relevantní témata o chutném a zdravém jídle. Procesor vyhořel nebo začal selhávat kvůli přehřátí - v "Oblíbených" je několik odkazů na větvení vláken fóra, která diskutují o chlazení CPU.

S pevné disky stejný příběh: jakmile další šroub opustí náš smrtelný svět a rozlouskne hlavou, majitel PC se začne pídit po zlepšení životních podmínek disku. Dlouhou a šťastnou životnost disku ale nezaručí ani ten nejpropracovanější chladič. Životnost disku ovlivňuje mnoho faktorů: výrobní vada, náhodné kopnutí do těla nohou (zejména pokud je tělo někde na podlaze), prach, který prošel filtry, a vysokonapěťový hluk vysílaný napájecí zdroj ... Existuje pouze jedna cesta ven - zálohování informací, a pokud potřebujete zálohu na cestách, pak je čas postavit pole RAID, protože dnes má téměř každá základní deska nějaký řadič RAID.

V tomto bodě se zastavíme a uděláme krátkou odbočku do historie a teorie polí RAID. Samotná zkratka RAID znamená Redundant Array of Independent Disks (Redundant Array of Independent Disks). Dříve místo nezávislých používali levné (levné), ale postupem času tato definice ztratila svůj význam: téměř všechny diskové jednotky se staly levnými.

Historie RAID se začala psát v roce 1987, kdy vyšel článek „A Chassis for Redundant Arrays of Cheap Disks (RAID)“, pod kterým byli podepsáni soudruzi Peterson, Gibson a Katz. Poznámka popisovala technologii spojení několika běžných disků do pole, aby se získal rychlejší a spolehlivější disk. Autoři materiálu také čtenářům řekli o několika typech polí - od RAID-1 po RAID-5. Následně bylo k polím popsaným před téměř dvaceti lety přidáno pole RAID s nulovou úrovní, které si získalo oblibu. Co jsou tedy všechny tyto RAID-x? Jaká je jejich podstata? Proč se jim říká nadbytečné? To je to, co se pokusíme zjistit.

Pokud mluvíte velmi prostá řeč, pak je RAID taková věc, která umožňuje operačnímu systému nevědět, kolik disků je v počítači nainstalováno. Sloučení pevných disků do pole RAID je proces, který je přesným opakem rozdělení jednoho prostoru na logické disky: vytvoříme jeden logický disk založený na několika fyzických. K tomu potřebujeme buď příslušný software (o této možnosti se ani nebudeme bavit - to je zbytečná věc), nebo RAID řadič zabudovaný v základní desce, případně samostatný vložený do PCI nebo PCI Express slotu. . Právě řadič spojuje disky do pole a operační systém již nepracuje s HDD, ale s řadičem, který mu nic zbytečného neříká. Možností, jak sloučit několik disků do jednoho, přesněji asi deset, je ale velké množství.

Co jsou RAID?

Nejjednodušší z nich je JBOD (Just a Bunch of Disks). Dva pevné disky jsou slepeny do jednoho v sérii, informace se zapisují nejprve na jeden a poté na druhý disk, aniž by se rozbily na kousky a bloky. Ze dvou disků po 200 GB uděláme jeden po 400 GB, který funguje téměř stejně, ale ve skutečnosti o něco nižší rychlostí, jako každý z obou disků.

JBOD je speciální případ pole nulové úrovně, RAID-0. Existuje také další verze názvu polí této úrovně - stripe (stripe), celý název je Striped Disk Array bez Fault Tolerance. Tato možnost také zahrnuje zkombinování n disků do jednoho s objemem zvětšeným nkrát, ale disky se nepřipojují sekvenčně, ale paralelně a informace se na ně zapisují po blocích (velikost bloku si nastavuje uživatel při vytváření pole RAID pole).

To znamená, že pokud je třeba zapsat sekvenci čísel 123456 na dva disky zahrnuté v poli RAID-0, řadič rozdělí tento řetězec na dvě části – 123 a 456 – a první zapíše na jeden disk a druhou na další. Každý disk může přenášet data... no, řekněme rychlostí 50 MB/s, a celková rychlost dvou disků, ze kterých se data berou paralelně, je 100 MB/s. Rychlost práce s daty by se tedy měla zvýšit nkrát (reálně je samozřejmě nárůst menší, jelikož nikdo nezrušil ztráty za vyhledávání dat a jejich přenos po sběrnici). Toto zvýšení je ale dáno z nějakého důvodu: pokud selže alespoň jeden disk, dojde ke ztrátě informací z celého pole.

RAID úrovně 0. Data jsou rozdělena do bloků a rozmístěna po discích. Neexistuje žádná parita ani redundance.

To znamená, že neexistuje žádná redundance a už vůbec žádná redundance. Považovat toto pole za pole RAID může být pouze podmíněné, nicméně je velmi oblíbené. Jen málo lidí přemýšlí o spolehlivosti, protože ji nemůžete měřit pomocí benchmarků, ale každý rozumí řeči megabajtů za sekundu. Není to špatné ani dobré, prostě to existuje. Níže budeme hovořit o tom, jak jíst ryby a udržovat spolehlivost. Obnova RAID-0 po selhání

Mimochodem, dalším mínusem proužkového pole je jeho nesnášenlivost. Tím nechci říct, že nesnáší některé druhy jídla nebo třeba páníčky. Nestará se o to, ale přesunout samotné pole někam je celý problém. I když přetáhnete oba disky a ovladače řadiče kamarádovi, není pravda, že budou definovány jako jedno pole a můžete data používat. Navíc existují případy, kdy prosté připojení (bez jakéhokoli zápisu!) prokládaných disků k „nenativnímu“ (jinému než tomu, na kterém bylo pole vytvořeno) vedlo k poškození dat v poli. Nevíme, jak aktuální je tento problém nyní, s příchodem moderní ovladače, ale přesto vám doporučujeme být opatrní.

Pole RAID 1. úrovně se čtyřmi disky. Disky jsou rozděleny do dvojic, jednotky v rámci dvojice ukládají stejná data.

První skutečně „redundantní“ pole (a první RAID, který vznikl) je RAID-1. Jeho druhý název - mirror (zrcadlo) - vysvětluje princip fungování: všechny disky přidělené pro pole jsou rozděleny do dvojic a informace se čtou a zapisují na oba disky najednou. Ukazuje se, že každý z disků v poli má přesnou kopii. V takovém systému se zvyšuje nejen spolehlivost ukládání dat, ale také rychlost jejich čtení (číst můžete ze dvou pevných disků najednou), i když rychlost zápisu zůstává stejná jako u jednoho disku.

Jak asi tušíte, objem takového pole se bude rovnat polovině součtu objemů všech pevných disků v něm obsažených. Nevýhodou tohoto řešení je, že potřebujete dvakrát tolik pevných disků. Ale na druhou stranu se spolehlivost tohoto pole ve skutečnosti nerovná ani dvojnásobku spolehlivosti jediného disku, ale mnohem vyšší než tato hodnota. Výpadek dvou pevných disků během ... no, řekněme, dne je nepravděpodobný, pokud by do věci nezasáhlo například napájení. Přitom každý příčetný, když vidí, že jeden disk z páru je nefunkční, okamžitě jej vymění a i když to druhý disk hned poté vzdá, informace nikam nepůjde.

Jak vidíte, RAID-0 i RAID-1 mají své nevýhody. A jak byste se jich zbavili? Pokud máte alespoň čtyři pevné disky, můžete vytvořit konfiguraci RAID 0+1. Za tímto účelem se pole RAID-1 sloučí do pole RAID-0. Nebo naopak, někdy vytvoří pole RAID-1 z více polí RAID-0 (výstup bude RAID-10, jehož jedinou výhodou je kratší doba obnovy dat při výpadku jednoho disku).

Spolehlivost takové konfigurace čtyř pevných disků se rovná spolehlivosti pole RAID-1 a rychlost je vlastně stejná jako u RAID-0 (ve skutečnosti bude s největší pravděpodobností o něco nižší kvůli postižení ovladač). Současná porucha dvou disků přitom nemusí vždy znamenat úplná ztráta informace: k tomu dojde pouze v případě, že dojde k přerušení disků obsahujících stejná data, což je nepravděpodobné. To znamená, že pokud jsou čtyři disky rozděleny do párů 1-2 a 3-4 a páry jsou spojeny do pole RAID-0, pak pouze současné selhání disků 1 a 2 nebo 3 a 4 povede ke ztrátě dat, zatímco v případě předčasné smrti prvního a třetího, druhého a čtvrtého, prvního a čtvrtého nebo druhého a třetího pevného disku zůstanou data v bezpečí.

Hlavní nevýhodou RAID-10 je však vysoká cena disků. Cenu čtyř (minimálních!) pevných disků však nelze nazvat malou, zvláště pokud máme skutečně k dispozici objem pouze dvou z nich (jak jsme již řekli, málokdo přemýšlí o spolehlivosti a kolik to stojí). Velká (100%) redundance datového úložiště je cítit. To vše vedlo k Nedávno oblibu si získala varianta pole nazvaná RAID-5. K jeho implementaci jsou zapotřebí tři disky. Kromě samotných informací ukládá řadič také bloky parity na disky pole.

Nebudeme se zabývat detaily algoritmu kontroly parity, pouze řekneme, že v případě ztráty informací na jednom z disků je lze obnovit pomocí dat parity a živých dat z jiných disků. Paritní blok má objem jednoho fyzického disku a je rovnoměrně rozložen na všechny pevné disky systému, takže ztráta kteréhokoli disku z něj umožňuje obnovit informace pomocí paritního bloku umístěného na jiném disku v poli. Informace jsou rozděleny do velkých bloků a zapisovány na disky jeden po druhém, tedy podle principu 12-34-56 v případě třídiskového pole.

Celkový objem takového pole je tedy objem všech disků mínus kapacita jednoho z nich. Obnova dat samozřejmě neproběhne okamžitě, ale takový systém má vysoký výkon a rezervu bezpečnosti při minimálních nákladech (1000 GB pole vyžaduje šest 200GB disků). Výkon takového pole však bude stále nižší než rychlost prokládaného systému: s každou operací zápisu musí řadič také aktualizovat index parity.

RAID-0, RAID-1 a RAID 0 + 1, někdy i RAID-5 - tyto úrovně nejčastěji vyčerpávají možnosti stolních RAID řadičů. Vyšší úrovně jsou dostupné pouze pro složité systémy založené na pevných discích SCSI. Šťastní majitelé SATA řadičů s podporou Matrix RAID (takové řadiče jsou zabudovány do jižních můstků Intel ICH6R a ICH7R) však mohou využít výhod polí RAID-0 a RAID-1 pouze se dvěma disky a ti, kteří mají desku s ICH7R , mohou kombinovat RAID-5 a RAID-0, pokud mají čtyři stejné disky.

Jak je to implementováno v praxi? Pojďme analyzovat jednodušší případ s RAID-0 a RAID-1. Řekněme, že jste si koupili dva 400GB pevné disky. Každou jednotku rozdělíte na logické jednotky o velikosti 100 GB a 300 GB. Po té za pomoci všitého Utility BIOS Intel Application Accelerator RAID Option ROM zkombinujete 100 GB oddíly do pruhovaného pole (RAID-0) a 300 GB oddíly do zrcadlového pole (RAID-1). Nyní můžete na rychlý 200 GB disk přidávat řekněme hračky, video materiál a další data, která vyžadují vysokou rychlost diskového subsystému a navíc nejsou příliš důležitá (tedy ta, o která nebudete litovat ztráty velmi mnoho) a na zrcadlený 300GB disk přesouváte pracovní dokumenty, archiv pošty, servisní software a další životně důležité potřebné soubory. Když jeden disk selže, ztratíte to, co bylo umístěno na prokládaném poli, ale data, která jste umístili na druhý logický disk, se duplikují na zbývající disk.

Kombinace úrovní RAID-5 a RAID-0 znamená, že část svazku čtyř disků je vyhrazena pro rychlé prokládané pole a druhá část (ať je to 300 GB na každém disku) je určena pro datové bloky a paritní bloky, které to znamená, že získáte jeden superrychlý 400 GB disk (4 x 100 GB) a jedno spolehlivé, ale pomalejší pole 900 GB 4 x 300 GB mínus 300 GB pro paritu.

Jak vidíte, tato technologie je mimořádně slibná a bylo by hezké, kdyby ji podporovali i ostatní výrobci čipových sad a řadičů. Je velmi lákavé mít pole různých úrovní na dvou discích, rychlá a spolehlivá.

Zde jsou možná všechny typy polí RAID, které se používají v domácích systémech. V životě však můžete narazit na RAID-2, 3, 4, 6 a 7. Pojďme se tedy ještě podívat, jaké jsou tyto úrovně.

RAID-2. V poli tohoto typu jsou disky rozděleny do dvou skupin - pro data a pro kódy opravy chyb, a pokud jsou data uložena na n discích, pak je pro uložení opravných kódů potřeba n-1 disků. Data se na odpovídající pevné disky zapisují stejně jako v RAID-0, jsou rozděleny do malých bloků podle počtu disků určených pro ukládání informací. Na zbývajících discích jsou uloženy kódy opravy chyb, podle kterých lze v případě poruchy pevného disku obnovit informace. Hammingova metoda se již dlouho používá v ECC paměti a umožňuje opravit malé jednobitové chyby za chodu, pokud se náhle vyskytnou, a pokud jsou dva bity chybně přeneseny, bude to znovu detekováno pomocí systémů kontroly parity. Nikdo však kvůli tomu nechtěl udržovat objemnou strukturu téměř dvojnásobného počtu disků a tento typ pole se nerozšířil.

Struktura pole RAID-3 je následující: v poli n disků jsou data rozdělena do bloků po 1 bajtu a distribuována na n-1 disků a další disk se používá k ukládání paritních bloků. V RAID-2 bylo pro tento účel n-1 disků, ale většina informací na těchto discích sloužila pouze pro opravu chyb za chodu a pro jednoduchou obnovu v případě poruchy disku, menší počet z nich stačí i jeden vyhrazený pevný disk.

RAID úrovně 3 se samostatnou paritní jednotkou. Neexistuje žádná záloha, ale data lze obnovit.

V souladu s tím jsou rozdíly mezi RAID-3 a RAID-2 zřejmé: nemožnost opravy chyb za chodu a menší redundance. Výhody jsou následující: rychlost čtení a zápisu dat je vysoká a k vytvoření pole je zapotřebí velmi málo disků, pouze tři. Pole tohoto typu je ale dobré pouze pro jednoúlohovou práci s velkými soubory, protože při častých žádostech o malá data dochází k problémům s rychlostí.

Pole páté úrovně se od RAID-3 liší tím, že paritní bloky jsou rovnoměrně rozmístěny na všech discích v poli.

RAID-4 podobný RAID-3, ale liší se od něj tím, že data jsou místo bajtů rozdělena do bloků. Tak bylo možné „porazit“ problém nízké rychlosti přenosu dat malého objemu. Zápisy jsou pomalé kvůli skutečnosti, že parita pro blok je generována během zápisu a zapsána na jeden disk. Pole tohoto typu se používají velmi zřídka.

RAID-6- toto je stejný RAID-5, ale nyní jsou na každém z disků v poli uloženy dva paritní bloky. Pokud tedy selžou dva disky, informace lze stále obnovit. Zvýšení spolehlivosti samozřejmě vedlo ke snížení užitečného objemu disků a ke zvýšení jejich minimálního počtu: nyní, pokud je v poli n disků, celkové množství dostupné pro zápis dat se bude rovnat objem jednoho disku vynásobený n-2. Nutnost počítat dva kontrolní součty najednou určuje druhou nevýhodu zděděnou RAID-6 z RAID-5 – nízkou rychlost zápisu dat.

RAID-7 je registrovaná ochranná známka společnosti Storage Computer Corporation. Struktura pole je následující: data jsou uložena na n-1 discích, jeden disk slouží k uložení paritních bloků. Bylo však přidáno několik důležitých detailů, které eliminují hlavní nevýhodu polí tohoto typu: mezipaměť dat a rychlý řadič, který zpracovává požadavky. To umožnilo snížit počet přístupů na disk pro výpočet kontrolního součtu dat. Díky tomu se podařilo výrazně zvýšit rychlost zpracování dat (v některých místech až pětinásobně i vícekrát).

Pole úrovně RAID 0+1 nebo konstrukce dvou polí RAID-1 spojených do pole RAID-0. Spolehlivý, rychlý, drahý.

Přibyly také nové nevýhody: velmi vysoké náklady na implementaci takového pole, složitost jeho údržby, nutnost nepřerušitelného napájení, aby nedocházelo ke ztrátě dat v cache paměti při výpadcích proudu. S řadou tohoto typu se pravděpodobně nesetkáte, a pokud ji náhle někde uvidíte, napište nám, také se na ni s radostí podíváme.

Vytvoření pole

Doufám, že jste se již vyrovnali s výběrem typu pole. Pokud má vaše deska řadič RAID, nebudete potřebovat nic jiného než požadovaný počet disků a ovladačů právě pro tento řadič. Mimochodem, mějte na paměti: do polí má smysl kombinovat pouze disky stejné velikosti a je lepší mít jeden model. Řadič může odmítnout pracovat s disky různých velikostí a s největší pravděpodobností budete moci používat pouze část velký disk, objemově se rovná menšímu z disků. Také rychlost proužkového pole bude určena rychlostí nejpomalejšího disku. A moje rada pro vás: nesnažte se, aby bylo pole RAID zaváděcí. Je to možné, ale v případě jakýchkoli poruch v systému to pro vás nebude snadné, protože obnovení pracovní kapacity bude velmi obtížné. Kromě toho je nebezpečné umístit několik systémů na takové pole: téměř všechny programy odpovědné za výběr operačního systému zabíjejí informace ze servisních oblastí pevného disku, a proto pole poškozují. Je lepší zvolit jiné schéma: jeden disk je zaváděcí a zbytek je spojen do pole.

Matrix RAID v akci. Část místa na disku využívá pole RAID-0, zbytek místa zabírá pole RAID-1.

Každé pole RAID začíná BIOSem řadiče RAID. Někdy (pouze v případě integrovaných řadičů a i to ne vždy) je zabudován do hlavního BIOSu základní desky, někdy je umístěn samostatně a aktivuje se po absolvování autotestu, ale v každém případě musíte jít tam. Právě v BIOSu se nastavují potřebné parametry pole a také velikosti datových bloků, použité pevné disky a podobně. Poté, co toto vše určíte, bude stačit uložit parametry, ukončit BIOS a vrátit se zpět operační systém.

Tam je určitě potřeba nainstalovat ovladače řadiče (zpravidla se k základní desce nebo k řadiči připojí disketa s nimi, ale lze je zapsat na disk s jinými ovladači a obslužným softwarem), restartovat a to je vše, pole je připraveno k použití. Můžete jej rozdělit na logické disky, formátovat a naplnit daty. Pamatujte, že RAID není všelék. Zachrání vás to před ztrátou dat při vybití pevného disku a minimalizuje následky takového výsledku, ale nezachrání vás to před přepětím v síti a výpadky nekvalitního napájecího zdroje, který zabije oba disky najednou, aniž by s ohledem na jejich „masovost“.

Nerespektování kvalitního napájení a teplotních poměrů disků může výrazně snížit životnost HDD, stává se, že selžou všechny disky v poli a všechna data jsou nenávratně ztracena. Zejména moderní pevné disky (zejména IBM a Hitachi) jsou velmi citlivé na kanál +12 V a nelíbí se jim ani sebemenší změna napětí na něm, takže před zakoupením veškerého vybavení potřebného k sestavení pole byste měli zkontrolovat odpovídající napětí a v případě potřeby zapněte nové.BP do nákupního seznamu.

Napájení pevných disků, stejně jako všech ostatních komponent, z druhého napájecího zdroje je na první pohled implementováno jednoduše, ale v takovém schématu napájení existuje mnoho úskalí, a než se k takovému kroku odhodláte, musíte se stokrát zamyslet. S chlazením je vše jednodušší: stačí zajistit, aby byly všechny pevné disky vyfouknuté, a navíc je neumisťovat blízko sebe. Jednoduchá pravidla, ale bohužel ne každý je dodržuje. A není neobvyklé, že oba disky v poli zemřou současně.

RAID navíc nenahrazuje nutnost pravidelného zálohování dat. Zrcadlení je zrcadlení, ale pokud omylem poškodíte nebo vymažete soubory, druhý disk vám vůbec nepomůže. Takže zálohujte, kdykoli můžete. Toto pravidlo platí bez ohledu na přítomnost polí RAID uvnitř počítače.

Takže jste RAIDy? Ano? Skvělý! Jen v honbě za objemem a rychlostí nezapomínejte na další přísloví: „Dej blázna, aby se modlil k Bohu, bolí ho čelo.“ Silné disky a spolehlivé řadiče pro vás!

Cenové výhody hlučného RAID

RAID je dobrý i bez ohledu na peníze. Pojďme si ale spočítat cenu nejjednoduššího 400 GB proužkového pole. Dva disky Seagate Barracuda SATA 7200.8, každý 200 GB, vás vyjdou na zhruba 230 dolarů. Řadiče RAID jsou zabudovány do většiny základních desek, což znamená, že je dostáváme zdarma.

400GB disk stejného modelu přitom stojí 280 dolarů. Rozdíl je 50 dolarů a za tyto peníze si můžete koupit mocný blok jídlo, které určitě budete potřebovat. Nemluvím o tom, že výkon kompozitního „disku“ za nižší cenu bude téměř dvakrát vyšší než výkon jediného pevného disku.

Pojďme nyní počítat, zaměřme se na celkovou částku 250 GB. Nejsou zde žádné 125GB pevné disky, tak si vezměme dva 120GB pevné disky. Cena každého disku je 90 dolarů, cena jednoho 250 GB pevného disku je 130 dolarů. No a při takových objemech se za výkon musí platit. A když vezmete 300gigabajtové pole? Dva 160GB disky - cca 200 USD, jeden 300GB disk - 170 USD... To zase ne. Ukazuje se, že RAID je výhodný pouze při použití velmi velkých disků.

Přesun zaměření od aplikací zaměřených na procesor k aplikacím zaměřeným na data vede k důležitosti úložných systémů. Problém nízké propustnosti a odolnosti proti poruchám u těchto systémů byl přitom vždy velmi důležitý a vždy vyžadoval jeho řešení.

V moderním počítačovém průmyslu jsou magnetické disky široce používány jako sekundární systém ukládání dat, protože přes všechny své nedostatky mají nejlepší výkon pro odpovídající typ zařízení za přijatelnou cenu.

Vlastnosti stavební technologie magnetické disky vedlo k výraznému rozporu mezi nárůstem výkonu procesorových modulů a samotných magnetických disků. Jestliže v roce 1990 byly mezi sériovými nejlepší 5,25″ disky s průměrnou přístupovou dobou 12 ms a dobou zpoždění 5 ms (s rychlostí vřetena cca 5 000 ot./min 1), dnes dlaň patří mezi 3,5″ disky s průměrnou přístupovou dobou 5 ms a doba zpoždění 1 ms (při otáčkách vřetena 10 000 ot/min). Zde vidíme zlepšení Specifikace asi o 100 %. Výkon procesoru se zároveň zvýšil o více než 2000 %. Mnohé z toho je možné, protože procesory mají přímé výhody používání VLSI (Very Large Integration). Jeho použití umožňuje nejen zvýšit frekvenci, ale také počet komponent, které lze integrovat do čipu, což umožňuje zavést architektonické výhody umožňující paralelní výpočty.

1 - Průměrná data.

Současnou situaci lze popsat jako I/O krizi sekundárního úložiště.

Zvyšování výkonu

Nemožnost výrazného zvýšení technologických parametrů magnetických disků s sebou nese nutnost hledat jiné cesty, jednou z nich je paralelní zpracování.

Pokud uspořádáte datový blok přes N disků nějakého pole a uspořádáte toto umístění tak, aby existovala možnost současného čtení informací, pak lze tento blok číst Nkrát rychleji (bez zohlednění doby vytvoření bloku). Protože se všechna data přenášejí paralelně, nazývá se toto architektonické rozhodnutí pole paralelního přístupu(pole s paralelním přístupem).

Paralelní pole se obvykle používají pro aplikace, které vyžadují velké datové přenosy.

Některé úkoly na druhou stranu jsou velké množství malé požadavky. Mezi takové úlohy patří například úlohy zpracování databáze. Distribucí záznamů databáze mezi disky pole můžete rozložit zatížení nezávislým umístěním disků. Tato architektura se nazývá pole nezávislého přístupu(pole s nezávislým přístupem).

Zvýšení odolnosti proti chybám

Bohužel s rostoucím počtem disků v poli klesá spolehlivost celého pole. Při nezávislých poruchách a exponenciálním rozdělení MTBF se MTTF celého pole (střední doba do selhání) vypočítá podle vzorce MTTF pole = MMTF hdd /N hdd disků).

Je tedy potřeba zvýšit odolnost diskových polí proti chybám. Pro zvýšení odolnosti polí proti chybám se používá redundantní kódování. V redundantních diskových polích se používají dva hlavní typy kódování – duplikace a parita.

Duplikace neboli zrcadlení se nejčastěji používá u diskových polí. Jednoduché zrcadlové systémy používají dvě kopie dat, přičemž každá kopie je umístěna na samostatných discích. Toto schéma je poměrně jednoduché a nevyžaduje dodatečné náklady na hardware, má však jednu významnou nevýhodu - využívá 50 % místa na disku k uložení kopie informací.

Druhým způsobem implementace redundantních diskových polí je použití redundantního kódování s výpočtem parity. Parita se vypočítá jako operace XOR všech znaků v datovém slově. Použití parity v redundantních diskových polích snižuje režii na hodnotu vypočítanou podle vzorce: HP hdd =1/N hdd (HP hdd - režie; N hdd - počet disků v poli).

Historie a vývoj RAID

Přestože úložné systémy založené na magnetické disky, se vyrábí již 40 let, sériová výroba systémů odolných vůči poruchám začala teprve nedávno. Redundantní disková pole, běžně označovaná jako RAID (redundantní pole levných disků), byla představena výzkumníky (Petterson, Gibson a Katz) na University of California v Berkeley v roce 1987. Systémy RAID se ale rozšířily až tehdy, když byly dostupné a dostatečně produktivní disky vhodné pro použití v redundantních polích. Od oficiální zprávy o RAID v roce 1988 explodoval výzkum redundantních diskových polí ve snaze poskytnout širokou škálu řešení v kompromisu mezi cenou, výkonem a spolehlivostí.

Došlo k incidentu se zkratkou RAID. Faktem je, že levné disky v době psaní článku byly všechny disky, které se používaly v PC, na rozdíl od drahých sálových (sálových) disků. Pro použití v RAID polích bylo ale nutné použít v porovnání s jinými konfiguracemi PC dosti drahé vybavení, a tak se RAID začal dešifrovat jako redundantní pole nezávislých disků 2 - redundantní pole nezávislých disků.

2 - Definování poradního výboru RAID

RAID 0 byl zaveden průmyslem jako definice non-Fault tolerant diskové pole. V Berkeley byl RAID 1 definován jako zrcadlené diskové pole. RAID 2 je vyhrazen pro pole, která používají Hammingův kód. Úrovně RAID 3, 4, 5 používají paritu k ochraně dat před jednotlivými chybami. Právě tyto úrovně, včetně 5., byly představeny v Berkeley a tato systematika RAID byla přijata jako de facto standard.

Úrovně RAID 3,4,5 jsou poměrně oblíbené, mají dobré využití místa na disku, ale mají jednu podstatnou nevýhodu - jsou odolné pouze proti jednotlivým selháním. To platí zejména při použití velkého počtu disků, kdy se zvyšuje pravděpodobnost nečinnosti více zařízení současně. Kromě toho se vyznačují dlouhou dobou zotavení, což také ukládá určitá omezení pro jejich použití.

K dnešnímu dni dost velký počet architektury, které udržují pole naživu, když jakékoli dva disky selžou současně bez ztráty dat. Z celé sady stojí za zmínku dvourozměrná parita (dvouprostorová parita) a EVENODD, který používá pro kódování paritu, a RAID 6, který používá kódování Reed-Solomon.

Ve dvouprostorovém paritním schématu se každý datový blok účastní konstrukce dvou nezávislých kódových slov. Pokud tedy selže druhý disk ve stejném kódovém slově, použije se k rekonstrukci dat jiné kódové slovo.

Minimální redundance v takovém poli je dosaženo se stejným počtem sloupců a řádků. A rovná se: 2 x čtverec (N Disk) (ve "čtverci").

Pokud dvourozměrné pole není organizováno do „čtverce“, pak při implementaci výše uvedeného schématu bude redundance vyšší.

Architektura EVENODD má schéma odolnosti proti chybám podobné 2-prostorové paritě, ale jiné uspořádání informačních bloků, které zaručuje minimální přetížení kapacit. Stejně jako ve dvouprostorové paritě se každý datový blok podílí na konstrukci dvou nezávislých kódových slov, ale slova jsou umístěna tak, že faktor redundance je konstantní (na rozdíl od předchozího schématu) a rovná se: 2 x čtverec (N Disk).

Použitím dvou znaků pro kontrolu, paritních a nebinárních kódů, lze datové slovo zkonstruovat tak, aby poskytovalo odolnost proti chybám v případě dvojí chyby. Toto schéma je známé jako RAID 6. Nebinární kód založený na Reed-Solomonově kódování se obvykle vypočítává pomocí tabulek nebo jako iterativní proces pomocí lineárních registrů s zpětná vazba, což je poměrně složitá operace vyžadující specializovaný hardware.

Vzhledem k tomu, že použití klasických variant RAID, které poskytují dostatečnou odolnost proti chybám pro mnoho aplikací, má často nepřijatelně nízký výkon, výzkumníci čas od času implementují různé triky, které pomáhají zvýšit výkon systémů RAID.

V roce 1996 Savage a Vilks navrhli AFRAID, často redundantní pole nezávislých disků. Tato architektura poněkud obětuje odolnost proti chybám pro rychlost. Ve snaze kompenzovat problém s malým zápisem, který je běžný u polí RAID 5, je povoleno po určitou dobu ponechat prokládání bez výpočtu parity. Pokud je disk určený pro paritní záznam zaneprázdněn, paritní záznam se odloží. Bylo teoreticky prokázáno, že 25% snížení odolnosti proti chybám může zvýšit výkon o 97%. AFRAID ve skutečnosti mění model selhání polí odolných vůči jedné chybě, protože kódové slovo, které nemá aktualizovanou paritu, je náchylné k selhání disku.

Namísto obětování odolnosti proti chybám můžete použít tradiční vylepšení výkonu, jako je ukládání do mezipaměti. Vzhledem k tomu, že diskový provoz je nárazový, můžete použít mezipaměť zpětného zápisu k ukládání dat, když jsou disky zaneprázdněné. A pokud je mezipaměť vytvořena ve formě energeticky nezávislé paměti, pak v případě výpadku napájení budou data uložena. Odložené diskové operace navíc umožňují kombinovat malé bloky v libovolném pořadí a provádět tak efektivnější diskové operace.

Existuje také mnoho architektur, které sice obětují prostor, ale zvyšují výkon. Patří mezi ně zpožděná modifikace log disku a různá schémata pro úpravu logické alokace dat na fyzická, která umožňují efektivněji distribuovat operace v poli.

Jedna z možností - protokolování parity(paritní registrace), která zahrnuje řešení problému s malým zápisem a efektivnější využití disků. Protokolování parity zahrnuje odložení změny parity v RAID 5, její zápis do protokolu FIFO (log typu FIFO), který je umístěn částečně v paměti řadiče a částečně na disku. Vzhledem k tomu, že přístup k celé stopě je v průměru 10krát efektivnější než přístup k sektoru, jsou pomocí registrace parity shromažďována velká množství upravených paritních dat, která jsou pak společně zapsána na disk určený k ukládání parity přes celou stopu.

Architektura plovoucí data a parita(float a parity), což umožňuje fyzické alokaci diskových bloků, které mají být přerozděleny. Pro zmenšení jsou na každý válec umístěny volné sektory rotační latence(rotační zpoždění), data a parita jsou umístěny v těchto volných prostorech. Aby byla zajištěna funkčnost při výpadku napájení, musí být paritní a datová karta uložena v energeticky nezávislé paměti. Pokud ztratíte mapu umístění, všechna data v poli budou ztracena.

virtuální stripování- je plovoucí datová a paritní architektura využívající zpětný zápis. Přirozeně si uvědomovat pozitivní aspekty obou.

Kromě toho existují další způsoby, jak zlepšit výkon, například distribuce operací RAID. Seagate najednou zabudoval podporu pro operace RAID do svých disků s rozhraními Fiber Chanel a SCSI. To umožnilo snížit provoz mezi centrálním řadičem a disky v poli pro systémy RAID 5. To byla velká inovace v oblasti implementací RAID, ale tato technologie nezískala vstupenku do života, protože některé funkce Normy Fibre Chanel a SCSI oslabují model selhání diskových polí.

Pro stejný RAID 5 byla představena architektura TickerTAIP. Vypadá to takto - uzel původce centrálního řídicího mechanismu (uzel iniciátoru) přijímá požadavky uživatelů, vybírá algoritmus zpracování a poté přenáší práci na disku a paritu na pracovní uzel (pracovní uzel). Každý pracovní uzel zpracovává určitou podmnožinu disků v poli. Stejně jako v modelu Seagate si pracovní uzly mezi sebou přenášejí data bez účasti iniciačního uzlu. V případě selhání funkčního uzlu se disky, které obsluhoval, stanou nedostupnými. Ale pokud je kódové slovo konstruováno tak, že každý znak je zpracován samostatným pracovním uzlem, pak schéma odolnosti proti chybám opakuje RAID 5. Aby se zabránilo selhání uzlu iniciátoru, je duplikováno, takže získáme architekturu, která je tolerantní selhání kteréhokoli z jeho uzlů. Přes všechny své pozitivní vlastnosti tato architektura trpí problémem "chyby zápisu" ("zápisová díra"). Což znamená, že dojde k chybě, když kódové slovo změní několik uživatelů současně a uzel selže.

Měli bychom také zmínit poměrně oblíbený způsob rychlé obnovy RAID - pomocí volného disku (náhradního). Pokud jeden z disků v poli selže, lze RAID znovu sestavit pomocí volného disku místo toho, který selhal. Hlavním rysem takové implementace je, že systém přejde do předchozího stavu (bezpečný stav bez vnějšího zásahu). Díky architektuře distribuovaného sparingu jsou logické bloky náhradních disků fyzicky distribuovány na všechny disky v poli, což eliminuje potřebu přestavby pole, pokud disk selže.

Aby se předešlo problému s obnovou, který je typický pro klasické úrovně RAID, používá se také architektura, která se nazývá deklastrování parity(paritní rozdělení). Zahrnuje umístění méně logické disky s velkým objemem na fyzické disky menšího objemu, ale většího počtu. Při použití této technologie se doba odezvy systému na požadavek při rekonstrukci více než zdvojnásobí a doba rekonstrukce se výrazně zkrátí.

Architektura hlavních úrovní RAID

Nyní se podíváme na architekturu základních úrovní RAID podrobněji. Než se zamyslíme, udělejme několik předpokladů. Chcete-li demonstrovat principy budování systémů RAID, zvažte sadu N disků (pro zjednodušení bude N považováno za sudé číslo), z nichž každý se skládá z M bloků.

Data budou označena - D m,n , kde m je počet datových bloků, n je počet podbloků, na které je datový blok D rozdělen.

Disky lze připojit k jednomu nebo několika kanálům přenosu dat. Použití více kanálů zvyšuje propustnost systému.

RAID 0 prokládané diskové pole bez odolnosti proti chybám

Jedná se o diskové pole, ve kterém jsou data rozdělena do bloků a každý blok je zapsán (nebo čten) na samostatný disk. Je tedy možné provádět více I/O operací současně.

Výhody:

• nejvyšší výkon pro aplikace vyžadující intenzivní zpracování I/O požadavků a velké objemy dat;
• snadnost implementace;
• nízké náklady na jednotku objemu.

Nedostatky:

• není řešení odolné vůči chybám;
• Selhání jediného disku má za následek ztrátu všech dat v poli.

RAID 1. Diskové pole s duplikací nebo zrcadlením (zrcadlení)

Zrcadlení - tradičním způsobem ke zlepšení spolehlivosti malého diskového pole. V nejjednodušší verzi se používají dva disky, na kterých jsou zaznamenány stejné informace a v případě poruchy jednoho z nich zůstane jeho duplikát, který nadále funguje ve stejném režimu.

Výhody:

• snadnost implementace;
• snadnost obnovy pole v případě selhání (kopírování);
• Dostatečně vysoký výkon pro aplikace s vysokou intenzitou požadavků.

Nedostatky:

• vysoké náklady na jednotku objemu – 100% redundance;
• nízká rychlost přenosu dat.

RAID 2. Diskové pole odolné proti chybám pomocí Hammingova kódu (ECC).

Překódování používané v RAID 2 se nazývá Hammingův kód. Hammingův kód umožňuje opravit jednoduché a odhalit dvojité chyby. Dnes se aktivně používá v technologii kódování dat v RAM, jako je ECC. A kódování dat na magnetických discích.

V tomto případě je ukázán příklad s pevným počtem disků kvůli těžkopádnému popisu (datové slovo se skládá ze 4 bitů, respektive ECC kód ze 3).

Výhody:

• rychlá oprava chyb ("za běhu");
• velmi vysoká rychlost přenosu dat velkých objemů;
• s rostoucím počtem disků režijní náklady klesají;
• poměrně jednoduchá implementace.

Nedostatky:

• vysoká cena s malým počtem disků;
• nízká rychlost zpracování požadavků (není vhodné pro transačně orientované systémy).

RAID 3. Pole odolné proti chybám s paralelním přenosem dat a paritou (Paralelní přenosové disky s paritou)

Data jsou rozdělena do podbloků na úrovni bajtů a zapisována současně na všechny disky v poli kromě jednoho, který se používá pro paritu. Použití RAID 3 řeší problém vysoké redundance v RAID 2. Většina řídicích disků používaných v RAID úrovni 2 je potřebná k určení pozice špatného bitu. To však není nutné, protože většina řadičů je schopna detekovat selhání disku pomocí speciálních signálů nebo dodatečného kódování informací zapsaných na disk a používaných k opravě náhodných selhání.

Výhody:

• velmi vysoká rychlost přenosu dat;
• Selhání disku má malý vliv na výkon pole;

Nedostatky:

• obtížné provádění;
• nízký výkon s vysokou intenzitou požadavků na data malého objemu.

RAID 4. Pole nezávislých disků se sdíleným paritním diskem odolné vůči chybám (nezávislé datové disky se sdíleným paritním diskem)

Data jsou rozdělena na úrovni bloku. Každý blok dat je zapsán na samostatný disk a lze jej číst samostatně. Parita pro skupinu bloků je generována při zápisu a kontrolována při čtení. RAID Level 4 zlepšuje výkon malých datových přenosů prostřednictvím paralelismu, což umožňuje více než jeden I/O přístup současně. Hlavní rozdíl mezi RAID 3 a 4 je v tom, že v druhém se prokládání dat provádí na úrovni sektoru, nikoli na úrovni bitů nebo bajtů.

Výhody:

• velmi vysoká rychlost čtení dat velkých objemů;
• vysoký výkon s vysokou intenzitou požadavků na čtení dat;
• nízké náklady na implementaci redundance.

Nedostatky:

• velmi nízký výkon při zápisu dat;
• nízká rychlost čtení malých dat s jednotlivými požadavky;
• asymetrie výkonu s ohledem na čtení a psaní.

RAID 5. Nezávislé datové disky s distribuovanými paritními bloky

Tato úroveň je podobná RAID 4, ale na rozdíl od předchozí je parita distribuována cyklicky mezi všechny disky v poli. Tato změna zlepšuje výkon zápisu malého množství dat na multitaskingových systémech. Pokud jsou operace zápisu správně naplánovány, pak je možné paralelně zpracovat až N/2 bloků, kde N je počet disků ve skupině.

Výhody:

• vysoká rychlost záznamu dat;
• dostatečně vysoká rychlost čtení dat;
• vysoký výkon s vysokou intenzitou požadavků na čtení/zápis dat;
• nízké náklady na implementaci redundance.

Nedostatky:

• rychlost čtení dat je nižší než u RAID 4;
• nízká rychlost čtení/zápisu malých dat s jednotlivými požadavky;
• poměrně komplikovaná implementace;
• komplexní obnova dat.

RAID 6. Nezávislé datové disky se dvěma nezávislými distribuovanými paritními schématy

Data jsou rozdělena na blokové úrovni, podobně jako RAID 5, ale kromě předchozí architektury se pro zlepšení odolnosti proti chybám používá i druhé schéma. Tato architektura je odolná vůči dvojím chybám. Při provádění logického zápisu však ve skutečnosti existuje šest přístupů na disk, což značně prodlužuje dobu zpracování jednoho požadavku.

Výhody:

• vysoká odolnost proti chybám;
• dostatečně vysoká rychlost zpracování požadavků;
• relativně nízké náklady na implementaci redundance.

Nedostatky:

• velmi složitá implementace;
• komplexní obnova dat;
• velmi nízká rychlost zápisu.

Moderní řadiče RAID umožňují kombinovat různé úrovně RAID. Je tedy možné implementovat systémy, které spojují výhody různé úrovně, stejně jako systémy s velkým počtem disků. Obvykle se jedná o kombinaci nulové úrovně (stripping) a nějaké úrovně odolnosti proti poruchám.

Redundantní pole RAID 10 Parallel Fault Tolerant

Tato architektura je pole Typ RAID 0, jehož segmenty jsou pole RAID 1. Kombinuje velmi vysokou odolnost proti chybám a výkon.

Výhody:

• vysoká odolnost proti chybám;
• vysoký výkon.

Nedostatky:

• velmi vysoké náklady;
• omezené škálování.

RAID 30. Pole odolné proti chybám s paralelním přenosem dat a zvýšeným výkonem.

Jedná se o pole typu RAID 0, jehož segmenty jsou pole RAID 3. Kombinuje odolnost proti chybám a vysoký výkon. Obvykle se používá pro aplikace vyžadující velké sériové datové přenosy.

Výhody:

• vysoká odolnost proti chybám;
• vysoký výkon.

Nedostatky:

• vysoká cena;
• omezené škálování.

Distribuované paritní pole odolné proti chybám RAID 50 s vyšším výkonem

Jedná se o pole typu RAID 0, jehož segmenty jsou pole RAID 5. Kombinuje odolnost proti chybám a vysoký výkon pro aplikace s vysokou poptávkou s vysokou rychlostí přenosu dat.

Výhody:

• vysoká odolnost proti chybám;
• vysoká rychlost přenosu dat;
• vysoká rychlost zpracování požadavků.

Nedostatky:

• vysoká cena;
• omezené škálování.

RAID 7. Pole odolné proti chybám optimalizované pro výkon. (Optimalizovaná asynchronie pro vysoké I/O rychlosti a také vysoké rychlosti přenosu dat). RAID 7® je registrovaná ochranná známka společnosti Storage Computer Corporation (SCC)

Chcete-li porozumět architektuře RAID 7, zvažte jeho vlastnosti:

1. Všechny požadavky na přenos dat jsou zpracovávány asynchronně a nezávisle.
2. Všechny operace čtení/zápisu jsou ukládány do mezipaměti prostřednictvím vysokorychlostní sběrnice x-bus.
3. Paritní disk lze umístit na libovolný kanál.
4. Mikroprocesor řadiče pole používá procesně orientovaný operační systém v reálném čase.
5. Systém má dobrou škálovatelnost: až 12 hostitelských rozhraní a až 48 disků.
6. Operační systém řídí komunikační kanály.
7. Používají se standardní jednotky SCSI, sběrnice, základní desky a paměťové moduly.
8. Vysokorychlostní sběrnice X-bus slouží k práci s interní cache pamětí.
9. Procedura generování parity je integrována do mezipaměti.
10. Pohony připojené k systému lze deklarovat jako volně stojící.
11. Pro správu a monitorování systému lze použít SNMP agenta.

Výhody:

• vysoká rychlost přenosu dat a vysoká rychlost zpracování dotazů (1,5 - 6krát vyšší než u jiných standardních úrovní RAID);
• vysoká škálovatelnost hostitelských rozhraní;
• rychlost zápisu dat se zvyšuje s nárůstem počtu disků v poli;
• není potřeba žádný další přenos dat pro výpočet parity.

Nedostatky:

• majetek jednoho výrobce;
• velmi vysoké náklady na jednotku objemu;
• krátká záruční doba;
• nemůže být servisováno uživatelem;
• musíte použít nepřerušitelný zdroj napájení, abyste zabránili ztrátě dat z mezipaměti.

Podívejme se nyní společně na standardní úrovně, abychom porovnali jejich charakteristiky. Porovnání je provedeno v rámci architektur uvedených v tabulce.

Upřesnění:

• * - zvažuje se běžně používaná možnost;
• k je počet dílčích segmentů;
• R - čtení;
• W - vstup.

Některé aspekty implementace systémů RAID

Zvažte tři hlavní možnosti implementace systémů RAID:

• Software (založený na softwaru);
• hardware - sběrnicový (bus-based);
• hardware - autonomní subsystém (založený na subsystému).

Nelze jednoznačně říci, že jedna implementace je lepší než druhá. Každá možnost uspořádání pole uspokojuje určité potřeby uživatelů v závislosti na finančních možnostech, počtu uživatelů a používaných aplikacích.

Každá z výše uvedených implementací je založena na provádění programového kódu. Liší se ve skutečnosti v tom, kde se tento kód spouští: v centrálním procesoru počítače (implementace softwaru) nebo ve specializovaném procesoru na řadiči RAID (implementace hardwaru).

Hlavní výhodou implementace softwaru je nízká cena. Ale zároveň má mnoho nevýhod: nízký výkon, zatížení dodatečnou prací na centrálním procesoru a nárůst sběrnicového provozu. Jednoduché úrovně RAID - 0 a 1 - jsou obvykle implementovány softwarově, protože nevyžadují významné výpočty. Vzhledem k těmto vlastnostem se na serverech používají systémy RAID se softwarovou implementací vstupní úroveň.

Hardwarové implementace RAID jsou odpovídajícím způsobem dražší než softwarové implementace, protože k provádění I/O operací využívají další hardware. Zároveň uvolňují nebo uvolňují centrální procesor a systémovou sběrnici a umožňují vám tak zvýšit výkon.

Sběrnicově orientované implementace jsou řadiče RAID, které využívají vysokorychlostní sběrnici počítače, ve kterém jsou instalovány (v poslední době se obvykle používá sběrnice PCI). Implementace orientované na sběrnici lze dále rozdělit na nízkoúrovňové a vysokoúrovňové. První jmenované většinou nemají SCSI čipy a využívají tzv. RAID port na základní desce s vestavěným SCSI řadičem. V tomto případě jsou funkce zpracování kódu RAID a I/O operace rozděleny mezi procesor na řadiči RAID a čipy SCSI na základní desce. Centrální procesor je tak osvobozen od zpracování dodatečného kódu a provoz sběrnice je snížen ve srovnání s verzí softwaru. Náklady na takové desky jsou obvykle nízké, zvláště pokud jsou zaměřeny na systémy RAID - 0 nebo 1 (existují i ​​implementace RAID 3, 5, 10, 30, 50, ale jsou dražší), takže se postupně přeplňují implementace softwaru ze základního trhu serverů. Vysokoúrovňové řadiče s implementací sběrnice mají mírně odlišnou strukturu než jejich mladší bratři. Postarají se o všechny funkce spouštění I/O a RAID kódu. Navíc nejsou tolik závislé na implementaci základní desky a zpravidla mají více funkcí (například možnost připojit modul pro ukládání informací do mezipaměti v případě poruchy základní desky nebo výpadku napájení) . Takové řadiče jsou obvykle dražší než nízkoúrovňové a používají se na serverech střední a vyšší třídy. Obvykle implementují RAID úrovně 0,1, 3, 5, 10, 30, 50. Vzhledem k tomu, že implementace orientované na sběrnici jsou připojeny přímo k vnitřnímu sběrnice PCI počítač, jsou mezi uvažovanými systémy nejproduktivnější (při organizování systémů s jedním hostitelem). Maximální rychlost takových systémů může dosáhnout 132 MB/s (32bit PCI) nebo 264 MB/s (64bit PCI) při frekvenci sběrnice 33 MHz.

Kromě uvedených výhod má architektura orientovaná na sběrnici následující nevýhody:

• závislost na operačním systému a platformě;
• omezená škálovatelnost;
• omezené možnosti organizace systémů odolných proti chybám.

Všem těmto nevýhodám se lze vyhnout použitím autonomních subsystémů. Tyto systémy mají zcela autonomní vnější organizaci a v zásadě jsou samostatným počítačem, který se používá k organizaci systémů pro ukládání informací. Kromě toho, pokud bude technologie kanálů z optických vláken úspěšně vyvinuta, výkon autonomních systémů nebude v žádném případě horší než systémy orientované na sběrnici.

Externí řadič je obvykle umístěn v samostatném racku a na rozdíl od systémů s organizací sběrnice může mít velký počet vstupních/výstupních kanálů, včetně hostitelských kanálů, což umožňuje připojit k systému několik hostitelských počítačů a organizovat je. klastrové systémy. V systémech se samostatným regulátorem lze implementovat regulátory v horkém pohotovostním režimu.

Jednou z nevýhod autonomních systémů je jejich vysoká cena.

Vzhledem k výše uvedenému poznamenáváme, že autonomní řadiče se obvykle používají k implementaci vysokokapacitních datových skladů a clusterových systémů.

Problém zvýšení spolehlivosti ukládání informací je vždy na pořadu dne. To platí zejména pro velké soubory dat, databáze, na kterých závisí provoz komplexních systémů v celé řadě odvětví. To je zvláště důležité pro vysoký výkon servery.

Jak víte, výkon moderní procesory neustále roste, což ve svém vývoji zjevně nestíhá moderna
pevné disky. Přítomnost jednoho disku, ať už SCSI nebo ještě hůř, IDE, již existuje nemůže rozhodnoutúkoly související s naší dobou. Potřebujete spoustu disků, které se budou doplňovat, vyměnit, pokud jeden z nich vyjde, ukládat zálohy, pracovat efektivně a produktivně.

Pouhé mít více pevných disků však nestačí, musí být spojit do systému, který bude fungovat hladce a neumožní ztrátu dat v případě jakýchkoliv poruch souvisejících s diskem.

O vytvoření takového systému se musíte postarat předem, protože, jak říká známé přísloví - sbohem smažený kohout nekokrhá- nedostat se. Můžete přijít o svá data neodvolatelně.

Tento systém může být NÁLET- technologie virtuálního úložiště informací, která kombinuje několik disků do jednoho logického prvku. Je voláno pole RAID redundantní pole nezávislé disky. Obvykle se používá ke zlepšení výkonu a spolehlivosti.

Co potřebujete k vytvoření raidu? Alespoň přítomnost dvou pevných disků. Počet použitých úložných zařízení se liší v závislosti na úrovni pole.

Co jsou raidová pole

Existují základní kombinovaná pole RAID. Institut v Berkeley v Kalifornii navrhl rozdělit nálet na úrovně specifikace:

• Základní:
  • NÁLET 1 ;
  • NÁLET 2 ;
  • NÁLET 3 ;
  • NÁLET 4 ;
  • NÁLET 5 ;
  • NÁLET 6 .
• Kombinovaný:
  • NÁLET 10 ;
  • NÁLET 01 ;
  • NÁLET 50 ;
  • NÁLET 05 ;
  • NÁLET 60 ;
  • NÁLET 06 .

Zvažte nejčastěji používané.

Nájezd 0

RAID 0 zamýšlený pro zvýšení rychlosti a nahrávání. Nezvyšuje spolehlivost úložiště, a proto není nadbytečný. Také se jmenuje proužek (pruhování - "střídání"). Obvykle použitý 2 až 4 disky.

Data jsou rozdělena do bloků, které jsou postupně zapisovány na disky. Rychlost zápis/čtení se v tomto případě zvýší několikanásobně, násobkem počtu disků. Z nedostatky lze si všimnout zvýšené pravděpodobnosti ztráty dat u takového systému. Nemá smysl ukládat databáze na takové disky, protože nic vážného selhání způsobí, že raid úplně selže, protože neexistují žádné prostředky k obnově.

Nájezd 1

RAID 1 poskytuje zrcadlo ukládání dat na hardwarové úrovni. Také se nazývá pole Zrcadlo, Co znamená « zrcadlo» . To znamená, že data na disku jsou v tomto případě duplikována. Umět použití s počtem úložných zařízení od 2 do 4.

Rychlost zápis / čtení současně se prakticky nemění, což lze přičíst výhod. Pole funguje, pokud je v provozu alespoň jeden raid disk, ale objem systému se rovná objemu jednoho disku. V praxi, kdy selhání jeden z pevných disků, budete muset podniknout kroky k jeho výměně co nejdříve.

Nájezd 2

RAID 2 – využívá tzv Hammingův kód. Data jsou rozdělena mezi pevné disky podobně jako RAID 0, zbývající disky se ukládají kódy pro opravu chyb, v případě poruchy, na které můžete regenerovat informace. Tato metoda umožňuje za běhu nalézt a pak opravit selhání v systému.

Rychlost číst psát v tomto případě ve srovnání s použitím jednoho disku vychází. Nevýhodou je velké množství disků, u kterých je racionální je používat, aby nedocházelo k redundanci dat, většinou toto 7 a více.

RAID 3 – v poli jsou data rozdělena na všechny disky kromě jednoho, který ukládá paritní bajty. Odolný vůči systémové poruchy. Pokud jeden z disků vypadne z provozu. Pak lze jeho informace snadno „získat“ pomocí dat kontrolního součtu parity.

V porovnání s RAID 2 žádná možnost oprava chyb za chodu. Toto pole je jiné vysoký výkon a možnost použití ze 3 disků nebo více.

hlavní mínus takový systém lze považovat za zvýšené zatížení disku, který ukládá paritní bajty a nízkou spolehlivost tohoto disku.

Nájezd 4

Obecně je RAID 4 podobný RAID 3 s rozdílže paritní data jsou uložena spíše v blocích než v bajtech, což zvýšilo rychlost přenosu malých dat.

mínus zadané pole se ukáže jako rychlost zápisu, protože parita zápisu je generována na jediném disku, jako je RAID 3.

Zdá se, že je to dobré řešení pro ty servery, kde se soubory čtou častěji než zapisují.

Nájezd 5

RAID 2 až 4 má nevýhodu v nemožnosti paralelizovat operace zápisu. RAID 5 eliminuje tento nedostatek. Zapisují se paritní bloky zároveň pro všechny disková zařízení pole, žádná asynchronní v distribuci dat, což znamená, že je distribuována parita.

Číslo použité pevné disky od 3. Pole je velmi běžné díky svému univerzálnost A ekonomika, jak více disky, tím méně místa na disku bude využito. Rychlost kde vysoký kvůli paralelizaci dat, ale výkon je oproti RAID 10 snížena, kvůli velkému počtu operací. Pokud jeden disk selže, spolehlivost klesne na RAID 0. Obnovení trvá dlouho.

Nájezd 6

Technologie RAID 6 je podobná RAID 5, ale je vylepšená spolehlivost zvýšením počtu paritních disků.

Disky však již vyžadují minimálně 5 a více výkonných procesorů, aby zvládly zvýšený počet operací a počet disků se musí rovnat prvočíslo 5,7,11 a tak dále.

Nájezd 10, 50, 60

Další přijďte kombinace již zmíněné nájezdy. Například RAID 10 je RAID 0 + RAID 1.

Dědí a výhod pole jejich komponent z hlediska spolehlivosti, výkonu a počtu disků a zároveň hospodárnosti.

Vytvoření pole raid na domácím počítači

Výhody vytvoření raidového pole doma nejsou zřejmé, protože to je neekonomické ztráta dat není tak kritická ve srovnání se servery a informace lze uložit do zálohy provádění pravidelných záloh.

Pro tyto účely budete potřebovat nájezdový ovladač, který má vlastní BIOS a vlastní nastavení. V moderním základní desky raid controller může být integrovaný PROTI jižní mostčipová sada. Ale i v takové desce můžete připojit další řadič připojením k PCI nebo PCI-E konektoru. Příkladem jsou zařízení od Silicon Image a JMicron.

Každý ovladač může mít svůj vlastní konfigurační nástroj.

Zvažte vytvoření raidu s pomoc od Intelu Matrix Storage Manager Option ROM.

Převod všechna data z vašich disků, jinak během procesu vytváření pole budou vyčištěno.

Jít do BIOSZaložit vaší základní desce a zapněte provozní režim NÁLET pro váš pevný disk SATA.

Chcete-li spustit nástroj, restartujte počítač a klepněte na ctrl+i během procedury POŠTA. V okně programu uvidíte seznam dostupných disků. Klikněte Vytvořte masivní, Dále vyberte požadovaná úroveň pole.

V budoucnu po intuitivním rozhraní zadejte velikost pole A potvrdit jeho vytvoření.

Na internetu je spousta článků popisujících RAID. Například tato popisuje vše velmi podrobně. Ale jak už to tak bývá, na přečtení všeho není dost času, takže potřebujete něco krátkého, abyste pochopili - je to nutné nebo ne a co je lepší použít ve vztahu k práci s DBMS (InterBase, Firebird nebo něco jiného - opravdu nevadí). Před očima - jen takový materiál.

V první aproximaci je RAID spojením disků do jednoho pole. SATA, SAS, SCSI, SSD - na tom nezáleží. Navíc téměř každá normální základní deska nyní podporuje možnost organizovat SATA RAID. Pojďme si projít seznam toho, co jsou RAIDy a proč jsou. (Hned bych chtěl poznamenat, že v RAID je potřeba kombinovat identické disky. Kombinování disků z různých výrobců, ze stejných, ale různých typů, popř různé velikosti- to je hýčkání pro člověka sedícího u domácího počítače).

RAID 0 (proužek)

RAID 0 samozřejmě poskytuje zvýšení výkonu díky prokládání čtení/zápisu.

RAID 0 se často používá k ukládání dočasných souborů.

RAID 1 (zrcadlový)

V případě poruchy pečlivě zkontrolujte, který pohon selhal. Nejčastějším případem ztráty dat na RAID 1 jsou nesprávné akce během obnovy (špatný disk je označen jako „celý“).

Co se týče výkonu - zápisem je zisk 0, čtením je to možné až 1,5x, jelikož čtení lze provádět "paralelně" (zase z různých disků). U databází je zrychlení malé, zatímco při paralelním přístupu k různým (!) Částem (souborům) disku bude zrychlení naprosto přesné.

RAID 1+0

RAID 2-3-4

RAID 5

Běžně se říká, že „RAID5 používá nezávislý přístup k disku, takže požadavky na různé disky lze provádět paralelně“. Je třeba mít na paměti, že mluvíme samozřejmě o paralelních I/O požadavcích. Pokud jsou takové požadavky odesílány sekvenčně (v SuperServeru), pak samozřejmě nebudete mít účinek paralelizace přístupu na RAID 5. RAID5 samozřejmě zvýší výkon, pokud pole bude spolupracovat s operačním systémem a dalšími aplikacemi (například bude obsahovat virtuální paměť, TEMP atd.).

Obecně bylo dříve RAID 5 nejpoužívanějším diskovým polem pro práci s DBMS. Nyní lze takové pole organizovat i na discích SATA a vyjde to mnohem levněji než na SCSI. Ceny a ovladače si můžete prohlédnout v článcích
Navíc byste si měli dávat pozor na objem zakoupených disků - například v jednom ze zmíněných článků je RAID5 sestaven ze 4 disků o objemu 34 gigabajtů, zatímco objem "disku" je 103 gigabajtů.

Testování pěti řadičů SATA RAID - http://www.thg.ru/storage/20051102/index.html.

Adaptec SATA RAID 21610SA v RAID 5 – http://www.ixbt.com/storage/adaptec21610raid5.shtml.

Proč je RAID 5 špatný - https://geektimes.ru/post/78311/

Pozornost! Při nákupu disků pro RAID5 většinou berou minimálně 3 disky (spíše kvůli ceně). Pokud se náhle po nějaké době některý z disků porouchá, pak může nastat situace, kdy nebude možné podobný disk zakoupit (již se nevyrábí, dočasně není skladem apod.). Zajímavějším nápadem se proto zdá být nákup 4 disků, uspořádání RAID5 ze tří a připojení 4. disku jako zálohy (pro zálohy, jiné soubory a další potřeby).

Velikost diskového pole RAID5 se vypočítá pomocí vzorce (n-1)*hddsize, kde n je počet disků v poli a hddsize je velikost jednoho disku. Například pro pole 4 disků po 80 gigabajtech bude celkový objem 240 gigabajtů.

Týká se "nevhodnosti" RAID5 pro databáze. Minimálně se na to lze dívat z toho pohledu, že pro dobrý výkon RAID5 je potřeba použít specializovaný řadič a ne to, co je standardně na základní desce.

Článek RAID-5 musí zemřít. A více o ztrátě dat na RAID5.

Poznámka. K 5. září 2005 jsou náklady na Hitachi 80Gb SATA disk 60 $.

RAID 10, 50

Zajímavé je, že kombinace RAID 0 + 1 je z hlediska spolehlivosti horší než RAID5. Ve službě opravy databází se vyskytuje případ selhání jednoho disku v systému RAID0 (3 disky) + RAID1 (3 další takové disky). Zároveň RAID1 nedokázal „zvednout“ náhradní disk. Základna byla neopravitelně poškozena.

RAID 0+1 vyžaduje 4 disky a RAID 5 vyžaduje 3. Myslete na to.

RAID 6

Řekněme, že dva disky selžou současně, i když tento případ je velmi vzácný.

Neviděl jsem údaje o výkonu RAID 6 (nedíval jsem se), ale může se stát, že kvůli nadměrné kontrole může být výkon na úrovni RAID 5.

Čas přestavby

Při „připojování“ nového disku např. pro RAID 5 může řadič umožnit práci s polem. Rychlost pole ale v tomto případě bude velmi nízká, přinejmenším proto, že i při „lineárním“ zaplnění nového disku informacemi bude zápis na něj „rozptylovat“ řadič a hlavy disku pro synchronizační operace se zbytkem disky v poli.

Doba obnovy pole fungujícího v normálním režimu přímo závisí na objemu disků. Například pole Sun StorEdge 3510 FC Array s velikostí pole 2 terabajty v exkluzivním režimu provede přestavbu do 4,5 hodiny (při ceně hardwaru asi 40 000 $). Proto při organizování pole a plánování převzetí služeb při selhání byste měli v první řadě myslet na dobu přestavby. Pokud vaše databáze a zálohy nezabírají více než 50 gigabajtů a nárůst za rok je 1–2 gigabajty, pak nemá smysl budovat pole 500 gigabajtových disků. 250 gigabajtů bude stačit a i pro raid5 to bude minimálně 500 gigabajtů prostoru pro umístění nejen databáze, ale i filmů. Ale doba přestavby u 250GB disků bude asi 2x kratší než u 500GB disků.

souhrn

Často také není povolena mezipaměť pro zápis, v důsledku čehož je zápis na raid pomalejší než na běžný jeden disk. Faktem je, že pro většinu ovladačů je tato možnost ve výchozím nastavení zakázána, protože. má se za to, že aby to bylo možné, je žádoucí mít na raid controlleru alespoň baterii, stejně jako přítomnost UPS.

Text
Starý článek hddspeed.htmLINK (a doc_calford_1.htmLINK) ukazuje, jak můžete dosáhnout výrazného zvýšení výkonu použitím více fyzických disků, dokonce i pro IDE. Pokud tedy uspořádáte RAID, umístěte na něj základnu a zbytek (temp, OS, virtuální počítač) udělejte na jiných pevných discích. Ostatně i samotný RAID je jeden „disk“, i když je spolehlivější a rychlejší.
prohlášeno za zastaralé. Vše výše uvedené má právo existovat na RAID 5. Před takovým umístěním však musíte zjistit, jak můžete zálohovat / obnovit operační systém a jak dlouho to bude trvat, jak dlouho bude trvat obnovení souboru " mrtvý" disk, je (bude mít) po ruce disk, který nahradí "mrtvý" a tak dále, tj. v případě systému bude nutné znát předem odpovědi na nejzákladnější otázky selhání.

Stále vám doporučuji ponechat operační systém na samostatném disku SATA, nebo chcete-li, na dvou discích SATA připojených v RAID 1. V každém případě byste při umístění operačního systému na RAID měli naplánovat své akce, pokud by základní deska náhle přestane fungovat poplatek - někdy přenos disků raidového pole do jiného základní deska(chipset, raid controller) není možné z důvodu nekompatibility výchozích parametrů raid.

Umístění základny, stín a záloha

Vysvětlení je velmi jednoduché. Zálohování je čtení dat z databázového souboru a zápis do záložního souboru. Pokud se toto vše fyzicky děje na stejném disku (dokonce i RAID 0 nebo RAID 1), bude výkon horší, než když se čte z jednoho disku a zapisuje se na druhý. Ještě větší výhodou takového oddělení je, když se zálohování provádí, když uživatelé s databází pracují.

Totéž platí pro stín - nemá smysl dávat stín například na RAID 1 na stejné místo jako základna, a to ani na různé logické disky. V přítomnosti stínu zapisuje server datové stránky jak do souboru databáze, tak do souboru stínu. To znamená, že místo jedné operace zápisu se provedou dvě. Oddělením základny a stínu na různých fyzických jednotkách bude výkon zápisu určen nejpomalejším diskem.