RAID

·         1 Įvadas

o    1.1 Fizinių ir loginių diskų skirtumas

o    1.2 Duomenų skaitymas ir rašymas

o    1.3 Kas yra RAID?

o    1.4 Kodėl verta naudoti RAID?

o    1.5 Istorija

·         2 Pagrindinės RAID sistemose naudojamos sąvokos

o    2.1 Spartinančioji atmintinė

o    2.2 Veidrodinis vaizdas: Daugiau nei viena duomenų kopija

o    2.3 Juostelės: Dalis duomenų yra kitame diske

o    2.4 Klaidų taisymas ir gedimai

o    2.5 Karštosios atsarginės dalys: naudoti daugiau diskų nei reikia

o    2.6 Juostos dydis ir gabalo dydis: duomenų paskirstymas per kelis diskus

o    2.7 Disko surinkimas: JBOD, sujungimas ar sujungimas

o    2.8 Disko klonas

o    2.9 Įvairios sąrankos

·         3 Pagrindai: paprasti RAID lygiai

o    3.1 Dažniausiai naudojami RAID lygiai

§  3.1.1 RAID 0 "dryžuotasis"

§  3.1.2 RAID 1 "veidrodinis kopijavimas"

§  3.1.3 RAID 5 "dryžuotasis RAID su paskirstytuoju paritetu"

§  3.1.4 Paveikslėliai

o    3.2 Mažiau naudojami RAID lygiai

§  3.2.1 RAID 2

§  3.2.2 RAID 3 "dryžuotasis RAID 3 su specialiuoju paritetu"

§  3.2.3 RAID 4 "dryžuotasis RAID 4 su specialiuoju paritetu"

§  3.2.4 RAID 6

§  3.2.5 Paveikslėliai

o    3.3 Nestandartiniai RAID lygiai

§  3.3.1 Dvigubas paritetas / įstrižinis paritetas

§  3.3.2 RAID-DP

§  3.3.3 RAID 1.5

§  3.3.4 RAID 5E, RAID 5EE ir RAID 6E

§  3.3.5 RAID 7

§  3.3.6 "Intel Matrix RAID

§  3.3.7 "Linux MD RAID" tvarkyklė

§  3.3.8 RAID Z

§  3.3.9 Paveikslėliai

·         4 RAID lygių sujungimas

·         5 RAID kūrimas

o    5.1 Programinės įrangos RAID

o    5.2 Aparatinis RAID

o    5.3 Aparatinės įrangos palaikomas RAID

·         6 Įvairūs terminai, susiję su aparatinės įrangos gedimais

o    6.1 Nesėkmių dažnis

o    6.2 Vidutinis laikas iki duomenų praradimo

o    6.3 Vidutinis laikas iki atsigavimo

o    6.4 Neištaisomas bitų klaidų lygis

·         7 RAID problemos

o    7.1 Vėlesnis diskų pridėjimas

o    7.2 Susiję gedimai

o    7.3 Atomiškumas

o    7.4 Neatkuriami duomenys

o    7.5 Įrašymo talpyklos patikimumas

o    7.6 Įrangos suderinamumas

·         8 Ką RAID gali ir ko negali

o    8.1 Ką gali RAID

o    8.2 Ko negali padaryti RAID

·         9 Pavyzdys

·         10 Nuorodos

·         11 Kitos svetainės

Įvadas

Fizinių ir loginių diskų skirtumas

Kietasis diskas yra kompiuterio dalis. Įprastuose kietuosiuose diskuose informacijai saugoti naudojamas magnetizmas. Kai naudojami kietieji diskai, jie yra prieinami operacinei sistemai. Programoje "Microsoft Windows" kiekvienas kietasis diskas gauna disko raidę (pradedant C:, A: arba B: rezervuotos diskiniams kaupikliams). Unix ir į Linux panašiose operacinėse sistemose yra vienos šaknies katalogų medis. Tai reiškia, kad kompiuteriais besinaudojantys žmonės kartais nežino, kur saugoma informacija (teisybės dėlei reikia pasakyti, kad daugelis "Windows" naudotojų taip pat nežino, kur saugomi jų duomenys).

Kompiuterijoje kietieji diskai (kurie yra aparatinė įranga ir gali būti liečiami) kartais vadinami fiziniais diskais arba fiziniais diskais. Tai, ką operacinė sistema rodo naudotojui, kartais vadinama loginiu disku. Fizinis diskas gali būti padalytas į skirtingas dalis, vadinamas disko skirsniais. Paprastai kiekviename disko skirsnyje yra viena failų sistema. Operacinė sistema kiekvieną skirsnį parodys kaip loginį diską.

Todėl naudotojui tiek sąranka su daugeliu fizinių diskų, tiek sąranka su daugeliu loginių diskų atrodys vienodai. Vartotojas negali nuspręsti, ar "loginis diskas" yra tas pats, kas fizinis diskas, ar tai tiesiog disko dalis. Saugyklų tinklai (SAN) visiškai pakeičia šį požiūrį. Viskas, kas matoma SAN, yra loginių diskų skaičius.

Duomenų skaitymas ir rašymas

Kompiuteryje duomenys pateikiami bitų ir baitų pavidalu. Daugumoje sistemų baitą sudaro 8 bitai. Kompiuterio atmintis duomenims saugoti naudoja elektrą, kietieji diskai - magnetizmą. Todėl, kai duomenys įrašomi į diską, elektrinis signalas paverčiamas magnetiniu. Kai duomenys skaitomi iš disko, keitimas vyksta kita kryptimi: Elektrinis signalas paverčiamas magnetinio lauko poliškumu.

Kas yra RAID?

RAID masyvas sujungia du ar daugiau kietųjų diskų taip, kad jie sudarytų loginį diską. Tai daroma dėl įvairių priežasčių. Dažniausiai pasitaikančios yra šios:

• Duomenų praradimo sustabdymas, kai sugenda vienas ar daugiau masyvo diskų.
• Greitesnis duomenų perdavimas.
• Galimybė keisti diskus sistemai veikiant.
• Kelių diskų sujungimas, siekiant gauti didesnę saugyklos talpą; kartais naudojama daug pigių diskų, o ne vienas brangesnis.

RAID atliekamas naudojant specialią kompiuterio aparatinę arba programinę įrangą. Tada sujungti kietieji diskai naudotojui atrodo kaip vienas kietasis diskas. Dauguma RAID lygių padidina perteklių. Tai reiškia, kad juose duomenys saugomi dažniau arba saugoma informacija, kaip atkurti duomenis. Tai leidžia sugesti keliems diskams neprarandant duomenų. Pakeitus sugedusį diską, duomenys, kurie jame turėtų būti, bus nukopijuoti arba atkurti iš kitų sistemos diskų. Tai gali užtrukti ilgai. Laikas priklauso nuo įvairių veiksnių, pavyzdžiui, masyvo dydžio.

Kodėl verta naudoti RAID?

Viena iš priežasčių, kodėl daugelis įmonių naudoja RAID, yra ta, kad masyvo duomenis galima tiesiog naudoti. Duomenis naudojantys asmenys neprivalo žinoti, kad naudoja RAID. Įvykus gedimui ir atkuriant masyvą, prieiga prie duomenų bus lėtesnė. Tuo metu prieiga prie duomenų taip pat sulėtins atkūrimo procesą, tačiau tai vis tiek yra daug greičiau, nei apskritai negalėti dirbti su duomenimis. Tačiau, priklausomai nuo RAID lygio, diskai gali nesugesti, kol naujas diskas bus ruošiamas naudoti. Tuo metu sugedus diskui, bus prarasti visi masyvo duomenys.

Skirtingi diskų sujungimo būdai vadinami RAID lygiais. Didesnis lygio skaičius nebūtinai yra geresnis. Skirtingų RAID lygių paskirtis yra skirtinga. Kai kuriems RAID lygiams reikia specialių diskų ir specialių valdiklių.

Istorija

1978 m. žmogus, vardu Normanas Kenas Ouchi, dirbęs IBM, pateikė pasiūlymą, kuriame aprašė planus, vėliau tapusius RAID 5. Planuose taip pat buvo aprašyta kažkas panašaus į RAID 1, taip pat RAID 4 dalies apsauga.

1987 m. Berklio universiteto darbuotojai padėjo planuoti tyrimus. Jie bandė padaryti taip, kad RAID technologija atpažintų ne vieną, o du kietuosius diskus. Jie nustatė, kad RAID technologijai turint du kietuosius diskus, ji daug geriau saugojo duomenis nei turint tik vieną kietąjį diską. Tačiau ji daug dažniau sugedo.

1988 m. Davidas Pattersonas, Gartas Gibsonas ir Randy Katzas savo straipsnyje "A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)" ("Atvejis dėl nereikalingų nebrangių diskų masyvų (RAID)") rašė apie skirtingus RAID tipus (nuo 1 iki 5). Šiame straipsnyje naujoji technologija pirmą kartą pavadinta RAID ir šis pavadinimas tapo oficialiu.

Iš masyvo pašalintas kietasis diskas.


4 diskų, sudarančių RAID masyvą, integruotą į stalinio kompiuterio sistemą, vaizdas iš arti. Mėlyni fiksatoriai leidžia keisti diskus, kol sistema veikia.

Pagrindinės RAID sistemose naudojamos sąvokos

RAID naudojamos kelios pagrindinės idėjos, aprašytos 1994 m. išleistame Peterio Cheno ir kitų autorių straipsnyje "RAID: High-Performance, Reliable Secondary Storage".

Spartinančioji atmintinė

Spartinančioji atmintinė yra technologija, kuri taip pat naudojama RAID sistemose. RAID sistemose naudojamos įvairių rūšių spartinančiosios atmintinės:

• Operacinė sistema
• RAID valdiklis
• Įmonės diskų masyvas

Šiuolaikinėse sistemose rašymo užklausa rodoma kaip įvykdyta, kai duomenys įrašomi į talpyklą. Tai nereiškia, kad duomenys buvo įrašyti į diską. Užklausos iš talpyklos nebūtinai tvarkomos ta pačia tvarka, kuria jos buvo įrašytos į talpyklą. Dėl to, sistemai sugedus, kartais gali būti, kad kai kurie duomenys nebuvo įrašyti į susijusį diską. Dėl šios priežasties daugelyje sistemų yra talpykla, kurią palaiko akumuliatorius.

Veidrodinis atspindys: Daugiau nei viena duomenų kopija

Kalbant apie veidrodį, tai labai paprasta idėja. Vietoj to, kad duomenys būtų tik vienoje vietoje, yra kelios duomenų kopijos. Šios kopijos paprastai būna skirtinguose kietuosiuose diskuose (arba disko skirsniuose). Jei yra dvi kopijos, viena iš jų gali sugesti, o duomenys nenukentės (nes jie vis dar yra kitoje kopijoje). Veidrodinis kopijavimas taip pat gali pagreitinti duomenų skaitymą. Jie visada bus imami iš greičiausiai reaguojančio disko. Tačiau duomenų rašymas yra lėtesnis, nes reikia atnaujinti visus diskus.

Juostelės: Dalis duomenų yra kitame diske

Naudojant juostinę atkarpą, duomenys padalijami į skirtingas dalis. Šios dalys patenka į skirtingus diskus (arba disko skirsnius). Tai reiškia, kad duomenys įrašomi greičiau, nes tai galima daryti lygiagrečiai. Tai nereiškia, kad nebus klaidų, nes kiekvienas duomenų blokas yra tik viename diske.

Klaidų taisymas ir gedimai

Galima apskaičiuoti įvairių rūšių kontrolines sumas. Kai kuriais kontrolinių sumų skaičiavimo metodais galima rasti klaidą. Tai galima padaryti daugumoje RAID lygių, kuriuose naudojamas perteklius. Kai kuriuos metodus atlikti sudėtingiau, tačiau jie leidžia ne tik aptikti klaidą, bet ir ją ištaisyti.

"karštosios atsarginės dalys": naudojama daugiau diskų nei reikia

Daugelis RAID palaikymo būdų yra vadinami karštuoju atsarginiu įrenginiu. Karštoji atsarga - tai tuščias diskas, kuris nenaudojamas įprastai veikiant. Sugedus diskui, duomenis galima tiesiogiai nukopijuoti į karštąjį atsarginį diską. Tokiu būdu sugedusį diską reikia pakeisti nauju tuščiu disku, kad jis taptų karštuoju atsarginiu disku.

"Stripe" dydis ir gabalų dydis: duomenų paskirstymas per kelis diskus

RAID veikia paskirstydamas duomenis keliems diskams. Šiame kontekste dažnai vartojamos dvi sąvokos: juostos dydis ir gabalo dydis.

Gabalo dydis yra mažiausias duomenų blokas, įrašomas į vieną masyvo diską. Juostos dydis - tai duomenų bloko, kuris bus paskirstytas visiems diskams, dydis. Tokiu būdu, jei diskai yra keturi, o juostos dydis yra 64 kilobaitai (kB), į kiekvieną diską bus įrašyta po 16 kB. Todėl šiame pavyzdyje gabalo dydis yra 16 kB. Jei juostos dydis bus didesnis, duomenų perdavimo sparta bus didesnė, tačiau taip pat padidės didžiausias uždelsimas. Šiuo atveju tai laikas, kurio reikia duomenų blokui gauti.

Disko surinkimas: JBOD, sujungimas ar sujungimas

Daugelis valdiklių (taip pat ir programinė įranga) gali sujungti diskus taip: Tada jie paima pirmąjį diską, kol jis baigiasi, tada paima antrąjį ir t. t. Tokiu būdu keli mažesni diskai atrodo kaip vienas didesnis. Tai iš tikrųjų nėra RAID, nes nėra jokio pertekliaus. Be to, "spanning" galima sujungti diskus, kai RAID 0 nieko negali padaryti. Paprastai tai vadinama tiesiog diskų grupe (JBOD).

Tai tarsi tolimas RAID giminaitis, nes loginis diskas sudarytas iš skirtingų fizinių diskų. Konkatenavimas kartais naudojamas norint iš kelių mažų diskų padaryti vieną didesnį naudingą diską. To negalima padaryti naudojant RAID 0. Pavyzdžiui, JBOD gali sujungti 3 GB, 15 GB, 5,5 GB ir 12 GB diskus į 35,5 GB loginį diską, kuris dažnai būna naudingesnis nei atskiri diskai.

Dešinėje esančioje schemoje duomenys sujungiami nuo 0 disko pabaigos (blokas A63) iki 1 disko pradžios (blokas A64); nuo 1 disko pabaigos (blokas A91) iki 2 disko pradžios (blokas A92). Jei būtų naudojamas RAID 0, 0 ir 2 diskai būtų sutrumpinti iki 28 blokų, t. y. mažiausio masyvo disko (1 disko) dydžio, o bendras dydis būtų 84 blokai.

Kai kurie RAID valdikliai naudoja JBOD, kad kalbėtų apie darbą su diskais be RAID funkcijų. Operacinėje sistemoje kiekvienas diskas rodomas atskirai. Šis JBOD nėra tas pats, kas konkatenavimas.

Daugelyje "Linux" sistemų vartojami terminai "linijinis režimas" arba "pridėjimo režimas". "Mac OS X 10.4" sistemoje, vadinamoje "sujungtų diskų rinkiniu", sugedus vienam iš sujungtų diskų rinkinio diskų, naudotojui nelieka jokių naudingų duomenų likusiuose diskuose, nors kitaip diskai veikia taip, kaip aprašyta pirmiau.

Sujungimas yra vienas iš "Linux" loginių tomų tvarkyklės naudojimo būdų. Jį galima naudoti virtualiesiems diskams kurti.

Disko klonas

Daugumoje šiuolaikinių kietųjų diskų taikomas standartas, vadinamas savikontrolės, analizės ir ataskaitų teikimo technologija (S.M.A.R.T.). SMART leidžia stebėti tam tikrus kietojo disko parametrus. Tam tikri valdikliai leidžia pakeisti vieną kietąjį diską dar prieš jam sugendant, pavyzdžiui, dėl to, kad S.M.A.R.T ar kitas disko testas praneša apie per daug taisytinų klaidų. Šiuo tikslu valdiklis nukopijuoja visus duomenis į "karštąjį atsarginį" diską. Po to diską galima pakeisti kitu (kuris tiesiog taps naujuoju karštuoju atsarginiu disku).

Skirtingos sąrankos

Diskų sąranka ir tai, kaip juose naudojami pirmiau minėti metodai, turi įtakos sistemos našumui ir patikimumui. Kai naudojama daugiau diskų, yra didesnė tikimybė, kad vienas iš diskų suges. Dėl šios priežasties turi būti sukurti mechanizmai, kad būtų galima rasti ir ištaisyti klaidas. Dėl to visa sistema tampa patikimesnė, nes gali išgyventi ir ištaisyti gedimą.

 

JBOD su 3 skirtingų dydžių diskais

Pagrindai: paprasti RAID lygiai

Dažniausiai naudojami RAID lygiai

RAID 0 "dryžuotasis"

RAID 0 iš tikrųjų nėra RAID, nes jis nėra perteklinis. Naudojant RAID 0 diskai tiesiog sujungiami į vieną didelį diską. Tai vadinama "striping". Sugedus vienam diskui, sugenda visas masyvas. Todėl RAID 0 retai naudojamas svarbiems duomenims, tačiau duomenų skaitymas ir rašymas iš disko gali būti greitesnis naudojant "striping", nes kiekvienas diskas vienu metu skaito dalį failo.

Naudojant RAID 0, disko blokai, einantys vienas po kito, paprastai dedami į skirtingus diskus. Dėl šios priežasties visi RAID 0 naudojami diskai turėtų būti vienodo dydžio.

RAID 0 dažnai naudojamas "Linux" ar "Unix" tipo operacinėse sistemose "Swapspace".

RAID 1 "veidrodinis kopijavimas"

Naudojant RAID 1, du diskai sujungiami kartu. Abiejuose laikomi tie patys duomenys, o vienas iš jų "veidrodinis". Tai lengva ir greita konfigūracija, nesvarbu, ar ji įgyvendinama naudojant aparatinį valdiklį, ar programinę įrangą.

RAID 5 "dryžuotasis duomenų perdavimas su paskirstytu paritetu"

RAID 5 lygio RAID yra tai, kas tikriausiai naudojama dažniausiai. Norint sukurti RAID 5 lygio saugyklų masyvą, reikia bent trijų kietųjų diskų. Kiekvienas duomenų blokas bus saugomas trijose skirtingose vietose. Dviejose iš šių vietų blokas bus saugomas toks, koks yra, o trečiojoje bus saugoma kontrolinė suma. Ši kontrolinė suma yra specialus Rydo-Solomono kodo atvejis, kai naudojamas tik bitų sudėties metodas. Paprastai ji apskaičiuojama naudojant XOR metodą. Kadangi šis metodas yra simetrinis, vieną prarastą duomenų bloką galima atkurti iš kito duomenų bloko ir kontrolinės sumos. Kiekvienam blokui kitame diske bus saugomas pariteto blokas, kuriame yra kontrolinė suma. Tai daroma siekiant padidinti perteklių. Bet kuris diskas gali sugesti. Apskritai kontrolinės sumos bus laikomos viename diske, todėl bendra naudingoji talpa bus visų diskų, išskyrus vieną, talpa. Gauto loginio disko dydis bus lygus visų diskų dydžiui kartu, išskyrus vieną diską, kuriame laikoma pariteto informacija.

Žinoma, tai lėtesnis nei 1 RAID lygis, nes kiekvieno įrašymo metu reikia perskaityti visus diskus, kad būtų apskaičiuota ir atnaujinta pariteto informacija. RAID 5 skaitymo našumas yra beveik toks pat geras kaip RAID 0, kai yra tas pats diskų skaičius. Išskyrus pariteto blokus, duomenys diskuose pasiskirsto taip pat, kaip ir RAID 0. RAID 5 šiek tiek lėtesnis todėl, kad diskai turi praleisti paritetinius blokus.

RAID 5 su sugedusiu disku veiks ir toliau. Jis veikia pablogėjusiu režimu. Sutrikusi RAID 5 gali būti labai lėta. Dėl šios priežasties dažnai pridedamas papildomas diskas. Jis vadinamas karštuoju atsarginiu disku. Sugedus diskui, duomenis galima tiesiogiai atkurti į papildomą diską. RAID 5 taip pat galima gana lengvai sukurti programine įranga.

Daugiausia dėl nesėkmingų RAID 5 masyvų našumo problemų kai kurie duomenų bazių ekspertai įkūrė grupę, pavadintą BAARF - "Mūšis prieš bet kokį "Raid Five".

Jei sistema sugenda aktyvaus įrašymo metu, juostos paritetas gali nesutapti su duomenimis. Jei tai nebus ištaisyta prieš disko ar bloko gedimą, gali būti prarasti duomenys. Neteisingas paritetas bus naudojamas atkurti trūkstamą tos juostos bloką. Ši problema kartais vadinama "rašymo skyle". Siekiant sumažinti tokią tikimybę, paprastai naudojamos baterijomis maitinamos spartinančiosios atmintinės ir panašūs metodai.

Nuotraukos

Mažiau naudojami RAID lygiai

RAID 2

Jis buvo naudojamas su labai dideliais kompiuteriais. Norint naudoti 2 lygio RAID, reikia specialių brangių diskų ir specialaus valdiklio. Duomenys paskirstomi bitų lygmeniu (visuose kituose lygiuose naudojami baitų lygmens veiksmai). Atliekami specialūs skaičiavimai. Duomenys suskirstomi į statiškas bitų sekas. Sudedami 8 duomenų bitai ir 2 pariteto bitai. Tada apskaičiuojamas Hammingo kodas. Tada Hamingo kodo fragmentai paskirstomi po skirtingus diskus.

RAID 2 yra vienintelis RAID lygis, kuris gali ištaisyti klaidas, kiti RAID lygiai gali jas tik aptikti. Nustačius, kad reikiama informacija neturi prasmės, jie paprasčiausiai ją atstato. Tai atliekama atliekant skaičiavimus, naudojant kituose diskuose esančią informaciją. Jei tos informacijos trūksta arba ji klaidinga, jie negali daug ką padaryti. Kadangi naudojami Hammingo kodai, RAID 2 gali išsiaiškinti, kuri informacijos dalis yra klaidinga, ir ištaisyti tik tą dalį.

Kad RAID 2 veiktų, reikia bent 10 diskų. Dėl savo sudėtingumo ir brangios bei specialios aparatinės įrangos poreikio RAID 2 nebėra labai dažnai naudojamas.

RAID 3 "dryžuotasis duomenų perdavimas su dedikuotu paritetu"

3 lygio RAID yra panašus į 0 lygio RAID. Pridedamas papildomas diskas paritetinei informacijai saugoti. Tai atliekama bitais sudedant kitų diskų bloko vertę. Pariteto informacija saugoma atskirame (specialiame) diske. Tai nėra gerai, nes sugedus paritetiniam diskui, paritetinė informacija prarandama.

RAID 3 lygio RAID paprastai naudojamas su bent 3 diskais. Dviejų diskų konfigūracija yra identiška 0 lygio RAID konfigūracijai.

RAID 4 "dryžuotasis duomenų perdavimas su dedikuotu paritetu"

Tai labai panašu į RAID 3, tik pariteto informacija apskaičiuojama ne pavieniais baitais, o didesniais blokais. Tai panašu į RAID 5. RAID 4 masyvui reikia bent trijų diskų.

RAID 6

6 RAID lygis nebuvo originalus RAID lygis. Juo prie RAID 5 masyvo pridedamas papildomas pariteto blokas. Jam reikia bent keturių diskų (dviejų diskų talpai ir dviejų diskų dubliavimui). RAID 5 galima laikyti specialiuoju Rydo-Solomono kodo atveju. RAID 5 yra ypatingas atvejis, tačiau jam reikia tik sudėties Galois lauke GF(2). Tai lengva padaryti naudojant XOR. RAID 6 išplečia šiuos skaičiavimus. Tai nebėra specialusis atvejis, ir reikia atlikti visus skaičiavimus. Naudojant RAID 6, naudojama papildoma kontrolinė suma (vadinama polinomu), paprastai GF (²⁸⁾. Taikant šį metodą galima apsisaugoti nuo bet kokio skaičiaus sugedusių diskų. RAID 6 skirtas atvejui, kai naudojamos dvi kontrolinės sumos, siekiant apsisaugoti nuo dviejų diskų praradimo.

Kaip ir RAID 5 atveju, kiekvieno bloko paritetas ir duomenys yra skirtinguose diskuose. Du pariteto blokai taip pat yra skirtinguose diskuose.

Yra įvairių RAID 6 diegimo būdų. Skiriasi jų įrašymo našumas ir tai, kiek reikia atlikti skaičiavimų. Galimybė sparčiau rašyti paprastai reiškia, kad reikia daugiau skaičiavimų.

RAID 6 yra lėtesnis nei RAID 5, tačiau jis leidžia RAID tęsti darbą, jei sugedo bet kurie du diskai. RAID 6 tampa populiarus, nes leidžia atkurti masyvą po vieno disko gedimo, net jei viename iš likusių diskų yra vienas ar daugiau blogų sektorių.

Nuotraukos

Nestandartiniai RAID lygiai

Dvigubas paritetas / įstrižinis paritetas

RAID 6 naudoja du paritetinius blokus. Jie apskaičiuojami specialiu būdu pagal polinomą. Dvigubo pariteto RAID (dar vadinamas įstrižinio pariteto RAID) kiekvienam iš šių pariteto blokų naudoja skirtingą polinomą. Neseniai RAID apibrėžusi pramonės asociacija pareiškė, kad dvigubo pariteto RAID yra kitokia RAID 6 forma.

RAID-DP

RAID-DP - tai dar vienas dvigubo pariteto būdas.

RAID 1.5

RAID 1.5 (nepainioti su RAID 15, kuris yra kitoks) yra patentuotas RAID diegimas. Kaip ir RAID 1, jame naudojami tik du diskai, tačiau jis atlieka ir juostinį, ir veidrodinį dubliavimą (panašiai kaip RAID 10). Dauguma dalykų atliekami aparatinėje įrangoje.

RAID 5E, RAID 5EE ir RAID 6E

RAID 5E, RAID 5EE ir RAID 6E (su pridėtu "E" kaip "Enhanced") paprastai reiškia skirtingų tipų RAID 5 arba RAID 6 su "karštąja atsarga". Šiose realizacijose karštas atsarginis diskas nėra fizinis diskas. Jis yra laisvos vietos diske pavidalu. Tai padidina našumą, tačiau tai reiškia, kad "karšto atsarginio" disko negalima dalytis tarp skirtingų masyvų. Ši schema buvo įdiegta "IBM ServeRAID" maždaug 2001 m.

RAID 7

Tai patentuotas įgyvendinimas. Juo prie RAID 3 arba RAID 4 masyvo pridedama spartinančioji atmintis.

"Intel Matrix RAID

Kai kuriose "Intel" pagrindinėse plokštėse yra RAID lustas, turintis šią funkciją. Ji naudoja du arba tris diskus, o tada juos padalina po lygiai ir sudaro RAID 0, RAID 1, RAID 5 arba RAID 1+0 lygių kombinaciją.

"Linux MD RAID" tvarkyklė

Taip vadinasi tvarkyklė, leidžianti naudoti programinį RAID su "Linux". Be įprastų 0-6 RAID lygių, ji taip pat turi RAID 10 realizaciją. Nuo branduolio 2.6.9 RAID 10 yra vieno lygio. Įdiegimas turi keletą nestandartinių funkcijų.

RAID Z

"Sun" įdiegė failų sistemą, vadinamą ZFS. Ši failų sistema optimizuota dideliems duomenų kiekiams tvarkyti. Joje yra loginių tomų tvarkyklė. Joje taip pat yra funkcija, vadinama RAID-Z. Joje išvengiama problemos, vadinamos RAID 5 rašymo skyle, nes joje taikoma kopijavimo rašant politika: Ji ne tiesiogiai perrašo duomenis, bet įrašo naujus duomenis į naują disko vietą. Kai įrašymas buvo sėkmingas, senieji duomenys ištrinami. Tai padeda išvengti skaitymo-keitimo-rašymo operacijų poreikio atliekant nedidelius įrašus, nes rašoma tik į visas juostas. Maži blokai yra veidrodiniai, o ne apsaugoti nuo pariteto, o tai įmanoma, nes failų sistema žino, kaip organizuota saugykla. Todėl prireikus ji gali skirti papildomos vietos. Taip pat yra RAID-Z2, kuriame naudojamos dvi pariteto formos, kad būtų pasiekti panašūs į RAID 6 rezultatai: galimybė išgyventi iki dviejų disko gedimų neprarandant duomenų.

Nuotraukos

RAID lygių sujungimas

Naudojant RAID skirtingus diskus galima sujungti į loginį diską.Vartotojas matys tik loginį diską. Kiekvienas iš pirmiau minėtų RAID lygių turi gerų ir blogų savybių. Tačiau RAID gali veikti ir su loginiais diskais. Tokiu būdu vienas iš pirmiau minėtų RAID lygių gali būti naudojamas su loginių diskų rinkiniu. Daugelis žmonių tai pažymi rašydami skaičius kartu. Kartais tarp jų rašomas ženklas "+" arba "&". Dažniausiai pasitaikantys deriniai (naudojant du lygius) yra šie:

• RAID 0+1: du ar daugiau RAID 0 masyvų sujungiami į RAID 1 masyvą; Tai vadinama juostų veidrodžiu.
• RAID 1+0: tas pats kaip RAID 0+1, tik RAID lygiai sukeisti vietomis; veidrodžių juosta. Dėl to disko gedimas yra retesnis nei pirmiau minėtame RAID 0+1.
• RAID 5+0: kelių RAID 5 juostų sujungimas su RAID 0. Vienas kiekvieno RAID 5 disko diskas gali sugesti, tačiau RAID 5 tampa vieninteliu gedimo tašku; sugedus kitam šio masyvo diskui, visi masyvo duomenys bus prarasti.
• RAID 5+1: Kai RAID yra sudarytas iš šešių diskų, bet kurie trys diskai gali sugesti (neprarandant duomenų).
• RAID 6+0: kelių RAID 6 masyvų susiejimas per RAID 0; Du kiekvieno RAID 6 disko diskai gali sugesti neprarandant duomenų.

Naudojant šešis diskus po 300 GB, kurių bendra talpa yra 1,8 TB, galima sukurti RAID 5 su 1,5 TB naudingosios vietos. Tokiame masyve vienas diskas gali sugesti neprarandant duomenų. Naudojant RAID 50, vietos sumažėja iki 1,2 TB, tačiau gali sugesti vienas kiekvieno RAID 5 disko diskas, be to, pastebimai padidėja našumas. RAID 51 naudingoji erdvė sumažinama iki 900 GB, tačiau gali sugesti bet kurie trys diskai.

RAID formavimas

RAID galima sukurti įvairiais būdais. Tai galima padaryti naudojant programinę arba aparatinę įrangą.

Programinės įrangos RAID

RAID galima sukurti naudojant programinę įrangą dviem skirtingais būdais. Programinės įrangos RAID atveju diskai jungiami kaip įprasti kietieji diskai. RAID veikia dėl kompiuterio. Tai reiškia, kad kiekvienos prieigos metu procesorius taip pat turi atlikti RAID skaičiavimus. RAID 0 arba RAID 1 skaičiavimai yra paprasti. Tačiau RAID 5, RAID 6 arba vieno iš kombinuotų RAID lygių skaičiavimai gali būti labai sudėtingi. Naudojant programinės įrangos RAID, gali būti sudėtinga automatiškai įkrauti iš masyvo, kuris nepavyko. Galiausiai tai, kaip RAID atliekamas programinėje įrangoje, priklauso nuo naudojamos operacinės sistemos; paprastai neįmanoma iš naujo sukurti programinės įrangos RAID masyvo naudojant kitą operacinę sistemą. Operacinės sistemos RAID masyvams sudaryti paprastai naudoja kietojo disko skirsnius, o ne ištisus kietuosius diskus.

Aparatūros RAID

RAID taip pat galima sukurti naudojant aparatinę įrangą. Šiuo atveju naudojamas specialus disko valdiklis; ši valdiklio plokštė nuo operacinės sistemos ir naudotojo slepia faktą, kad ji atlieka RAID. Kontrolinės sumos informacijos skaičiavimai ir kiti su RAID susiję skaičiavimai atliekami specialioje valdiklio mikroschemoje. Dėl to RAID nepriklauso nuo operacinės sistemos. Operacinė sistema nematys RAID, ji matys vieną diską. Skirtingi gamintojai RAID naudoja skirtingai. Tai reiškia, kad RAID, sukurtas naudojant vieną aparatinį RAID valdiklį, negali būti atkurtas naudojant kitą kito gamintojo RAID valdiklį. Aparatinius RAID valdiklius dažnai tenka pirkti brangiai.

Aparatinės įrangos palaikomas RAID

Tai aparatinio RAID ir programinio RAID derinys. Aparatinis RAID naudoja specialų valdiklio lustą (kaip ir aparatinis RAID), tačiau šis lustas negali atlikti daugelio operacijų. Jis aktyvus tik paleidus sistemą; kai tik operacinė sistema visiškai įkraunama, ši konfigūracija yra kaip programinis RAID. Kai kurios pagrindinės plokštės turi RAID funkcijas prijungtiems diskams; dažniausiai šios RAID funkcijos atliekamos kaip aparatinis RAID. Tai reiškia, kad reikia specialios programinės įrangos, kad būtų galima naudotis šiomis RAID funkcijomis ir atkurti sugedusį diską.

Įvairūs terminai, susiję su aparatinės įrangos gedimais

Kalbant apie aparatinės įrangos gedimus, vartojami įvairūs terminai:

Nesėkmių dažnis

Gedimų dažnis - tai, kaip dažnai sistema sugenda. Vidutinis laikas iki gedimo (MTTF) arba vidutinis laikas tarp gedimų (MTBF) RAID sistemoje yra toks pat kaip ir jos komponentų. Juk RAID sistema negali apsisaugoti nuo atskirų kietųjų diskų gedimų. Tačiau sudėtingesni RAID tipai (bet kokie kiti nei "striping" ar "concatenation") gali padėti išsaugoti duomenis nepažeistus net ir sugedus atskiram kietajam diskui.

Vidutinis laikas iki duomenų praradimo

Vidutinis laikas iki duomenų praradimo (MTTDL) parodo vidutinį laiką iki duomenų praradimo tam tikrame masyve. Vidutinis laikas iki duomenų praradimo tam tikrame RAID gali būti ilgesnis arba trumpesnis nei kietųjų diskų. Tai priklauso nuo naudojamo RAID tipo.

Vidutinis laikas iki atsigavimo

Atleidimo iš darbo funkciją turintys masyvai gali atsigauti po kai kurių gedimų. Vidutinė atsigavimo trukmė rodo, kiek laiko reikia, kol sugedęs masyvas vėl taps normalios būklės. Į šį laiką įskaičiuojamas laikas, per kurį pakeičiamas sugedęs disko mechanizmas, taip pat laikas, per kurį iš naujo sukuriamas masyvas (t. y. replikuojami duomenys, kad būtų užtikrintas dubliavimas).

Neištaisomas bitų klaidų lygis

Neatkuriamų bitų klaidų dažnis (UBE) rodo, kiek laiko diskinis kaupiklis negalės atkurti duomenų, jei bus naudojami ciklinio atleidimo tikrinimo (CRC) kodai ir keli pakartotiniai bandymai.

RAID problemos

Taip pat yra tam tikrų problemų, susijusių su RAID idėjomis arba technologijomis:

Vėlesnis diskų pridėjimas

Kai kuriais RAID lygiais galima išplėsti masyvą vėliau tiesiog pridedant kietųjų diskų. Tokia informacija, kaip antai paritetiniai blokai, dažnai būna išsibarsčiusi keliuose diskuose. Jei į masyvą pridedamas diskas, jį reikia pertvarkyti. Toks reorganizavimas yra tarsi pakartotinis masyvo kūrimas, jis gali užtrukti ilgai. Kai tai atliekama, papildoma vieta dar gali būti nepasiekiama, nes apie tai reikia pranešti ir masyvo failų sistemai, ir operacinei sistemai. Kai kurių failų sistemų negalima didinti po to, kai jos jau sukurtos. Tokiu atveju reikia sukurti visų duomenų atsarginę kopiją, iš naujo sukurti masyvą su nauju išdėstymu ir atkurti į jį duomenis.

Kita galimybė pridėti saugyklą - sukurti naują masyvą ir leisti loginio tomo tvarkytuvui tvarkyti situaciją. Taip galima padidinti beveik bet kokią RAID sistemą, net RAID1 (kuri pati savaime apsiriboja dviem diskais).

Susiję gedimai

RAID klaidų taisymo mechanizme daroma prielaida, kad diskų gedimai yra nepriklausomi. Galima apskaičiuoti, kaip dažnai gali sugesti kuris nors įrenginys, ir išdėstyti masyvą taip, kad duomenų praradimas būtų labai neįtikėtinas.

Tačiau praktikoje diskai dažnai buvo perkami kartu. Jų amžius yra maždaug vienodas, jie buvo panašiai naudojami (vadinamasis nusidėvėjimas). Daugelis diskų sugenda dėl mechaninių problemų. Kuo senesnis diskas, tuo labiau susidėvėjusios jo mechaninės dalys. Senų mechaninių dalių gedimo tikimybė didesnė nei jaunesnių. Tai reiškia, kad diskų gedimai nebėra statistiškai nepriklausomi. Praktiškai yra tikimybė, kad antrasis diskas taip pat suges, kol pirmasis bus atkurtas. Tai reiškia, kad praktiškai duomenys gali būti prarandami dideliu greičiu.

Atomiškumas

Kita problema, kuri taip pat kyla RAID sistemose, yra ta, kad programos tikisi vadinamojo atomiškumo: Arba įrašomi visi duomenys, arba neįrašomi nė vieni. Duomenų įrašymas vadinamas transakcija.

RAID masyvuose nauji duomenys paprastai įrašomi į tą vietą, kurioje buvo seni duomenys. Tai vadinama atnaujinimu vietoje. 1981 m. duomenų bazių tyrėjas Džimas Grėjus (Jim Gray) parašė straipsnį, kuriame aprašė šią problemą.

Labai nedaug saugyklų sistemų leidžia naudoti atominio rašymo semantiką. Kai objektas įrašomas į diską, RAID saugykloje visos objekto kopijos paprastai įrašomos lygiagrečiai. Labai dažnai už duomenų įrašymą atsakingas tik vienas procesorius. Tokiu atveju duomenų įrašymas į skirtingus diskus persidengia. Tai vadinama sutampančiu rašymu arba pakopiniu rašymu. Todėl dėl rašymo metu įvykusios klaidos perteklinės kopijos gali būti skirtingų būsenų. Dar blogiau - kopijos gali likti nei senosios, nei naujosios būsenos. Tačiau registravimas priklauso nuo to, ar originalūs duomenys yra senos, ar naujos būsenos. Tai leidžia panaikinti loginį pokytį, tačiau tik kelios saugojimo sistemos užtikrina atominio rašymo semantiką RAID diske.

Šią problemą galima išspręsti naudojant akumuliatoriaus palaikomą rašymo spartinančiąją atmintinę, tačiau tik nutrūkus elektros energijos tiekimui.

Ne visuose aparatiniuose RAID valdikliuose palaikomos transakcijos. Todėl daugelyje operacinių sistemų ji įdiegta siekiant apsaugoti nuo duomenų praradimo nutrūkusio įrašymo metu. Į "Novell Netware", pradedant nuo 3.x versijos, įtraukta transakcijų sekimo sistema. Kompanija "Microsoft" įdiegė sandorių sekimą per NTFS žurnalavimo funkciją. NetApp WAFL failų sistema tai išsprendžia niekada neatnaujindama duomenų vietoje, kaip ir ZFS.

Neatkuriami duomenys

Kai kurie kietojo disko sektoriai gali būti neperskaitomi dėl klaidos. Kai kurios RAID realizacijos gali išspręsti šią situaciją perkeldamos duomenis kitur ir pažymėdamos disko sektorių kaip blogą. Taip atsitinka maždaug 1 bitu iš ¹⁰¹⁵ verslo klasės diskiniuose kaupikliuose ir 1 bitu iš ¹⁰¹⁴ įprastuose diskiniuose kaupikliuose. Diskų talpa nuolat didėja. Tai gali reikšti, kad kartais RAID negalima atstatyti, nes tokia klaida randama atstatant masyvą po disko gedimo. Tam tikros technologijos, pavyzdžiui, RAID 6, bando spręsti šią problemą, tačiau jos susiduria su labai didele rašymo bauda, kitaip tariant, duomenų rašymas tampa labai lėtas.

Rašymo talpyklos patikimumas

Disko sistema gali patvirtinti įrašymo operaciją, kai tik duomenys patenka į talpyklą. Jai nereikia laukti, kol duomenys bus fiziškai įrašyti. Tačiau bet koks elektros energijos tiekimo nutrūkimas gali reikšti, kad tokioje talpykloje eilėje esantys duomenys bus gerokai prarasti.

Naudojant aparatinį RAID, šiai talpyklai apsaugoti galima naudoti akumuliatorių. Tai dažnai išsprendžia problemą. Kai nutrūksta maitinimas, valdiklis gali baigti įrašinėti talpyklą, kai maitinimas vėl bus įjungtas. Tačiau šis sprendimas vis tiek gali nepavykti: baterija gali būti nusidėvėjusi, maitinimas gali būti išjungtas per ilgai, diskai gali būti perkelti į kitą valdiklį, gali sugesti pats valdiklis. Kai kurios sistemos gali periodiškai tikrinti akumuliatorių, tačiau jos naudoja patį akumuliatorių ir palieka jį ne visiškai įkrautą.

Įrangos suderinamumas

Skirtingų RAID valdiklių diskų formatai nebūtinai yra suderinami. Todėl gali būti neįmanoma nuskaityti RAID masyvo skirtingoje aparatinėje įrangoje. Todėl, sugedus ne disko aparatinei įrangai, duomenims atkurti gali tekti naudoti identišką aparatinę įrangą arba atsarginę kopiją.

Ką gali ir ko negali RAID

Šis vadovas buvo paimtas iš RAID forume esančios temos. Tai buvo padaryta siekiant atkreipti dėmesį į RAID privalumus ir trūkumus. Jis skirtas žmonėms, kurie nori rinktis RAID, kad padidintų našumą arba atleidimą iš darbo. Jame yra nuorodų į kitas forumo temas, kuriose pateikiamos naudotojų anekdotinės RAID patirties apžvalgos.

Ką gali RAID

• RAID gali apsaugoti veikimo laiką. RAID 1, 0+1/10, 5 ir 6 lygiai (ir jų variantai, pvz., 50 ir 51) kompensuoja mechaninį kietojo disko gedimą. Net sugedus diskui, masyve esančiais duomenimis vis tiek galima naudotis. Vietoj ilgai trunkančio atkūrimo iš juostos, DVD ar kitos lėtos atsarginės kopijos laikmenos RAID leidžia atkurti duomenis į pakaitinį diską iš kitų masyvo narių. Šio atkūrimo proceso metu jie yra prieinami naudotojams, kurių būklė yra pablogėjusi. Tai labai svarbu įmonėms, nes dėl prastovos greitai prarandamas uždarbis. Namų vartotojams tai gali apsaugoti didelių laikmenų saugojimo masyvų veikimo laiką, nes sugedus diskui, kurio neapsaugo dubliavimas, reikėtų ilgai trunkančio atkūrimo iš dešimčių DVD arba nemažai juostų.
• RAID gali padidinti našumą tam tikrose programose. 0, 5 ir 6 RAID lygiai naudoja juostinį skaidymą. Tai leidžia keliems sukiniams padidinti linijinių duomenų perdavimo spartą. Darbo stoties tipo programose dažnai dirbama su dideliais failais. Joms labai naudingas disko dryžuotumas. Tokių programų pavyzdžiai - vaizdo ar garso failus naudojančios programos. Toks pralaidumas taip pat naudingas atliekant atsarginių kopijų kūrimą iš disko į diską. RAID 1, taip pat kiti juostelėmis pagrįsti RAID lygiai gali padidinti našumą, kai vienu metu atliekama daug atsitiktinių prieigų, pavyzdžiui, daugiavartotojų duomenų bazėse.

Ko negali padaryti RAID

• RAID negali apsaugoti masyvo duomenų. RAID masyve yra viena failų sistema. Taip sukuriamas vienas gedimo taškas. Šiai failų sistemai gali nutikti daugybė dalykų, išskyrus fizinį disko gedimą. RAID negali apsaugoti nuo šių duomenų praradimo šaltinių. RAID nesutrukdys virusui sunaikinti duomenis. RAID neapsaugos nuo sugadinimo. RAID neišsaugos duomenų, kai naudotojas juos pakeičia arba netyčia ištrina. RAID neapsaugo duomenų nuo bet kokio kito komponento, išskyrus fizinius diskus, aparatūros gedimo. RAID neapsaugo duomenų nuo stichinių ar žmogaus sukeltų nelaimių, pavyzdžiui, gaisrų ar potvynių. Norint apsaugoti duomenis, jų atsarginės kopijos turi būti daromos keičiamose laikmenose, pavyzdžiui, DVD, juostoje arba išoriniame standžiajame diske. Atsarginė kopija turi būti laikoma kitoje vietoje. Vien tik RAID neapsaugos nuo nelaimės, kai (o ne jei) ji įvyks, kad duomenys nebūtų prarasti. Katastrofų išvengti neįmanoma, tačiau atsarginės kopijos leidžia išvengti duomenų praradimo.
• RAID negali supaprastinti atkūrimo po avarijos. Naudojant vieną diską, diską gali naudoti dauguma operacinių sistemų, nes jos turi bendrą įrenginio tvarkyklę. Tačiau daugumai RAID valdiklių reikia specialių tvarkyklių. Atkūrimo priemonėms, kurios veikia su bendrųjų valdiklių pavieniais diskais, prireiks specialių tvarkyklių, kad būtų galima pasiekti RAID masyvų duomenis. Jei šios atkūrimo priemonės yra prastai koduotos ir neleidžia numatyti papildomų tvarkyklių, tuomet RAID masyvas greičiausiai bus nepasiekiamas tai atkūrimo priemonei.
• RAID negali padidinti našumo visose programose. Šis teiginys ypač tinka tipiniams stalinių programų naudotojams ir žaidėjams. Daugumai stalinių kompiuterių programų ir žaidimų svarbiau yra disko (-ų) buferio strategija ir ieškojimo našumas, o ne pirminis pralaidumas. Didinant neapdorotą nuolatinę duomenų perdavimo spartą, tokiems naudotojams nauda yra nedidelė, nes dauguma failų, kuriuos jie pasiekia, paprastai yra labai maži. Diskų išdėstymas juostelėmis naudojant RAID 0 didina linijinį duomenų perdavimo našumą, o ne buferio ir paieškos našumą. Todėl daugumoje stalinių kompiuterių programų ir žaidimų disko skaidymas, naudojant RAID 0, beveik nepadidina našumo, nors yra ir išimčių. Stacionariųjų kompiuterių naudotojams ir žaidėjams, kurių tikslas - didelis našumas, geriau įsigyti greitesnį, didesnį ir brangesnį vieną diską, nei naudoti du lėtesnius ir (arba) mažesnius diskus RAID 0. Net naujausių, geriausių ir didžiausių diskų naudojimas RAID 0 vargu ar padidins našumą daugiau nei 10 %, o kai kuriuose prieigos modeliuose, ypač žaidimuose, našumas gali sumažėti.
• RAID sunku perkelti į naują sistemą. Vieno disko atveju diską palyginti lengva perkelti į naują sistemą. Jį galima paprasčiausiai prijungti prie naujos sistemos, jei ji turi tą pačią sąsają. Tačiau su RAID masyvu tai nėra taip paprasta. Yra tam tikros rūšies metaduomenys, kuriuose nurodoma, kaip RAID yra sukurtas. RAID BIOS turi gebėti perskaityti šiuos metaduomenis, kad galėtų sėkmingai sukonstruoti masyvą ir padaryti jį prieinamą operacinei sistemai. Kadangi RAID valdiklių gamintojai naudoja skirtingus metaduomenų formatus (net to paties gamintojo skirtingų šeimų valdikliai gali naudoti nesuderinamus metaduomenų formatus), RAID masyvo perkelti į kitą valdiklį beveik neįmanoma. Perkeliant RAID masyvą į naują sistemą, reikėtų suplanuoti ir valdiklio perkėlimą. Dėl pagrindinių plokščių integruotų RAID valdiklių populiarumo tai padaryti labai sunku. Paprastai RAID masyvo narius ir valdiklius galima perkelti kartu. Programinis RAID "Linux" ir "Windows Server" produktuose taip pat gali apeiti šį apribojimą, tačiau programinis RAID turi ir kitų (daugiausia susijusių su našumu).

Pavyzdys

Dažniausiai naudojami šie RAID lygiai: RAID 0, RAID 1 ir RAID 5. Tarkime, kad yra 3 diskų konfigūracija, kurioje yra 3 vienodi diskai po 1 TB, o disko gedimo tikimybė per tam tikrą laiką yra 1 %.

RAID lygis	Naudingasis pajėgumas	Nesėkmės tikimybė procentais	Nesėkmės tikimybė 1 iš ... atvejų nepavyksta
0	3 TB	2,9701%	34
1	1 TB	0,0001%	1 mln.
5	2 TB	0,0298%	3356