RAID

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 14.9.2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 33 muokkausta .

RAID ( Redundant Array of Independent Disks - redundantti joukko itsenäisiä (riippumattomia) levyjä ) on tiedon virtualisointitekniikka useiden fyysisten levylaitteiden yhdistämiseksi loogiseksi moduuliksi vikasietoisuuden ja (tai) suorituskyvyn parantamiseksi.

Historia

Patterson ( David A. Patterson ), Gibson ( Garth A. Gibson ) ja Katz ( Randy H. Katz ) ehdottivat termiä "RAID" vuonna 1987 lyhenteeksi englannista. Redundant Array of Inexpensive Disks ("redundantti joukko edullisia levyjä"). Esityksessään he perustelivat keksintöään henkilökohtaisiin tietokoneisiin suunniteltujen halpojen levyjen suhteellisen alhaisilla kustannuksilla verrattuna suurikapasiteettisiin levykkeisiin, joita he kutsuivat "SLEDiksi" ( Single Large Expensive Drive ) [1] .

Myöhemmin termin dekoodaus vaihtui Redundant Array of Independent Disks:ksi (redundantti itsenäisten (riippumattomien) levyjen joukko), koska taulukoissa käytettiin usein kalliita palvelinlevyjä.

Petterson ja kollegat Berkeleyssä esittelivät viidelle RAID-tasolle tekniset tiedot, joista on tullut de facto standardi [1] :

RAID 1 - peilattu levyryhmä;
RAID 2 - varattu Hamming-koodia käyttäville taulukoille ;
RAID 3 - levyryhmä erillisellä pariteettilevyllä ;
RAID 4 - raidallinen levyryhmä, jossa on oma pariteettilevy;
RAID 5 on levyryhmä, jossa on raidat, mukaan lukien pariteettitiedot (pariteettitallennusta varten ei ole varattu levyä - pariteettilohkot on raidattu datalohkoilla jokaisella levyllä).

RAID-ryhmien nykyaikaisista toteutuksista tarjotaan lisämäärittelytasoja:

RAID 0 - tehokas raidallinen levyryhmä ilman vikasietoisuutta;
RAID 6 on raidallinen levyryhmä, joka käyttää kahta tarkistussummaa, jotka on laskettu kahdella toisistaan riippumattomalla tavalla;
RAID 10 - RAID 0 -ryhmä, joka on rakennettu RAID 1 -ryhmistä;
RAID 50 - RAID 0 -ryhmä, joka on rakennettu RAID 5 -ryhmistä;
RAID 60 - RAID 0 -ryhmä, joka on rakennettu RAID 6 -ryhmistä;
RAID 1E on peiliryhmä, jossa on kolme muuta ryhmää: RAID 50, RAID 05, RAID 60 ja muut.

Laitteiston RAID-ohjaimessa voi olla lisäominaisuuksia ja se voi tukea useita eri tasoisia RAID-ryhmiä samanaikaisesti. Samaan aikaan monilla emolevyyn sisäänrakennetuilla RAID-ohjaimilla on vain kaksi tilaa BIOS-asetuksissa (käytössä tai poissa käytöstä), joten järjestelmä voi jättää huomioimatta uuden kiintolevyn, joka on liitetty käyttämättömään ohjainpaikkaan, jossa RAID-tila on käytössä. yhdistetty toiseen (spanned)JBOD -ryhmään, joka koostuu yhdestä levystä.

ZFS -tiedostojärjestelmän avulla toteutetut RAID-tasot :

RAID-Z - yksi redundantti asema;
RAID-Z2 - kaksi redundanttia levyä;
RAID-Z3 - kolme redundanttia levyä.

RAID-mallin perustasot

RAID 0

RAID 0 (striping - "striping") on kahden tai useamman kiintolevyn levyryhmä ilman redundanssia. Tiedot jaetaan kiinteän pituisiin tietolohkoihin ( ) ja kirjoitetaan molemmille/useammille levyille vuorotellen, eli yksi lohko ( ) ensimmäiselle levylle ja toinen lohko ( ) toiselle levylle, vastaavasti. $A_{i}$ $A_{1}$ $A_{2}$

Edut:

Tiedostojen lukunopeus kasvaa n kertaa, missä n on levyjen lukumäärä. Tällainen optimaalinen suorituskyky saavutetaan kuitenkin vain suurilla kyselyillä, kun tiedostofragmentit sijaitsevat jokaisella levyllä.

Virheet:

Tietojen menettämisen riski on lisääntynyt johtuen jonkin ryhmän laitteista vikaantumisesta. Jos merkitsemme yhden levyn vian todennäköisyyttä käyttövuoden aikana muodossa , niin N tällaisesta levystä koostuvan RAID 0 -ryhmän vian todennäköisyys voidaan laskea kaavalla , jolloin minkä tahansa N:n arvo ylittää merkittävästi . Jos yhden levyn vian todennäköisyys käyttövuoden aikana on 1 %, kahdesta tällaisesta levystä koostuva ryhmä epäonnistuu noin 2 %:n todennäköisyydellä ( ) ja viiden tällaisen levyn joukko todennäköisyydellä 5 % ( ). Laskelma osoittaa, että vian todennäköisyys kasvaa levyjen määrän kasvaessa, lähellä lineaarista pientä levymäärää. Tästä syystä RAID 0 -tekniikkaa käytetään harvoin puhtaassa muodossaan, mutta se on osoittautunut hyvin kaskadoidun RAID N0:n huipputasoksi (esim. RAID 10, RAID 50 tai RAID 60), jossa numero 0 tarkoittaa vain sitä, että a RAID 0 -ryhmä Useita RAID N -ryhmiä yhdistetään: RAID N + RAID 0 = RAID N0. $p_{1}$ ${\displaystyle p_{N}=1-(1-p_{1})^{N))$ $p_{1}$ $p_{2}=1-(1-p_{1})^{2}=2p_{1}-p_{1}^{2}=2\%-0,01\%=1,99\%$ $p_{5}=1-(1-p_{1})^{5}=4,90099501\%$

RAID 1

RAID 1 (peilaus - "peilaus") - kahden (tai useamman) levyn ryhmä, jotka ovat täydellisiä kopioita toisistaan. Ei pidä sekoittaa RAID 1+0:aan (RAID 10), RAID 0+1:een (RAID 01), jotka käyttävät kehittyneempiä peilausmekanismeja.

Edut:

Tarjoaa hyväksyttävän kirjoitusnopeuden (sama kuin ilman päällekkäisyyttä) ja lisää lukunopeutta rinnakkaistaessa kyselyitä [2] .
Sillä on korkea luotettavuus - se toimii niin kauan kuin vähintään yksi levy ryhmässä toimii. Kahden levyn vian todennäköisyys kerralla on yhtä suuri kuin kunkin levyn vian todennäköisyyden tulo, eli paljon pienempi kuin yksittäisen levyn vian todennäköisyys. Käytännössä, jos jokin levyistä epäonnistuu, on ryhdyttävä kiireellisiin toimenpiteisiin - redundanssin palauttamiseksi uudelleen. Tätä varten on suositeltavaa käyttää hot varalevyjä millä tahansa RAID-tasolla (paitsi nolla) .

Virheet:

Kahden kiintolevyn hinnalla käyttäjä saa yhden tilavuuden.

RAID 2

Tämän tyyppiset taulukot perustuvat Hamming-koodin käyttöön . Levyt on jaettu kahteen ryhmään: datalle ja virheenkorjauskoodeille, ja jos tietoja on tallennettu levyille, levyjä tarvitaan korjauskoodien tallentamiseen . Levyjen kokonaismäärä on tässä tapauksessa yhtä suuri kuin . Tiedot jaetaan tietojen tallentamiseen tarkoitetuille levyille samalla tavalla kuin RAID 0:ssa, eli ne jaetaan pieniin lohkoihin levyjen lukumäärän mukaan. Jäljelle jääville levyille on tallennettu virheenkorjauskoodeja, joiden mukaan tietojen palautus on mahdollista kiintolevyvian sattuessa. Hamming-menetelmää on käytetty pitkään ECC -muistissa ja sen avulla voit korjata yksittäiset virheet ja havaita kaksoisvirheet lennossa. $2^n - n - 1$ $n$ $2^{n}-1$

RAID 2 -ryhmän etuna on, että levytoiminnot ovat nopeampia kuin yksittäinen levy.

RAID 2 -ryhmän haittana on, että levyjen vähimmäismäärä, jolla sitä on järkevää käyttää, on 7, vain tästä määrästä alkaen se vaatii vähemmän levyjä kuin RAID 1 (4 levyä datalla, 3 levyä virheenkorjauskoodeilla) , redundanssi vähenee edelleen eksponentiaalisesti.

RAID 3

RAID 3 -levyryhmässä tiedot jaetaan sektoria pienemmiksi paloiksi (jaetaan tavuiksi) ja jaetaan levyille. Toista levyä käytetään pariteettilohkojen tallentamiseen. RAID 2:ssa tähän tarkoitukseen käytettiin levyjä , mutta suurin osa ohjauslevyjen tiedoista käytettiin virheiden korjaamiseen lennossa, kun taas useimmat käyttäjät ovat tyytyväisiä yksinkertaiseen tietojen palauttamiseen vaurioiden sattuessa (käyttäen XOR-toimintoa) , jota varten on tarpeeksi tietoa, joka mahtuu yhdelle kiintolevylle. $n$ $n-1$ $\approx log_{2}(n)$

Erot RAID 3:n ja RAID 2:n välillä: mahdottomuus korjata virheitä lennossa.

Edut:

nopea tietojen lukeminen ja kirjoittaminen;
Levyjen vähimmäismäärä taulukon luomiseksi on kolme.

Virheet:

tämän tyyppinen taulukko on hyvä vain yksittäiseen työhön suurten tiedostojen kanssa, koska erillisen sektorin käyttöaika, jaettuna levyillä, on yhtä suuri kuin kunkin levyn sektoreiden pääsyvälien enimmäismäärä. Pienillä lohkokooilla pääsyaika on paljon pidempi kuin lukuaika.
ohjauslevyn suuri kuormitus, ja sen seurauksena sen luotettavuus laskee merkittävästi verrattuna levyihin, jotka tallentavat tietoja.

RAID 4

RAID 4 on samanlainen kuin RAID 3, mutta eroaa siinä, että tiedot on jaettu lohkoihin tavujen sijasta. Siten oli mahdollista "voittaa" osittain pienen tiedonsiirtonopeuden ongelma. Kirjoitukset ovat hidasta johtuen siitä, että lohkon pariteetti syntyy kirjoitusten aikana ja kirjoitetaan yhdelle levylle.

Yleisesti käytetyistä tallennusjärjestelmistä RAID-4 on käytössä NetApp -laitteissa (NetApp FAS), joissa sen puutteet on onnistuneesti poistettu käyttämällä levyjä erityisessä ryhmäkirjoitustilassa, jonka määrittää laitteissa käytettävä sisäinen WAFL -tiedostojärjestelmä .

RAID 5

RAID 5 on levyryhmä, jossa on datalohkojen raidoitus ja pariteetti [3] .

RAID-tasojen 2-4 suurin haittapuoli on kyvyttömyys suorittaa rinnakkaisia kirjoitustoimintoja, koska erillistä pariteettilevyä käytetään pariteettitietojen tallentamiseen. RAID 5:llä ei ole tätä haittaa. Tietolohkot ja tarkistussummat kirjoitetaan syklisesti kaikille taulukon levyille, levykokoonpanossa ei ole epäsymmetriaa. Tarkistussummat ovat tulosta XOR -operaatiosta (yksinomainen tai). Xorissa on ominaisuus, joka mahdollistaa minkä tahansa operandin korvaamisen tuloksella, ja xor-algoritmia käyttämällä saadaan tuloksena puuttuva operandi. Esimerkiksi: a xor b = c (jossa a , b , c ovat raid-taulukon kolme levyä), jos a epäonnistuu, saamme sen laittamalla c sen tilalle ja piirtämällä xor c :n ja b :n väliin : c xor b = a . Tämä pätee riippumatta operandien lukumäärästä: a xor b xor c xor d = e . Jos c epäonnistuu , tulee e tilalle ja xor :n jälkeen saadaan c tuloksena : a xor b xor e xor d = c . Tämä menetelmä tarjoaa olennaisesti version 5 vikasietoisuuden. Xor -tuloksen tallentamiseen tarvitaan vain yksi levy , jonka koko on yhtä suuri kuin minkä tahansa muun levyn koko RAIDissa.

Käytettyjen levyjen vähimmäismäärä on kolme.

Edut:

RAID 5 on yleistynyt pääasiassa sen kustannustehokkuuden vuoksi. RAID 5 -levyryhmän koko lasketaan kaavalla (n−1)×S, jossa n on taulukossa olevien levyjen lukumäärä ja S on levyn koko (pienin, jos levyt ovat erikokoisia). Esimerkiksi neljän 500 gigatavun levyaseman kokonaismäärä on (4–1) × 500 = 1500 gigatavua, eli 25 % on "kadonnut" verrattuna 50 prosenttiin RAID 10:stä. Asemien määrä taulukossa, säästöt (verrattuna muiden tasojen vikasietoiseen RAIDiin) jatkavat kasvuaan. RAID 5 tarjoaa suuret lukunopeudet - vahvistus saavutetaan riippumattomilla tietovirroilla useilta levyiltä, joita voidaan käsitellä rinnakkain.

Virheet:

RAID 5:n suorituskyky on huomattavasti alhaisempi satunnaiskirjoitustoiminnoissa (kirjoittaa satunnaisessa järjestyksessä), jossa suorituskyky laskee 10-25 % RAID 0:n (tai RAID 10:n) suorituskyvystä, koska se vaatii enemmän levytoimintoja (jokainen kirjoitustoiminto, paitsi "full-stripe write" -toiminnot, korvataan RAID-ohjaimessa neljällä - kahdella luku- ja kahdella kirjoituksella).

Kun yksi levy vioittuu, taltion luotettavuus laskee välittömästi RAID 0 -tasolle vastaavalla levymäärällä n-1, eli n-1 kertaa pienempi kuin yhden levyn luotettavuus - tätä tilaa kutsutaan kriittiseksi (degrade tai kriittinen). Matriisin palauttaminen normaaliin toimintaan vaatii pitkän palautusprosessin, johon liittyy merkittävä suorituskyvyn menetys ja lisääntynyt riski. Palautuksen (uudelleenrakentamisen tai uudelleenrakentamisen) aikana ohjain suorittaa pitkän intensiivisen lukemisen, mikä voi aiheuttaa yhden tai useamman levyn vian. Lisäksi lukujen avulla voidaan havaita aiemmin havaitsemattomia lukuvirheitä kylmissä tietotaulukoissa (tiedot, joita ei saavuteta normaalin taulukon toiminnan aikana, arkistoidut ja passiiviset tiedot), mikä estää palautumisen. Jos virhe tapahtuu ennen kuin taulukko on palautettu kokonaan tai ainakin yhdelle muulle levylle tapahtuu korjaamaton lukuvirhe, taulukko tuhoutuu eikä sen tietoja voida palauttaa tavanomaisin menetelmin. RAID-ohjaimet voivat käyttää SMART -attribuuttianalyysiä estääkseen tällaiset tilanteet.

RAID 6

RAID 6 on neljän tai useamman aseman ryhmä P+Q- tai DP-pariteetilla, ja se on suunniteltu suojaamaan tietojen katoamiselta, jos kaksi ryhmän kiintolevyä epäonnistuu samanaikaisesti. Tällainen luotettavuus saavutetaan suorituskyvyn ja kapasiteetin vähentämisen kustannuksella - tietojen palauttamiseksi tarvitaan kaksi laskentatoimenpidettä, ja kahta taulukon levyä ei käytetä tietojen tallentamiseen, vaan niiden eheyden valvontaan ja vioista toipumiseen. Kahden redundanssilevyn ansiosta sen luotettavuus on korkeampi. Levyryhmistä RAID 6 on luotettavin, mutta myös hitain. Tiedon kirjoitusnopeus RAID 6 -ryhmässä on huomattavasti, jopa 50 % pienempi kuin RAID 5:ssä jopa koko RAID 6 -ryhmässä, kun taas RAID 6 P + Q:n lukunopeus ei juuri poikkea RAID 5:n ja RAIDin lukunopeudesta. 10 [3] .

RAID 6 vaatii vähintään neljä levyä - kaksi tai useampia datalevyjä ja kaksi pariteettilevyä [3] .

Tehokkuusarviot [3]

Tilanne	RAID 5	RAID 6 P+Q	RAID 6DP
Valinnainen sisäänpääsy	100 %	viisikymmentä %	viisikymmentä %
Sarjapääsy	100 %	90 %	60 %
Yhden levyn palautus taulukossa	100 %	~100 %	hitaammin

RAID 6 -vaihtoehdot [3] :

P+Q - matriisi, jossa on kaksi pariteettitaltiota "P" ja "Q", RAID 6 -arkkitehtuurin mukaan P+Q on RAID 5:n laajennus lisälevyllä "Q";
DP ( englanniksi Dual Parity , Double Parity ) on taulukko, jossa on kaksoispariteetti.

Toteutuksesta riippuen RAID 6 DP -ryhmillä voi olla erilaisia rajoituksia vaadittujen levyjen määrälle. Monissa toteutuksissa levyjen lukumäärän taulukossa on oltava alkuluku (esimerkiksi 5, joista 3 datalevyä ja 2 pariteettilevyä; 7, joista 5 datalevyä ja 2 pariteettilevyä; 11, joista 9 dataa levyt ja 2 pariteettilevyä jne.), joillakin toteutuksilla on erilainen vaatimus - taulukkolevyjen lukumäärän on oltava yksi pienempi kuin alkuluku (4, 6, 10 jne.). Tällaiset rajoitukset vähentävät tietotaulukoiden rakentamisen joustavuutta [3] .

RAID 6 DP -ryhmän levyjen lukumäärää koskevat rajoitukset liittyvät satunnaisen määrän levyjä olevien tietojen ”pystysuoran raidan” kaksoispariteetin laskemisen monimutkaisuuteen. Toteutukset, joissa on useita alkulukujen kerrannaisia levyjä, mahdollistavat yksinkertaisten algoritmien käytön tietojen eheyden ohjaamiseen, kun taas toteutukset, joissa ei ole tällaisia rajoituksia, käyttävät monimutkaisia algoritmeja, mikä edelleen hidastaa levytaulukkoa [3] .

RAID 6:n etuna on sen luotettavuus - se on korkein kaikista RAID-tietoryhmistä, tämä määrittää RAID 6 -taulukoiden laajuuden - laskentaympäristöt, jotka vaativat korkeaa jatkuvaa tiedon saatavuutta [3] .

RAID 6:n haitat ovat suhteellisen korkeat kustannukset ja suorituskyvyn heikkeneminen verrattuna RAID 5:een. RAID 6:n suorituskyky on alhaisin kaikista RAID-ryhmistä [3] .

Matemaattiset periaatteet

Useimmat RAID 6 P+Q -toteutukset käyttävät Galois- polynomia ( polynomi ) , jolloin ensimmäinen polynomitermi on yksinomainen "tai" , jota käytetään RAID 5:ssä (sen arvo kirjoitetaan "P"-levylle), toinen polynomitermi on monimutkaisempi. , yleensä se edustaa yksinomaista "tai" kertoimella [3] . RAID 6 DP -toteutukset käyttävät XOR-laskentaa sekä vaaka- että pystysuorille bittijuoville levytaulukossa, jokainen pariteettilevy tallentaa oman pariteettinsa (vaaka- tai pystysuuntainen) [3] .

Yhdistetyt tasot

"Common RAID Disk Drive Format (DEF) -standardissa" kuvattujen RAID-perustasojen 0-6 lisäksi on yhdistetty tasoja, joiden nimi on "RAID α+β" tai "RAID αβ", mikä yleensä tarkoittaa " RAID β, joka koostuu useista RAID α':ista (joskus toimittajat tulkitsevat tämän omalla tavallaan), jota joskus kutsutaan hybridi-RAIDiksi [4] .

Esimerkiksi:

RAID 10 (tai RAID 1+0) on RAID 0, joka koostuu kahdesta tai useammasta RAID 1:stä (peilatusta parista).
RAID 51 - RAID 1 peilaa kahta RAID 5:tä.

Yhdistetyt tasot perivät sekä "vanhempiensa" edut että haitat: raidoitus RAID 5 + 0 -tasolla ei lisää siihen luotettavuutta, mutta sillä on positiivinen vaikutus suorituskykyyn. RAID 1+5 -taso on luultavasti erittäin luotettava, mutta ei nopein ja lisäksi erittäin epätaloudellinen: taltion käyttökapasiteetti on alle puolet levyjen kokonaiskapasiteetista.

RAID 01 (RAID 0+1)

RAID 01 (RAID 0+1) -ryhmää kutsutaan raitapeiliksi [5] . Se on RAID 1 -ryhmä, joka koostuu kahdesta sisäkkäisestä RAID 0 -ryhmästä. Levyjen määrän molemmissa sisäkkäisissä RAID 0 -taulukoissa on oltava sama, koska tämän ominaisuuden vuoksi tämä tyyppi voi toimia vain parillisella määrällä levyjä.

RAID-ohjaimen valmistajasta riippuen RAID 0+1 voi tarkoittaa toista konfiguraatiota, lisäksi joissakin malleissa on mahdollista luoda RAID 0+1 parittomalla määrällä laitteita [6] , itse asiassa toteuttaen RAID 1E:n tällä nimellä .

Kuten "puhtaassa" RAID 1:ssä, taulukon hyödyllinen tilavuus on puolet kaikkien levyjen kokonaismäärästä (jos ne ovat saman kapasiteetin levyjä).

RAID 01:n vikasietoisuus on pienempi kuin RAID 10:n, jolla on suunnilleen sama suorituskyky ja sama volyymi, joten tämän tyyppistä RAIDia ei käytännössä käytetä.

RAID 10 (RAID 1+0)

RAID 10 (RAID 1 + 0) on peilattu taulukko, jossa tiedot kirjoitetaan peräkkäin useille levyille, kuten RAID 0:ssa. Tämä arkkitehtuuri on RAID 0 -tyyppinen ryhmä, jonka segmentit ovat RAID 1 -ryhmiä yksittäisten levyjen sijaan. , tämän tason taulukossa on oltava vähintään 4 levyä (ja aina parillinen luku). RAID 10 yhdistää korkean vikasietoisuuden ja suorituskyvyn.

RAID 10 on melko luotettava vaihtoehto tietojen tallentamiseen, koska koko RAID 10 -ryhmä epäonnistuu vain, jos kaikki samassa RAID 1 -ryhmässä olevat asemat epäonnistuvat. Yhteensä 4 aseman ryhmässä, jossa on yksi viallinen asema, on mahdollisuus saman taulukon toisen epäonnistumisesta on 1/3×100=33%.

Vertailun vuoksi, RAID 0+1 epäonnistuu, jos kaksi asemaa epäonnistuu eri ryhmissä. Viereisen taulukon aseman epäonnistumisen mahdollisuus on 2/3 × 100 = 66%. Koska RAID 0 -ryhmä, jossa on viallinen asema, ei kuitenkaan ole enää käytössä, tämän taulukon jäljellä oleva terve asema voidaan jättää laskennan ulkopuolelle, ja saamme mahdollisuuden, että seuraava asema poistaa taulukon käytöstä - 2/2 × 100 = 100 %.

Jotkut valmistajat, kuten HP, käyttävät nimitystä RAID 1+0 RAID-ohjaimissaan (HP Smart Array P400) paitsi RAID 10:lle. RAID-tyyppi riippuu kokoonpanossa käytettyjen levyjen määrästä. Jos valitset RAID 1+0:n 2-aseman kokoonpanossa, tuloksena on RAID 1 ja neljällä asemalla RAID 10.

Ei-standardi RAID-tasot

RAID 1E

RAID 1E (parannettu) on peili, joka pystyy toimimaan parittomalla määrällä laitteita.

On olemassa ainakin kaksi erilaista RAID 1E -algoritmia:

RAID 1E lähellä (alias RAID 1E raidallinen) [7] ;
RAID 1E lomitettu [8] .

RAID-ohjaimesi käyttöoppaassa ei välttämättä kerrota, minkä tyyppistä RAID 1E:tä (lähellä tai lomitettua) se tukee [9] . Niille on yhteistä, että ne sopivat hyvin kolmen levylaitteen joukon luomiseen.

RAID 1E near -tilassa ensimmäinen tietolohko kirjoitetaan levylle #1 ja levylle #2 (täysi kopio, kuten RAID 1:ssä). Seuraava lohko menee levylle nro 3 ja levylle nro 4 (jos levyjä ei ole enää, esim. taulukossa ei ole levyä nro 4, 3. levy on viimeinen - ohjain palaa levylle nro 1 ja siirtyy seuraavaan nauhaan).

RAID 1E lomitetussa tilassa tiedot limitetään kaistaleiksi: itse data kirjoitetaan ensimmäiseen nauhaan ja kopio siitä toiseen nauhaan. Kun siirrytään palkista toiseen, sen laitteen indeksi, josta tallennus alkaa, kasvaa. Siten ensimmäinen tietolohko kirjoitetaan levylle #1 ensimmäisessä kaistassa ja levylle #2 toisessa kaistassa, toinen tietolohko kirjoitetaan levylle #2 ensimmäisessä kaistassa ja levylle #3 toisessa kaistassa. nauhat ja niin edelleen.

Tuloksena RAID 1E:tä käyttävä taulukkokapasiteetti on , jossa N on taulukossa olevien levyjen lukumäärä ja S on pienimmän levyn kapasiteetti. $S*N/2$

Edut:

Hyvä tiedonsiirto ja pyyntöjen käsittelynopeus.
Toisin kuin RAID 1 ja RAID 10, on mahdollista järjestää peili parittomalla määrällä laitteita.

Virheet:

Kustannukset kasvavat, koska käytettävissä on vain puolet laitteiden kokonaiskapasiteetista.
Joissakin ohjainmalleissa vain yksi asema voi epäonnistua, ja siksi, jos asemia on parillinen eikä hot-swap-asemaa ole, on suositeltavaa käyttää RAID 10:tä [8] .

Levyjen vähimmäismäärä on kolme (kahdella sitä ei voi erottaa RAID 1:stä).

RAID 7

RAID 7 on Storage Computer Corporationin rekisteröity tavaramerkki, eikä se ole erillinen RAID-taso. Taulukon rakenne on seuraava: tiedot tallennetaan levyille, yhtä levyä käytetään pariteettilohkojen tallentamiseen. Levykirjoitukset tallennetaan välimuistiin RAM-muistin avulla, itse ryhmä vaatii pakollisen UPS :n ; sähkökatkon sattuessa tiedot vioittuvat. $n-1$

Nimessä oleva numero 7 antaa vaikutelman, että järjestelmä on jollain tapaa ylivoimainen "pikkuveljiensä" RAID 5 ja 6, mutta RAID 7:n matematiikka ei eroa RAID 4:stä, ja välimuistia ja akkuja käytetään kaikissa RAID-ohjaimissa. (mitä kalliimpi ohjain, sitä todennäköisemmin siinä on nämä komponentit). Siksi, vaikka kukaan ei kiistäkään, että RAID 7:llä on korkea luotettavuus ja nopeus, se ei ole alan standardi, vaan pikemminkin tällaisten laitteiden ainoan valmistajan markkinointitemppu, ja vain tämä yritys tarjoaa niille teknistä tukea [10] .

RAID-DP

NetAppin RAID-4:stä on tehty muunnelma - RAID-DP (Dual Parity). Ero perinteiseen taulukkoon on kahden erillisen levyn allokointi tarkistussummia varten. RAID-DP:n ja WAFL -tiedostojärjestelmän vuorovaikutuksen ansiosta (kaikki kirjoitustoiminnot ovat peräkkäisiä ja suoritetaan vapaassa tilassa) suorituskyvyn heikkeneminen eliminoituu sekä RAID-5:een että RAID-6:een verrattuna.

Laitteiston RAID-ohjaimet

Ne edustavat laajennuskorttia tai ne on sijoitettu palvelimen ulkopuolelle (esimerkiksi osana ulkoista levyalijärjestelmää tai NAS -järjestelmää ) [11] . Heillä on oma prosessori, monilla on välimuisti työn nopeuttamiseksi. Akut asennetaan valinnaisesti kalliimpiin laitteisiin (Battery Backup Unit, lyhenne BBU, kemikaali tai kondensaattori ) tietojen tallentamiseksi välimuistiin hätävirtakatkoksen sattuessa. Kondensaattoriakut ovat nykyaikaisempia, mutta kalliimpia, koska ne vaativat lisäksi haihtumattoman FLASH-muistimoduulin, johon välimuisti kopioidaan onnettomuuden sattuessa. Tällaiset paristot eivät heikkene ajan myötä eivätkä, toisin kuin kemialliset, tarvitse vaihtaa palvelimen käyttöiän aikana [12] .

Levyjen liittämistä varten ohjaimessa voi olla sisäiset tai ulkoiset portit tai molemmat. Portit voidaan tehdä eri standardien mukaan (katso sisäisten ja ulkoisten SAS-liittimien luettelo sekä esimerkki SFF-8639 ).

Eri valmistajien ohjaimet eivät pääsääntöisesti ole yhteensopivia eivätkä vaihdettavissa keskenään - tämä tulee pitää mielessä, jos ohjainkortti epäonnistuu. Tiedot RAID-ryhmän kokoonpanosta tallennetaan levyille, mutta vain saman valmistajan ohjain voi lukea ne jopa täysin toimivilta levyiltä ja luoda taulukon uudelleen [13] . Tällaisten ongelmien estämiseksi on olemassa klusterilevyjärjestelmiä [14] . Ohjelmisto-RAID-ryhmissä ei myöskään ole tätä haittaa.

RAID-ohjainten lisäominaisuudet

Monet RAID-ohjaimet on varustettu lisäominaisuuksilla:

" hot swap " (hot swap);
" hot reserve " (kuuma vara);
vakauden tarkistus.

RAID-tasojen vertailu

Taso	Levyjen määrä	Tehollinen kapasitanssi [15] [16] [17] [18] [19]	Viallisten levyjen sallittu määrä	Luotettavuus	Lukunopeus	Tallennusnopeus	Merkintä
0	alkaen 2	S×N	Ei	erittäin matala	korkea	korkea	Tietojen menetys, jos jokin levy epäonnistuu!
yksi	alkaen 2	S	N−1 levyä	erittäin korkea	keskiverto	keskiverto	N kertaa levytilan hinta; suurin mahdollinen luotettavuus; pienin mahdollinen koko, yhden levyn luku-/kirjoitusnopeus
1E	alkaen 3	S×N/2	1 - N/2-1 levyä	korkea	korkea	matala	Tietojen menetys, jos kaksi vierekkäistä levyä epäonnistuu samanaikaisesti tai ensimmäinen ja viimeinen
kymmenen	4, jopa	S×N/2	1 - N/2 levyä [20]	korkea	korkea	korkea	kaksinkertainen levytilan hinta, tietojen menetys, kun peiliryhmä (RAID 1) epäonnistuu, toiminta on mahdollista, jos vähintään yksi peiliryhmän levyistä (RAID 1) säilyy kussakin peiliryhmässä (RAID 1).
01	4, jopa	S×N/2	1 - N/2 levyä [20]	matala	korkea	korkea	kaksinkertainen levytilan hinta, tietojen menetys peiliryhmän epäonnistuessa (RAID 1), toiminta on mahdollista vain, jos minkä tahansa raidaryhmän (RAID 0) kaikki levyt säilyvät.
5	alkaen 3	S×(N−1)	1 levy	keskiverto	korkea	keskiverto
viisikymmentä	6, jopa	S×(N−2)	1-2 levyä [21]	keskiverto	korkea	korkea
51	6, jopa	S×(N-2)/2	2 - N/2+1 levyä [22]	korkea	korkea	matala	kaksinkertainen levytilan hinta
5E	alkaen 4	S×(N−2)	1 levy	keskiverto	korkea	korkea	varalevy on tyhjäkäynnillä eikä sitä tarkisteta
5EE	alkaen 4	S×(N−2)	1 levy	keskiverto	korkea	korkea	varalevy on tyhjäkäynnillä eikä sitä tarkisteta
6	alkaen 4	S×(N−2)	2 levyä	korkea	korkea	matala tai keskitaso	kirjoitusnopeus toteutuksesta riippuen (saattaa vastata RAID 5 -kirjoitusnopeutta)
60	8 alkaen jopa	S×(N–4)	2-4 levyä [21]	keskiverto	korkea	keskiverto
61	8 alkaen jopa	S×(N-2)/2	4 - N/2+2 levyä [22]	korkea	korkea	matala	kaksinkertainen levytilan hinta

Ohjelmisto RAID

RAIDin toteuttamiseen voit käyttää paitsi laitteistoa myös kokonaan ohjelmistokomponentteja ( ohjaimia ). Esimerkiksi Linux-ydinjärjestelmissä tuki on olemassa suoraan ydintasolla . Linux RAID - laitteita voidaan hallita mdadm - apuohjelmalla . Ohjelmisto-RAIDilla on hyvät ja huonot puolensa. Toisaalta se ei maksa mitään (toisin kuin laitteisto- RAID-ohjaimet ). Toisaalta ohjelmisto-RAID käyttää joitain suorittimen resursseja .

Linux-ydin 2.6.28 tukee ohjelmistojen RAID-tasoja 0, 1, 4, 5, 6 ja 10. Toteutus mahdollistaa RAIDin luomisen yksittäisille levyosiolle, mikä on samanlainen kuin alla kuvattu Matrix RAID. Käynnistystä RAIDista tuetaan.

Windows NT -perheen käyttöjärjestelmät , kuten Windows NT 3.1/3.5/3.51/ NT4 / 2000 / XP / 2003 , ovat tukeneet ohjelmistoja RAID 0, RAID 1 ja RAID 5 tämän perheen suunnittelusta lähtien (katso Dynaaminen levy ). Windows XP Home ei tue RAIDia. Windows XP Pro tukee RAID 0:aa, ja kehittäjät ovat estäneet tuen RAID 1:lle ja RAID 5:lle, mutta se voidaan kuitenkin ottaa käyttöön muokkaamalla käyttöjärjestelmän binaaritiedostoja, mikä on kielletty lisenssisopimuksessa [23] . Windows 7 tukee ohjelmistoja RAID 0 ja RAID 1, Windows Server 2003 tukee 0, 1 ja 5.

FreeBSD :llä on useita ohjelmisto-RAID-toteutuksia. Esimerkiksi atacontrol voi joko rakentaa täyden ohjelmiston RAID:n tai tukea semi-hardware RAID:ia siruille, kuten ICH5R. FreeBSD:ssä versiosta 5.0 lähtien levyalijärjestelmää ohjaa ytimeen sisäänrakennettu GEOM-mekanismi. GEOM tarjoaa modulaarisen levyrakenteen, jonka ansiosta syntyivät sellaiset moduulit kuin gstripe (RAID 0), gmirror (RAID 1), graid3 (RAID 3), gconcat (useiden levyjen yhdistäminen yhdeksi levyosioksi). Mukana on myös vanhoja ccd (RAID 0, RAID 1) ja gvinum (vinum logical volume manager) luokkia. FreeBSD 7.2:sta alkaen tuetaan ZFS -tiedostojärjestelmää , joka voi rakentaa tasoja 0, 1, 5 ja 6 sekä yhdisteltäviä tasoja.

OpenSolaris ja Solaris 10 käyttävät Solaris Volume Manageria , joka tukee RAID 0, RAID 1, RAID 5 ja mitä tahansa niiden yhdistelmiä, kuten 1+0. RAID 6 on tuettu ZFS - tiedostojärjestelmässä .

Matrix

Matrix RAID on Intelin toteuttama tekniikka piirisarjojensa eteläsilloissa alkaen ICH6R:stä. Tämä tekniikka ei ole uusi RAID-taso, eikä sillä ole laitteistotukea. BIOS-työkalujen avulla voit järjestää useita laitteita loogiseen taulukkoon, jonka jatkokäsittely on nimenomaan RAID-ryhmä, joka on määritetty ajuriin. Tekniikka mahdollistaa useiden RAID 1-, RAID 0- ja RAID 5 -tasojen ryhmien järjestämisen samanaikaisesti eri levyosioilla [24] . Tämän avulla voit valita suuremman luotettavuuden joillekin osiolle ja korkean suorituskyvyn muille.

Myöhemmin Intel ilmoitti Matrix RAID -tekniikan nimeämisestä uudelleen Intel Rapid Storage Technologyksi (Intel RST) [25] .

Luettelo Intel RST:tä tukevista Intel-ohjaimista [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 ja AHCI);
82801HEM I/O (RAID ja AHCI);
82801HBM I/O (vain AHCI);
82801HR/HH/HO I/O (RAID ja AHCI);
631xESB/632xESB I/O (RAID ja AHCI);
82801GHM I/O (vain RAID);
82801GBM I/O (vain AHCI);
82801GR/GH I/O (RAID ja AHCI).

RAID-idean jatkokehitys

RAID-taulukoiden ideana on yhdistää levyjä, joista kutakin pidetään sektorijoukona, minkä seurauksena tiedostojärjestelmän ajuri "näkee" ikään kuin yhden levyn ja toimii sen kanssa kiinnittämättä huomiota siihen. sisäinen rakenne. Voit kuitenkin parantaa merkittävästi levyjärjestelmän suorituskykyä ja luotettavuutta, jos tiedostojärjestelmän ajuri "tietää", että se ei toimi yhden levyn, vaan levyjoukon kanssa.

Lisäksi, jos jokin RAID 0:n levyistä tuhoutuu, kaikki taulukon tiedot menetetään. Mutta jos tiedostojärjestelmän ajuri on sijoittanut jokaisen tiedoston yhdelle levylle ja hakemistorakenne on järjestetty oikein, silloin kun jokin levyistä tuhoutuu, vain tällä levyllä olleet tiedostot menetetään; ja tiedostot, jotka ovat kokonaan säilytetyillä levyillä, pysyvät käytettävissä. Samanlainen ajatus "luotettavuuden lisäämisestä" on toteutettu JBOD -taulukoissa .

Tiedostojen sijoittamisella "jokainen tiedosto on kokonaan yhdellä levyllä" -lähestymistapaan on monimutkainen/epäselvä vaikutus levyjärjestelmän suorituskykyyn. Pienille tiedostoille latenssi (aika, jolloin pää asetetaan halutun raidan päälle + odotusaika halutun sektorin saapumiselle pään alle) on tärkeämpi kuin todellinen luku-/kirjoitusaika; siksi, jos pieni tiedosto on kokonaan yhdellä levyllä, pääsy siihen on nopeampaa kuin jos se jakautuu kahdelle levylle (RAID-taulukoiden rakenne on sellainen, että pieni tiedosto ei voi olla kolmella tai useammalla levyllä). Suurille tiedostoille paikantaminen tiukasti yhdelle levylle voi olla huonompaa kuin sen paikantaminen useille levyille. tämä tapahtuu kuitenkin vain, jos tietoja vaihdetaan suurissa lohkoissa; tai jos tiedostoon tehdään paljon pieniä käyttöjä asynkronisessa tilassa, jolloin voit työskennellä kaikkien levyjen kanssa, joilla tämä tiedosto sijaitsee.

RAIDin haitat

Vastaavat kaatumiset

Ryhmässä olevat taajuusmuuttajat ovat varaosia ("varaosa") lukuun ottamatta usein saman ikäisiä, alttiina samalle kuormitukselle ja ympäristövaikutuksille, mikä rikkoo oletuksia taajuusmuuttajan vian riippumattomasta todennäköisyydestä; epäonnistumiset korreloivat itse asiassa tilastollisesti. Käytännössä toisen vian mahdollisuus ennen ensimmäistä palautumista on suurempi kuin satunnaisten vikojen mahdollisuus.

Kokoonpanon yhteensopimattomuudet

Vaikka taulukon kokoonpano tallennetaan suoraan fyysisille levyille, ei ole yleisesti hyväksyttyä standardia sen koodaamiseksi ja tallentamiseksi. Kun ohjain epäonnistuu, käyttäjän on ostettava yhteensopiva ohjain palauttaakseen pääsyn tietoihin tyhjän taulukon uudelleen luomisen sijaan.

Katso myös

JBOD on levyryhmä, jossa levytila jakautuu järjestyksessä levyjen kesken.
NAS - ulkoinen verkkotallennus (RAID:ia voidaan käyttää).

Muistiinpanot

↑ 12 Patterson et ai., 1988 .
↑ R.LAB. RAID-ryhmät - luotettavuus ja suorituskyky. RAID1 . Haettu 8. kesäkuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 28. kesäkuuta 2008. (määrätön)
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Stegner, G. RAID 6:n edut ja haitat : [ arch. 9. maaliskuuta 2009 ] / AWi Verlag // OSP. - 2007 - 12. heinäkuuta.
↑ Mishra, SK Dual-Crosshatch Disk Array : Erittäin luotettava hybridi-RAID-arkkitehtuuri // Proceedings of the 1995 International Conference on Parallel Processing : [ eng. ] / SK Mishra, SK Vemulapalli, P. Mohapatra. - CRC Press , 1995. - Voi. 1. - P. I-146-I-149. - ISBN 978-0-8493-2615-8 . — ISBN 084932615X .
↑ RAID-ryhmät - Informatiikka
↑ Valitse RAID-taso . Haettu 29. syyskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 17. marraskuuta 2015. (määrätön)
↑ Microsemi. Oikeiden RAID-kokoonpanojen valitseminen: RAID 1E . Haettu 3. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 3. tammikuuta 2018. (määrätön)
↑ 1 2 Adaptec Inc. Ratkaisut tietojen tallentamiseen. Mikä RAID-taso minun pitäisi valita? - RAID 1E . Haettu 3. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 10. tammikuuta 2017. (määrätön)
↑ ReclaiMe Free RAID Recovery - RAID 1E -tyypit . Haettu 3. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 4. tammikuuta 2018. (määrätön)
↑ PC Guide - RAID Level 7 . Haettu 7. elokuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 21. kesäkuuta 2010. (määrätön)
↑ IXBT. Valitse RAID-ohjain. 01.10.1999 _ Haettu 28. heinäkuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 29. heinäkuuta 2018. (määrätön)
↑ Kaikki mitä halusit tietää RAID-ohjaimista, mutta olit liian laiska katsomaan. 06.10.2016 . Haettu 28. heinäkuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 29. heinäkuuta 2018. (määrätön)
↑ Habr, 24.2.2012. Mitä tehdä, jos RAID-ohjain epäonnistuu? . Haettu 7. elokuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 8. elokuuta 2018. (määrätön)
↑ UKK RAIDin käytännön toteutuksesta . Haettu 7. elokuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 8. elokuuta 2018. (määrätön)
↑ Tässä N on taulukossa olevien levyjen lukumäärä, S on pienimmän levyn tilavuus.
↑ RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID6, RAID 10 tai mitkä ovat RAID-tasot? (linkki ei saatavilla) . Haettu 11. joulukuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 20. maaliskuuta 2011. (Venäjän kieli)
↑ Dynaamisen levyn esittely - RAID-tasot . Haettu 11. joulukuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 15. joulukuuta 2010. (määrätön)
↑ RAID-ryhmä ja palvelin: laitteiston ja palvelun vertailu . Haettu 11. joulukuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 10. syyskuuta 2011. (määrätön)
↑ Yhteenveto RAID-tasojen vertailusta . Haettu 11. joulukuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 19. kesäkuuta 2010. (määrätön)
↑ 1 2 Tietoja ei menetetä, jos asemat epäonnistuvat eri peilien sisällä.
↑ 1 2 Tietoja ei menetetä, jos sama määrä levyjä eri raidoilla epäonnistuu.
↑ 1 2 Tietoja ei menetetä, jos saman peilin sisällä olevat levyt epäonnistuvat.
↑ Ohjelmiston RAID 5 -ryhmän luominen Windows XP:ssä . Haettu 19. huhtikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 7. maaliskuuta 2009. (määrätön)
↑ Intel Rapid Storage Technology (Intel RST). RAID 0, 1, 5, 10, Matrix RAID, RAID-valmis . Haettu 6. tammikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 7. tammikuuta 2014. (määrätön)
↑ Intel Rapid Storage Technology (Intel RST). tuotekatsaus . Haettu 6. tammikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 7. tammikuuta 2014. (määrätön)
↑ Tuetut Intel-piirisarjat ja ohjainkeskittimet . Haettu 3. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 4. tammikuuta 2018. (määrätön)
↑ LSI MegaRAID 320-0 Zero Channel RAID -ohjaimen käyttöopas Arkistoitu 7. tammikuuta 2010 Wayback Machinessa

Kirjallisuus

Patterson, DA Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID) : [ arch. 18. syyskuuta 2006 ] // SIGMOD '88: Proceedings of the 1988 ACM SIGMOD International Conference on Management of Data: [ eng. ] / D.A. Patterson, G. Gibson , RH Katz . - 1988. - kesäkuuta. - s. 109-116. - doi : 10.1145/50202.50214 .

Linkit

Uudet RAID-tasot: numerot, kirjaimet ja mitä niiden takana on Arkistoitu 2. tammikuuta 2012 Wayback Machinessa
Ei-redundantti RAIDista Arkistoitu 14. marraskuuta 2011 Wayback Machinessa (XOR, RAID-Z)
Kaikki RAID-tasot Kuvauksen kirjoittaja iXBT.com Arkistoitu 10. helmikuuta 2009 Wayback Machinessa
Raid-ryhmän nopea palautus, kun yksi levyistä epäonnistuu Arkistoitu 19. kesäkuuta 2014 Wayback Machinessa
RAID-ryhmien palautus yksinkertaisilla menetelmillä Arkistoitu 21. syyskuuta 2008 Wayback Machinessa
Esimerkki tietojen palauttamisesta (käytännöllisesti katsoen) epäonnistuneesta NAS Raid -joukosta 1Tb Arkistoitu 30. tammikuuta 2009 Wayback Machinessa
Esimerkki tietojen palauttamisesta Raid 0:sta WinHexillä Arkistoitu 9. huhtikuuta 2009 Wayback Machinessa