Mr.Doors


Rambler's Top100



Вольт Маркет
RAID

Основной целью использования RAID является увеличение быстродействия и отказоустойчивости.

Увеличение быстродействия

Увеличение быстродействия достигается за счет использования массивов с параллельным доступом, либо  массивов с независимым доступом.

  • Массивы с параллельным доступом (parallel-access array).
Блок информации размещен на всех N дисках, соответственно, информация со всех дисков считывается параллельно, то есть теоретически в N раз быстрее.
Данную архитектуру выгодно использовать для приложений, которые требуют передачи пакетов данных большого размера.
RAID массивы
Массив с параллельным доступом
 
  • Массивы с независимым доступом (independent-access array).
Данная архитектура дает преимущества в случаях, когда необходимо передавать большое количество пакетов относительно малого размера. Подобные задачи возникают, например, при обработке баз данных
RAID массивы
Массив с независимым доступом
 

Увеличение отказоустойчивости

Существует два метода увеличение отказоустойчивости с использованием избыточных дисковых массивов: зеркализация и избыточное кодирование с помощью вычисления четности.

  • Зеркализация: создается зеркало исходного диска данных – диск, данные которого представляют собой точную копию данных исходного диска. Существенный недостаток данной схемы – половина дискового пространства расходуется для хранение копии.
  • Избыточное кодирование с помощью вычисления четности - вычисляется как операция XOR всех символов в слове данных.

Изначально аббревиатура RAID расшифровывалась как redundant arrays of inexpensive disks - избыточный массив недорогих дисков. Говоря «недорогие», авторы аббревиатуры имели в виду относительную невысокую стоимость дисков персональных компьютеров по сравнению с ценой дисков для мейнфреймов. Поэтому на сегодняшний день RAID принято расшифровывать как redundant array of independent disks - избыточный массив независимых дисков.

Основные RAID уровни

RAID 0. Дисковый массив без отказоустойчивости (Striped Disk Array without Fault Tolerance)

При такой организации дискового массива блоки данных хранятся на отдельных дисках. Операции чтения (записи) с дисков могут осуществляться одновременно.

RAID0

Преимущества:

  • очень высокая производительность;
  • простота реализации;
  • низкая стоимость оборудования на единицу объема информации.

Недостатки:

  • при отказе одного из  дисков происходит потеря целостности всех данных.

RAID 1. Дисковый массив с дублированием или зеркало (mirroring)

Зеркалирование – простейшая реализация данной архитектуры – два диска, на которые записывается одинаковая информация. При отказе одного из дисков целостность информации сохраняется за счет наличия копии на втором диске.

RAID1

Преимущества:

  • простота реализации;
  • простота восстановления массива в случае отказа (копирование).

Недостатки:

  • высокая стоимость на единицу объема информации;
  • невысокая скорость передачи данных.


RAID 2. Отказоустойчивый дисковый массив с использованием кода Хемминга (Hamming Code ECC)

Используется в технологии кодирования данных в оперативной памяти типа ECC, и кодировании данных на магнитных дисках.

Преимущества:

  • быстрая коррекция ошибок ("на лету");
  • очень высокая скорость передачи данных больших объемов;
  • при увеличении количества дисков, накладные расходы уменьшаются;
  • простая реализация.

Недостатки:

  • высокая стоимость при малом количестве дисков;
  • низкая скорость обработки запросов


RAID 3. Отказоустойчивый массив с параллельной передачей данных и четностью (Parallel Transfer Disks with Parity)

При такой архитектуре необходимо использование N+1 дисков: N дисков - для блоков данных и N+1 диск - для четности. Данные разбиваются на блоки на уровне байт и записываются на диски одновременно.

RAID3

Преимущества:

  • очень высокая скорость передачи данных;
  • отказ диска мало влияет на скорость работы массива;
  • малые накладные расходы для реализации избыточности.

Недостатки:

  • сложная реализация;
  • низкая производительность при большой интенсивности запросов данных небольшого объема.

 


RAID 4. Отказоустойчивый массив независимых дисков с разделяемым диском четности (Independent Data disks with shared Parity disk)

Так же как и для RAID 3, для реализации RAID 4  необходимо использование N+1 дисков: N дисков - для блоков данных и N+1 диск - для четности. Основное отличие RAID 4  от RAID 3 в том, что данные разбиваются на блоки на уровне секторов, а не байтов.

Преимущества:

  • очень высокая скорость чтения данных больших объемов;
  • высокая производительность при большой интенсивности запросов чтения данных;
  • малые накладные расходы для реализации избыточности.

Недостатки:

  • сложная реализация;
  • очень низкая производительность при записи данных;
  • сложное восстановление данных;
  • низкая скорость чтения данных малого объема при единичных запросах;
  • асимметричность быстродействия относительно чтения и записи.

RAID 5. Отказоустойчивый массив независимых дисков с распределенной четностью (Independent Data disks with distributed parity blocks)

В отличии от RAID 4, в RAID 5 для четности не выделяется отдельный диск, ее распределяют по всем дискам массива. но в отличие от предыдущего четность распределяется циклически по всем дискам массива.

Преимущества:

  • высокая скорость записи данных;
  • достаточно высокая скорость чтения данных;
  • высокая производительность при большой интенсивности запросов чтения/записи данных;
  • малые накладные расходы для реализации избыточности.

Недостатки:

  • скорость чтения данных ниже, чем в RAID 4;
  • низкая скорость чтения/записи данных малого объема при единичных запросах;
  • достаточно сложная реализация;
  • сложное восстановление данных.

RAID 6. Отказоустойчивый массив независимых дисков с двумя независимыми распределенными схемами четности (Independent Data disks with two independent distributed parity schemes)

Oтличается от RAID 5 наличием второй схемы четности, благодаря который массив становится устойчивым к двойным отказам. Основной недостаток RAID 6 по сравнению с RAID 5 – увеличенное время обработки одного запроса.

Преимущества:

  • высокая отказоустойчивость;
  • достаточно высокая скорость обработки запросов;
  • относительно малые накладные расходы для реализации избыточности.

Недостатки:

  • очень сложная реализация;
  • сложное восстановление данных;
  • очень низкая скорость записи данных.
Современные RAID контроллеры позволяют комбинировать различные уровни RAID. Таким образом, можно реализовать системы, которые объединяют в себе достоинства различных уровней, а также системы с большим количеством дисков. Обычно это комбинация нулевого уровня (stripping) и какого либо отказоустойчивого уровня.

 

RAID 7. Отказоустойчивый массив, оптимизированный для повышения производительности. (Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates)

RAID 7 – разработка компании Storage Computer Corporation, ориентирован на использования в наиболее производительных системах.  Благодаря использованию специально разработанного контроллера, асинхронной обработки данных и кэширования запросов, RAID 7 в среднем в 1,5 - 6 раз быстрее любого другого уровня RAID. Кроме того, архитектура обладает прекрасной масштабируемостью: до 12 хост-интерфейсов, и до 48  дисков.

Преимущества:

  • высокая скорость передачи данных и высокая скорость обработки запросов (1.5 - 6 раз выше других стандартных уровней RAID);
  • высокая масштабируемость хост интерфейсов;
  • скорость записи данных увеличивается с увеличением количества дисков в массиве;
  • для вычисления четности нет необходимости в дополнительной передаче данных.

Недостатки:

  • очень высокая стоимость на единицу объема;
  • не может обслуживаться пользователем;
  • нужно использовать блок бесперебойного питания для предотвращения потери данных из кеш памяти.


Комбинированные массивы

RAID 10. Отказоустойчивый массив с дублированием и параллельной обработкой

RAID 10 представляет собой массив типа RAID 0, сегментами которого являются массивы RAID 1, обеспечивает высокую производительность при высокой отказоустойчивости.

RAID10

Преимущества:

  • высокая отказоустойчивость;
  • высокая производительность.

Недостатки:

  • очень высокая стоимость;
  • ограниченное масштабирование.

  
RAID 30. Отказоустойчивый массив с параллельной передачей данных и повышенной производительностью

Представляет собой массив типа RAID 0, сегментами которого являются массивы RAID 3. Реализация RAID 30 обеспечивает отказоустойчивость и высокую производительность. Применяют для реализации задач требующих последовательной передачи данных больших объемов.

Преимущества:

  • высокая отказоустойчивость;
  • высокая производительность.

Недостатки:

  • высокая стоимость;
  • ограниченное масштабирование.

RAID 50. Отказоустойчивый массив с распределенной четностью и повышенной производительностью

RAID 50 - это  массив  RAID 0, сегментами которого являются массивы RAID 5. За счет применения RAID 50 обеспечивается как отказоустойчивость так и высокая производительность в случаях, когда необходимо обеспечить высокую скорость передачи большого количества пакетов данных малого размера.

Преимущества:

  • высокая отказоустойчивость;
  • высокая скорость передачи данных;
  • высокая скорость обработки запросов.

Недостатки:

  • высокая стоимость;
  • ограниченное масштабирование.

Сравнение RAID массивов

RAID

Минимум
дисков

Потребность в дополнительных дисках

Надежность данных

Пропускная способность

Интенсивность
обработки
запросов

Практическое
использование

0

2

-

Меньше чем у 1 диска

< RAID 3

Очень высокая
до N х 1 диск

Видео, обработка изображений

1

2

В 2 раза больше дисков

Меньше  чем у RAID 6

R > 1 диск
W = 1 диск

До 2 х 1 диск
W = 1 диск

Малые файл-серверы

2

7

Зависит от конфигурации

Меньше  чем у RAID 1

~ RAID 3

Низкая

мейнфреймы

3

3

1 диск

Меньше  чем у RAID 1

< RAID 7

Низкая

Видео, обработка изображений

4

3

1 диск

Меньше  чем у RAID 1

R < RAID 3
W < RAID 5

R = RAID 0
W << 1 диск

Файл-серверы

5

3

1 диск

Меньше  чем у RAID 1

R < RAID 4
W < RAID 3

R = RAID 0
W < 1 диск

Серверы баз данных

6

4

2 диска

Самая высокая

Низкая

R > 1 диск
W < RAID 4

Применяется редко

7

12

1 диск

Меньше  чем у RAID 1

Самая высокая

Самая высокая

Различные приложения


Где

  • R - чтение;
  • W - запись.


Варианты реализации RAID систем:

  • программная (software-based);
  • аппаратная - шинно-ориентированная (bus-based);
  • аппаратная - автономная подсистема (subsystem-based).

Каждая из реализаций имеет как свои преимущества, так и недостатки. Каждая из вышеперечисленных реализаций базируется на исполнении программного кода. Отличаются они фактически тем, где этот код исполняется: в центральном процессоре компьютера (программная реализация) или в специализированном процессоре на RAID контроллере (аппаратная реализация).

Преимущество программной реализации - низкая стоимость, так как нет необходимости устанавливать RAID контроллер, недостатки же: низкая производительность, дополнительная нагрузка на центральный процессор, увеличение шинного трафика. RAID системы с программной реализацией разумно использовать в недорогих серверах начального уровня, особенно когда необходимы RAID 0 и RAID 1 уровни (они не требуют значительных вычислений).

Шинно-ориентированные реализации - представляют собой RAID контроллеры, которые используют скоростную шину компьютера, в который они устанавливаются. Шинно-ориентированные реализации делятся на низкоуровневые и высокоуровневые.

Низкоуровневые RAID контроллеры не имеют собственных SCSI чипов и используют  RAID порт    материнской платы со встроенным SCSI контроллером. При таком варианте операций ввода/вывода распределяются между процессором на RAID контроллере и чипами SCSI на материнской плате.

Высокоуровневые контроллеры  более дорогой вариант контроллеров, но не требующий наличия материнской платы с встроенным SCSI. Обычно их используют на серверах среднего уровня.

Недостатками шинно-ориентированных систем являются:

  • зависимость от операционной системы и платформы;
  • ограниченная масштабируемость;
  • ограниченные возможности по организации отказоустойчивых систем.

Аппаратная реализация - автономная подсистема по сути представляет собой отдельный компьютер, используемый для организации хранения информации.
Внешний контроллер устанавливается в отдельную стойку. Такие системы отличаются большим количеством каналов ввода/вывода, предоставляют возможность подключения нескольких хост-компьютеров и дают возможность организовывать кластерные системы. В системах с автономным контроллером так же возможна реализация горячего резервирование контроллеров.
Основной недостаток автономных систем заключается в высокой стоимости.

 
Используете ли антивирус на пром. станциях?
 

Lamoda RU