Сучасні види RAID масивів, використання та перспективи розвитку

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Сумський державний університет

Кафедра прикладної фізики

Обов'язкове домашнє завдання

З дисципліни: Персональний комп'ютер

на тему: Сучасні види RAID масивів, використання та перспективи розвитку

Суми, 2012

Вступ

Акронім RAID (Reudant Array of Independed Disks) надлишковий масив незалежних дисків, вперше був використаний в 1988 році дослідниками з інституту Берклі Паттерсоном (Patterson), Гібсоном (Gibson) і Кацем (Katz). Вони описали конфігурацію масиву з декількох недорогих дисків, що забезпечують високі показники по відмовостійкості і продуктивності.

Найбільш "слабкою" в сенсі відмовостійкості частиною комп'ютерних систем завжди були жорсткі диски, оскільки вони, чи не єдині з складових комп'ютера, мають механічні частини. Дані записані на жорсткий диск доступні тільки поки доступний жорсткий диск, і питання полягає не в тому, відмовить цей диск небудь, а в тому, коли він відмовить.

RAID забезпечує метод доступу до декількох жорстких дисків, як якщо б був один великий диск (SLED - single large expensive disk), розподіляючи інформацію і доступ до неї по декількох дискам, забезпечуючи зниження ризику втрати даних, у разі відмови одного з вінчестерів, і збільшуючи швидкість доступу до них.

1. RAID - масиви: основні визначення

RAID (англ. redundant array of independent disks - надлишковий масив незалежних жорстких дисків) - масив з декількох дисків, керованих контролером, взаємопов'язаних швидкісними каналами і сприймаються зовнішньою системою як єдине ціле. Залежно від типу використовуваного масиву може забезпечувати різні ступені відмовостійкості і швидкодії. Служить для підвищення надійності зберігання даних і / або для підвищення швидкості читання / запису інформації (RAID 0).

Абревіатура RAID спочатку розшифровувалася як «redundant array of inexpensive disks» («надмірний (резервний) масив недорогих дисків», так як вони були набагато дешевше RAM). Саме так був представлений RAID його творцями Петтерсона (David A. Patterson), Гібсоном (Garth A. Gibson) і Катц (Randy H. Katz) в 1987 році. З часом RAID стали розшифровувати як «redundant array of independent disks» («надмірний (резервний) масив незалежних дисків»), тому що для масивів доводилося використовувати і дороге обладнання (під недорогими дисками малися на увазі диски для ПЕОМ).

Каліфорнійський університет в Берклі представив наступні рівні специфікації RAID, які були прийняті як стандарт де-факто:

RAID 0 представлений як дисковий масив підвищеної продуктивності, без відмовостійкості.

· RAID 1 визначений як дзеркальний дисковий масив.

· RAID 2 зарезервований для масивів, які застосовують код Хеммінга.

· RAID 3 і 4 використовують масив дисків з чергуванням і виділеним диском парності.

· RAID 5 використовують масив дисків з чергуванням і "невиділений диском парності".

· RAID 6 використовують масив дисків з чергуванням і двома незалежними "парності" блоків.

· RAID 10 - RAID 0, побудований з масивів RAID 1

· RAID 50 - RAID 0, побудований з RAID 5

· RAID 60 - RAID 0, побудований з RAID 6

Апаратний RAID контролер може підтримувати кілька різних RAID масивів одночасно, сумарна кількість жорстких дисків яких не перевищує кількість роз'ємів для них. При цьому контролер, вбудований в материнську плату, в налаштуваннях BIOS має всього 2 стану (включений або відключений), тому новий жорсткий диск, підключений за активної RAID режимі в незадіяний роз'єм контролера може ігноруватися системою, поки не буде асоційований як ще один RAID масив типу JBOD (spanned), що складається з одного диска.

1.1 Рівні RAID

RAID 0 (striping - «чергування») - дисковий масив з двох або більше жорстких дисків без резервування (тобто, по суті RAID-масивом не є). Інформація розбивається на блоки даних (Ai) фіксованої довжини і записується на обидва / декілька дисків одночасно.

(+): За рахунок цього істотно підвищується продуктивність (від кількості дисків залежить кратність збільшення продуктивності).

(-): Надійність RAID 0 свідомо нижче надійності кожного з дисків окремо і падає із збільшенням кількості вхідних в RAID 0 дисків, т. к. відмова кожного з дисків приводить до непрацездатності всього масиву.



Рисунок 1 - RAID 0

RAID 1 (mirroring - «дзеркалювання») - масив з двох дисків, які є повними копіями один одного. Не слід плутати з масивами RAID 1 0, RAID 0 1 і RAID 10, в яких використовується більше двох дисків і більш складні механізми зеркалирования.

(+): Забезпечує прийнятну швидкість запису і виграш по швидкості читання при розпаралелювання запитів.

(+): Має високу надійність - працює до тих пір, поки функціонує хоч би один диск в масиві. Ймовірність виходу з ладу відразу двох дисків дорівнює добутку ймовірностей відмови кожного диска. На практиці при виході з ладу одного з дисків слід терміново вживати заходів - знову відновлювати надмірність. Для цього з будь-яким рівнем RAID (крім нульового) рекомендують використовувати диски гарячого резерву. Гідність такого підходу - підтримка постійної доступності.

(-): Недолік полягає в тому, що доводиться виплачувати вартість двох жорстких дисків, отримуючи корисний об'єм лише одного жорсткого диска.

RAID 1 0 і RAID 0 1

Дзеркало на багатьох дисках - RAID 1 0 або RAID 0 1. Під RAID 10 (RAID 1 0) мають на увазі варіант, коли два або більше RAID 1 об'єднуються в RAID 0. Під RAID 0 1 може матися на увазі два варіанти:

два RAID 0 об'єднуються в RAID 1;

в масив об'єднуються три і більше диска, і кожен блок даних записується на два диски даного масиву; таким чином, при такому підході, як і в «чистому» RAID 1, корисний об'єм масиву становить половину від сумарного обсягу всіх дисків (якщо це диски однаковою ємності).

Як і в інших випадках, рекомендується включати в масив диски гарячого резерву з розрахунку один резервний на п'ять робочих.

Рисунок 2 - RAID1

RAID 1E

Найбільш просте в реалізації з відмовостійких рішень - це RAID 1 (mirroring), дзеркальне відображення двох дисків. Висока доступність даних гарантована наявністю двох повних копій. Така надмірність структури масиву позначається на його вартості - адже корисна ємність вдвічі менше використовуваної. Оскільки RAID 1 будується на двох HDD - це явно мало сучасним, ненажерливим до дискового простору додаткам. В силу таких вимог область застосування RAID 1 зазвичай обмежується службовими томами (OS, SWAP, LOG), для розміщення користувача даних ними користуються хіба що в малобюджетних рішеннях.

RAID 1E - це комбінація розподілу інформації по дискам (striping) від RAID 0 і зеркалирования - від RAID 1. Одночасно із записом області даних на один накопичувач створюється їх копія на наступному диску масиву. Відміну від RAID 1 в тому, що кількість HDD може бути непарним (мінімум 3). Як і у випадку з RAID 1, корисна ємність становить 50% сумарної ємності дисків масиву. Правда, якщо кількість дисків парне, краще використовувати RAID 10, який при тій же утилізації ємності складається з двох (або більше) «дзеркал». При фізичному відмові одного з дисків RAID 1E контролер перемикає запити читання і запису на решту диски масиву.

Переваги:

· висока захищеність даних;

· непогана продуктивність

RAID 2

Масиви такого типу засновані на використанні коду Хеммінга. Диски діляться на дві групи: для даних і для кодів корекції помилок, причому якщо дані зберігаються на дисках, то для зберігання кодів корекції необхідно n дисків. Дані розподіляються по дисках, призначеним для зберігання інформації, так само, як і в RAID 0, тобто вони розбиваються на невеликі блоки по числу дисків. Решту диски зберігають коди корекції помилок, за якими в разі виходу будь-якого жорсткого диска з ладу можливе відновлення інформації. Метод Хеммінга давно застосовується в пам'яті типа ECC і дозволяє на льоту виправляти одноразові і виявляти двократні помилки.

Перевагою масиву RAID 2 є підвищення швидкості дискових операцій в порівнянні з продуктивністю одного диску.

Недоліком масиву RAID 2 є те, що мінімальна кількість дисків, при якому має сенс його використовувати, - 7. При цьому потрібна структура з майже подвійного кількості дисків (для n = 3 дані будуть зберігатися на 4 дисках), тому такий вид масиву не набув поширення. Якщо ж дисків близько 30-60, то перевитрата виходить 11-19%.

RAID 3

У масиві RAID 3 з n дисків дані розбиваються на шматки розміром менше сектора (розбиваються на байти) або блоки та розподіляються по

n-1 дисках. Ще один диск використовується для зберігання блоків парності. У RAID 2 для цієї мети застосовувався n-1 диск, але більша частина інформації на контрольних дисках використовувалася для корекції помилок на льоту, в той час як більшість користувачів задовольняє просте відновлення інформації у випадку поломки диска, для чого бракує інформації, вміщується на одному виділеному жорсткому диску.

Відмінності RAID 3 від RAID 2: неможливість корекції помилок на льоту і менша надмірність.

Переваги:

висока швидкість читання і запису даних;

мінімальна кількість дисків для створення масиву дорівнює трьом.

Недоліки:

масив цього типу гарний тільки для однозадачной роботи з великими файлами, так як час доступу до окремого сектору, розбитому по дискам, дорівнює максимальному з інтервалів доступу до секторів кожного з дисків. Для блоків малого розміру час доступу набагато більше часу читання.

велике навантаження на контрольний диск, і, як наслідок, його надійність сильно падає в порівнянні з дисками, що зберігають дані.

Рисунок 3 - RAID 3

RAID 4 схожий на RAID 3, але відрізняється від нього тим, що дані розбиваються на блоки, а не на байти. Таким чином, вдалося частково «перемогти» проблему низької швидкості передачі даних невеликого об'єму. Запис же проводиться повільно через те, що парність для блоку генерується при записі і записується на єдиний диск. З систем зберігання широкого розповсюдження RAID-4 застосовується на пристроях зберігання компанії NetApp (NetApp FAS), де його недоліки успішно усунені за рахунок роботи дисків в спеціальному режимі групової записи, що визначається використовуваною на пристроях внутрішньої файловою системою WAFL.

Рисунок 4 - RAID 4

RAID 5

Основним недоліком рівнів RAID від 2-го до 4-го є неможливість виробляти паралельні операції запису, так як для зберігання інформації про парність використовується окремий контрольний диск. RAID 5 не має цього недоліку. Блоки даних і контрольні суми циклічно записуються на всі диски масиву, немає асиметричності конфігурації дисків. Під контрольними сумами мається на увазі результат операції XOR (виключає або). Xor володіє особливістю, яка застосовується в RAID 5, яка дає можливість замінити будь операнд результатом, і, застосувавши алгоритм xor, отримати в результаті бракуючий операнд. Наприклад: a xor b = c (де a, b, c - три диски рейд-масиву), у разі якщо a відмовить, ми можемо отримати його, поставивши на його місце c і провівши xor між c і b: c xor b = a. Це застосовно незалежно від кількості операндів: a xor b xor c xor d = e. Якщо відмовляє c тоді e встає на його місце і провівши xor в результаті отримуємо c: a xor b xor e xor d = c. Цей метод по суті забезпечує відмовостійкість 5 версії. Для зберігання результату xor потрібно всього 1 диск, розмір якого дорівнює розміру будь-якого іншого диска в raid.

(+): RAID5 одержав широке поширення, в першу чергу, завдяки своїй економічності. Обсяг дискового масиву RAID5 розраховується за формулою (n-1) * hddsize, де n - число дисків в масиві, а hddsize - розмір найменшого диску. Наприклад, для масиву з 4-х дисків по 80 гігабайт загальний обсяг буде (4 - 1) * 80 = 240 гігабайт. На запис інформації на те RAID 5 витрачаються додаткові ресурси і падає продуктивність, оскільки потрібні додаткові обчислення і операції запису, зате при читанні (у порівнянні з окремим вінчестером) мається виграш, тому що потоки даних з декількох дисків масиву можуть оброблятися паралельно.

(-): Продуктивність RAID 5 помітно нижче, в особливості на операціях типу Random Write (записи у довільному порядку), при яких продуктивність падає на 10-25% від продуктивності RAID 0 (або RAID 10), так як вимагає більшої кількості операцій з дисками (кожна операція запису сервера замінюється на контролері RAID на три - одну операцію читання і дві операції запису). Недоліки RAID 5 проявляються при виході з ладу одного з дисків - весь тім переходить у критичний режим (degrade), всі операції запису і читання супроводжуються додатковими маніпуляціями, різко падає продуктивність. При цьому рівень надійності знижується до надійності RAID-0 з відповідною кількістю дисків (тобто в n разів нижче надійності одиночного диска). Якщо до повного відновлення масиву відбудеться вихід з ладу, або виникне невідновно помилка читання хоча б на ще одному диску, то масив руйнується, і дані на ньому відновленню звичайними методами не підлягають. Слід також взяти до уваги, що процес RAID Reconstruction (відновлення даних RAID за рахунок надмірності) після виходу з ладу диска викликає інтенсивне навантаження читання з дисків на протязі багатьох годин безперервно, що може спровокувати вихід якогось з решти дисків з ладу в цей найменш захищений період роботи RAID, а також виявити раніше невиявлені збої читання в масивах cold data (даних, до яких не звертаються при звичайній роботі масиву, архівні та малоактивні дані), що підвищує ризик збою при відновленні даних. Мінімальна кількість використовуваних дисків дорівнює трьом.

Рисунок 5 - RAID 5

RAID 5E

«Класичний» RAID 5 багато років вважається стандартом відмовостійкості дискових підсистем. У ньому застосовується розподіл даних (striping) по HDD масиву, для кожної з порцій (stripe), визначеної в ньому, обчислюються і записуються контрольні суми (парність, parity). Відповідно, швидкість запису знижується через постійне перерахунку КС з надходженням нових даних. Для збільшення продуктивності запису КС розподіляються по всьому накопичувачам масиву, чергуючись з даними. Під зберігання КС витрачається ємність одного носія, тому RAID 5 утилізує на один диск менше їх загальної кількості в масиві. RAID 5 вимагає мінімум трьох (і максимум 16) НЖМД, його ККД використання дискового простору знаходиться в діапазоні 67-94% в залежності від кількості дисків. Очевидно, що це більше, ніж у RAID 1, утилізує 50% доступної ємності.

Малі накладні витрати для реалізації надмірності RAID 5 обертаються досить складною реалізацією і тривалим процесом відновлення даних. Підрахунок контрольних сум і адрес покладається на апаратний RAID-контролер з високими вимогами до його процесору, логіці і кеш-пам'яті. Продуктивність масиву RAID 5 в його деградованому стані вкрай низька, а час відновлення вимірюється годинами. У результаті проблема неповноцінності масиву посилюється ризиками повторної відмови одного з дисків до того моменту, коли RAID буде відновлений. Це призводить до руйнування томи даних.

Поширений підхід c включенням в RAID 5 виділеного диска гарячого резерву (hot-spare) - для зниження часу простою до фізичної заміни збійному диска. Після відмови одного з накопичувачів початкового масиву контроллер включає резервний диск в масив і починає процес перебудови RAID. Важливо уточнити, що до цього першого відмови резервний накопичувач працює на холостому ходу, роками може не брати участь у функціонуванні масиву і не перевірятися на помилки поверхні. Так само як і той, який пізніше принесуть із гарантійної заміни замість збійному, вставлять в дискову кошик і призначать резервним. Великим сюрпризом може стати його непрацездатність, причому з'ясується це в самий невідповідний момент.

RAID 5E - це RAID 5 з включеним в масив резервним диском (hot-spare) постійного використання, ємність якого додається порівну до кожного елементу масиву. Для RAID 5E потрібно мінімум чотири HDD. Як і у RAID 5, дані і контрольні суми розподіляються по дисках масиву. Утилізація корисної ємності у RAID 5E трохи нижче, зате продуктивність вище, ніж у RAID 5 c hot-spare.

Ємність логічного тому RAID 5E менше загальної ємності на обсяг двох носіїв (місткість одного йде під контрольні суми, другого - під hot-spare). Зате читання і запис на чотири фізичні пристрої RAID 5E швидше операцій із трьома фізичними накопичувачами RAID 5 з класичним hot-spare (в той час як четвертий, hot-spare, участі в роботі не бере). Резервний диск в RAID 5E - повноправний постійний член масиву. Його неможливо призначити резервним двом різним масивам («слугою двох панів» - як це допускається в RAID 5).

При відмові одного з фізичних дисків дані зі збійному накопичувача відновлюються. Масив піддається стиску, і розподілений резервний диск стає частиною масиву. Логічний диск залишається рівня RAID 5E. Після заміни збійному диска на новий дані логічного диска розгортаються в початковий стан схеми розподілу по HDD. При використанні логічного диска RAID 5E в відмовостійких кластерних схемах він не буде виконувати свої функції під час компресії-декомпресії даних.

Переваги:

· висока захищеність даних;

· утилізація корисної ємності вище, ніж у RAID 1 або RAID 1E;

· продуктивність вище, ніж у RAID 5.

Недоліки:

· продуктивність нижче, ніж у RAID 1E;

· не може ділити резервний диск з іншими масивами

RAID 5EE

Примітка: підтримується не у всіх контролерах RAID level-5EE подібний масиву RAID-5E, але з більш ефективним використанням резервного диска і більш коротким часом відновлення. Подібно RAID level-5E, цей рівень RAID-масиву створює ряди даних і контрольних сум у всіх дисках масиву. Масив RAID-5EE володіє поліпшеним захистом і продуктивністю. При застосуванні RAID level-5E, ємність логічного тому обмежується ємністю двох фізичних вінчестерів масиву (один для контролю, один резервний). Резервний диск є частиною масиву RAID level-5EE. Тим не менш, на відміну від RAID level-5E, що використовує неподілене вільне місце для резерву, в RAID level-5EE в резервний диск вставлено блоки контрольних сум, як показується далі на прикладі. Це дозволяє швидше перебудовувати дані при поломці фізичного диска. При такій конфігурації, ви не зможете використовувати його з іншими масивами. Якщо вам необхідний запасний диск для іншого масиву, вам слід мати ще один резервний вінчестер. RAID level-5E вимагає як мінімум чотирьох дисків і, залежно від рівня прошивки і їх місткості, підтримує від 8 до 16 дисків. RAID level-5E володіє певною прошивкою. Примітка: для RAID level-5EЕ, ви можете використовувати тільки один логічний тому в масиві.

Переваги:

100% захист даних

Велика ємність фізичних дисків у порівнянні з RAID-1 або RAID-1E

Велика продуктивність в порівнянні з RAID-5

Більш швидке відновлення RAID в порівнянні з RAID-5Е

Недоліки:

Більш низька продуктивність, ніж в RAID-1 або RAID-1E

Підтримка тільки одного логічного тому на масив

Неможливість спільного використання резервного диска з іншими масивами масив контролер диск мережевий

Підтримка не всіх контролерів.

RAID 6 - також схожий на RAID 5 по своїй природі, але при цьому використовує два незалежні набору контрольних сум замість одного, що підвищує відмовостійкість масиву. Дві схеми підрахунку парності записують результати на різні диски, чергуючи їх з блоками даних. Дані масиву RAID 6 можуть бути відновлені після двох одночасних відмов будь-яких накопичувачів, що виділяє RAID 6 серед інших рівнів RAID.

Те, що масив RAID 6 в змозі пережити дві відмови дисків за короткий проміжок часу, помітно розширило область застосування накопичувачів SATA в бізнес-додатках - таких як робота з потоковими даними при монтажі відео або архівуванні. Високоємні і недорогі, хоча і менш надійні, диски SATA отримали з реалізацією RAID 6 шанс увійти в раніше недоступний їм клас завдань, критичних до надійності зберігання. Дійсно, під час відновлення деградованого масиву RAID 5 він залишається максимально уразливий до повторних збоїв. Які б надійні диски FiberChannel, SCSI або SAS ні використовувалися, у масиву RAID 5 є право тільки на одну помилку. Для RAID 6 подібних тимчасових вікон уразливості не існує, а значить, вимоги до надійності накопичувачів можуть бути знижені.

При відмови другої фізичного накопичувача дані зі збійних дисків відновлюються на дисках гарячого резерву, після чого інформація логічного диска повертається до вихідної схемою розподілу.

Переваги:

· висока захищеність;

· переносить два одночасних відмови будь-яких дисків;

· рішення для критичних до втрати даних додатків.

Недоліки:

· низька в порівнянні з RAID 5 продуктивність на запис через

наявність двох дисків з обчислюваними контрольними сумами.

Рисунок 6 - RAID 6

RAID 7 - зареєстрована торгова марка компанії Storage Computer Corporation, окремим рівнем RAID не є. Структура масиву така: на n-1 дисках зберігаються дані, один диск використовується для складування блоків парності. Запис на диски кешируючого з використанням оперативної пам'яті, сам масив вимагає обов'язкового ДБЖ; у разі перебоїв з харчуванням відбувається пошкодження даних.

RAID 10 - віддзеркалюватись масив, дані в якому записуються послідовно на декілька дисків, як в RAID 0. Ця архітектура являє собою масив типу RAID 0, сегментами якого замість окремих дисків є масиви RAID 1. Відповідно, масив цього рівня повинен містити як мінімум 4 диска. RAID 10 об'єднує в собі високу відмовостійкість і продуктивність.

Нинішні контролери використовують цей режим за замовчуванням для RAID 1 +0. Тобто, один диск основний, другий - дзеркало, зчитування даних проводиться з них по черзі. Зараз можна вважати, що RAID 10 і RAID 1 +0 - це просто різну назву одного й того ж методу зеркалирования дисків. Твердження, що RAID 10 є самим надійним варіантом для зберігання даних, помилково, тому що, незважаючи на те, що для даного рівня RAID можливе збереження цілісності даних при виході з ладу половини дисків, необоротне руйнування масиву відбувається при виході з ладу вже двох дисків, якщо вони знаходяться в одній дзеркальної парі.

Рисунок 7 - RAID 10

1.2 Комбіновані рівні

Крім базових рівнів RAID 0 - RAID 5, описаних у стандарті, існують комбіновані рівні RAID 1 +0, RAID 3 +0, RAID 5 +0, RAID 1 +5, які різні виробники інтерпретують кожен по-своєму.

RAID 1 +0 - Це комбінація страйпінга (RAID 0) і міррорінга (RAID 1) без обчислення контрольних сум. Для реалізації такого рішення необхідно мінімум 4 диска.

Рисунок 8 - RAID 1+0

RAID 5 +0 - Це комбінація RAID 5 і страйпінга (RAID 0). Для реалізації такого рішення необхідно мінімум 6 дисків.

Рисунок 9 - RAID 5+0

RAID 1 +5 - RAID 5 з віддзеркалюватись пар.

RAID 60 (6+0) Це комбінація RAID 6 і страйпінга (RAID 0). Для реалізації такого рішення необхідно щонайменше 8 дисків.

Рисунок 10 - RAID 60

Комбіновані рівні успадковують як переваги, так і недоліки своїх «батьків»: поява чергування в рівні RAID 5 +0 анітрохи не додає йому надійності, але зате позитивно відбивається на продуктивності. Рівень RAID 1 +5, напевно, дуже надійний, але не найшвидший і, до того ж, вкрай неекономічний: корисна ємність томи менше половини сумарної ємності дисків .

Варто відзначити, що кількість жорстких дисків в комбінованих масивах також зміниться. Наприклад для RAID 5 +0 використовують 6 або 8 жорстких дисків, для RAID 1 +0 - 4, 6 або 8.

Matrix RAID - це технологія, реалізована фірмою Intel в своїх чіпсетах починаючи з ICH6R. Строго кажучи, ця технологія не є новим рівнем RAID (її аналог існує в апаратних RAID-контролерах високого рівня), вона дозволяє, використовуючи невелику кількість дисків організувати одночасно один або кілька масивів рівня RAID 1, RAID 0 і RAID 5. Це дозволяє за порівняно невеликі гроші забезпечити для одних даних підвищену надійність, а для інших високу швидкість доступу і виробництва.



Рисунок 11 - MATRIX RAID

Програмний RAID

Для реалізації RAID можна застосовувати не тільки апаратні засоби, але і повністю програмні компоненти (драйвери). Наприклад, в системах на ядрі Linux існують спеціальні модулі ядра, а управляти RAID-пристроями можна за допомогою утиліти mdadm. Програмний RAID має свої переваги і недоліки. З одного боку, він нічого не вартий (на відміну від апаратних RAID-контролерів, ціна яких від $ 250). З іншого боку, програмний RAID використовує ресурси центрального процесора, і в моменти пікового навантаження на дискову систему процесор може значну частину потужності витрачати на обслуговування RAID-пристроїв.

Ядро GNU / Linux 2.6.28 (останнє з вийшли в 2008 році) підтримує програмні RAID наступних рівнів: 0, 1, 4, 5, 6, 10. Реалізація дозволяє створювати RAID на окремих розділах дисків, що аналогічно описаному вище Matrix RAID. Підтримується завантаження з RAID.

ОС сімейства Windows NT, такі як Windows NT 3.1/3.5/3.51/NT4/2000/XP/2003 спочатку, з моменту проектування даного сімейства, підтримує програмний RAID 0, RAID 1 і RAID 5 (див. Dynamic Disk). Більш точно, Windows XP Pro підтримує RAID 0. Підтримка RAID 1 і RAID 5 заблокована розробниками, але, тим не менш, може бути включена, шляхом редагування системних бінарних файлів ОС. Windows Server 2003 - 0, 1 та 5. Windows XP Home RAID не підтримує.

В ОС FreeBSD є кілька реалізацій програмного RAID. Так, atacontrol, може як повністю будувати програмний RAID, так і може підтримувати полуаппаратний RAID на таких чіпах як ICH5R. Під FreeBSD, починаючи з версії 5.0, дискова підсистема управляється вбудованим в ядро ??механізмом GEOM. GEOM надає модульну дискову структуру, завдяки якій народилися такі модулі як gstripe (RAID 0), gmirror (RAID 1), graid3 (RAID 3), gconcat (об'єднання декількох дисків в єдиний дисковий розділ). Також існують застарілі класи ccd (RAID 0, RAID 1) і gvinum (менеджер логічних томів vinum). Починаючи з FreeBSD 7.2 підтримується файлова система ZFS, в якій можна збирати наступні рівні RAID: 0, 1, 5, 6, а також комбіновані рівні.

OpenSolaris та Solaris 10 використовують Solaris Volume Manager, який підтримує RAID-0, RAID-1, RAID-5 і будь-які їх комбінації як 1 +0. Підтримка RAID-6 здійснюється у файловій системі ZFS.

1.3 Інші види RAID масивів

JBOD - RAID-масив дисків, в яких дисковий простір розподілено по жорстких дисків послідовно. Однак у деяких контролерах режимом «JBOD» названий режим, при якому контролер працює як звичайний IDE-або SATA-контролер, тобто з вимкненим RAID, в такому випадку кожен диск буде видно як окремий пристрій в операційній системі. Цей факт пояснюється тим, що термін JBOD, як режим функціонування дисків, ще остаточно не «устоявся». Частина IT-фахівців трактує його буквально як «пучок» або «купа» дисків, кожен з яких функціонує незалежно один від одного. У цьому випадку поняття «spanning» (тобто «охоплення» даними декількох дисків) відносять вже не до JBOD, а до RAID технологіям, оскільки має місце організація дисків в найпростіший масив.



Рисунок 12 - Приклад розподілу файлів по JBOD-масиву (різні файли виділені різними кольорами)

Характеристики JBOD масиву:

· Ємність масиву дорівнює сумі ємностей складових дисків

· Імовірність відмови приблизно дорівнює сумі ймовірностей відмови кожного диска в масиві (надмірність не передбачена)

· Швидкість читання і запису залежить від області даних; вона не вища, ніж у найшвидшого диска в масиві і не нижче ніж у самого повільного

· Навантаження на процесор при роботі мінімальна (порівнянна з навантаженням при роботі з одиничним диском)

Особливості JBOD масиву

· Відмова одного диска дозволяє відновити файли на інших дисках (якщо жоден з їх фрагментів не належить пошкодженому диску)

· У ряді випадків можливе забезпечення високої швидкості роботи декількох додатків (за умови, що додатки працюють з областями даних на різних дисках)

· Масив може складатися з дисків різної ємності та швидкості

· Масив легко розширюється додатковими дисками в міру потреби

В операційній системі Windows JBOD-масив називається складеним томом (spanned volume) (можливе створення тільки на динамічних дисках), Red Hat називає подібний тип компоновки linear RAID, в FreeBSD аналогічну задачу вирішує GEOM клас geom_concat.



Рисунок 13 - JBOD

NAS (англ. Network Attached Storage) - мережева система зберігання даних, мережеве сховище.

По суті, являє собою комп'ютер з деяким дисковим масивом, підключений до мережі (зазвичай локальної) і підтримує роботу за прийнятими в ній протоколам. Часто диски в NAS об'єднані в RAID масив. Кілька таких комп'ютерів можуть бути об'єднані в одну систему.

Забезпечує надійність зберігання даних, легкість доступу для багатьох користувачів, легкість адміністрування, масштабованість.

Модуль NAS являє собою окремий комп'ютер, який може бути побудований на довільній архітектурі. Основним призначенням цього комп'ютера є надання сервісів для зберігання даних іншим пристроям в мережі. Операційна система і програми NAS-модуля забезпечують роботу сховища даних і файлової системи, доступ до файлів, а також контроль над функціями системи. Пристрій не призначений для виконання звичайних обчислювальних задач, хоча запуск інших програм на ньому може бути можливий з технічної точки зору. Зазвичай NAS пристрої не мають екрану і клавіатури, а управляються і налаштовуються по мережі, часто за допомогою браузера, під'єднуючись до пристрою по його мережевою адресою.

Останнім часом набувають поширення так звані міні-сервери, в яких функції NAS об'єднані з додатковими сервісами, як наприклад, фотогалерея, медіа-центр, BitTorrent і eMule клієнти, поштовий сервер і т. д. Такі пристрої призначені, в першу чергу, для SOHO-ринку, тому в них рідко встановлюється більш 4 жорстких дисків. Основна перевага таких систем полягає в їх низькій вартості в порівнянні з повноцінними серверами і високої швидкості інтеграції.

Дуже часто при розширенні компанії, коли потрібне збільшення загального дискового простору, менеджери стикаються з вибором між серверами і NAS для забезпечення всього лише загального доступу до файлів. У цьому випадку NAS мають переваги не тільки за ціною, швидкості введення в експлуатацію, простоті настройки, але і по вартості утримання.

Як правило, енергоспоживання NAS на 90% залежить від кількості і типу встановлених дисків, і лише потім - від вбудованого процесора і пам'яті.

2. Перспективи розвитку RAID масивів

Ідея RAID-масивів - в об'єднанні дисків, кожен з яких розглядається як набір секторів, і в результаті драйвер файлової системи «бачить» як би єдиний диск і працює з ним, не звертаючи уваги на його внутрішню структуру. Однак, можна добитися істотного підвищення продуктивності і надійності дискової системи, якщо драйвер файлової системи буде «знати» про те, що працює не з одним диском, а з набором дисків.

Більше того: при руйнуванні кожного з дисків в складі RAID-0 вся інформація в масиві виявиться втраченою. Але якщо драйвер файлової системи розмістив кожен файл на одному диску, і при цьому правильно організована структура директорій, то при руйнуванні кожного з дисків будуть втрачені тільки файли, що знаходилися на цьому диску; а файли, цілком знаходяться на збережених дисках, залишаться доступними.

Висновок

У літературі пропонується більше десятка рівнів RAID, на практиці добре, якщо зустрічається половина з них, а користуються найчастіше трьома: RAID 1 (з дзеркалювання даних), почасти RAID 10 (з розподілом віддзеркалюватись даних) і, зрозуміло, RAID 5 (з розподілом даних і контрольних сум, КС). Популярність RAID 5 можна вважати торжеством компромісу над обережністю - жоден з інших типів не дає такого високого ступеня утилізації доступного дискового простору.

Пряма економія на дисках при купівлі обладнання завжди переважує страхи перед можливою втратою даних. Але чи то розвиток суміжних технологій і продуктів (таких як HDD високої ємності і конструктивні елементи дискових масивів), чи то природне подорожчання накопичуваної інформації зіграло свою роль, тільки в останні роки отримали ходіння нові, «просунуті» рівні RAID. Загальна ідея їхньої появи на світ - збереження можливо більш високої доступності даних і продуктивності деградованого масиву, тобто знаходиться в процесі відновлення після відмови одного з дисків (так званий rebuild).

На відміну від рівнів RAID «першого призову», що описують алгоритми обробки одиночних помилок, тут основна увага приділяється зниженню ризиків втрати даних від повторних збоїв і скорочення часу відновлення. Мова піде про RAID 1E, RAID 5E, RAID 5EE, RAID 6. Буква E (Enhanced) тут трактується як розширення відповідних рівнів RAID для підвищення «боєздатності» дискового масиву і продовження терміну його служби.

Список літератури

1 http://www.bestor.spb.ru/Bestor_02/Compat/over/RAIDOver.aspx#RAID_10

2 http://ru.wikipedia.org/wiki/RAID

3 http://itc.ua/articles/novye_urovni_raid_cifry_bukvy_i_to_chto_za_nimi_28408/

4 http://timcompany.ru/article4.html

5 http://www.3dnews.ru/storage/raid-faq

Размещено на Allbest.ru