RAID

Raid Технологии

Основните нивоа на RAID користат два тврди диска за зголемување на перформансите, додека повисоките нивоа користат два или повеќе дискови на кои истовремено се снимаат податоците со што се избегнува можноста од губење на истите ако некој од дисковите откаже. Едностран ефект од користењето на RAID секако е тоа дека MTBF кој се однесува за RAID подсистемот се статистички полоши отколку ако само еден драјв е вклучен. Ако имате RAID систем составен од, да речеме, четири драјвови и еден контролор, секој со MTBF од пет години, една компонента од системот ќе пропадне, во просек, секои 12 месеци. Како и да е, против ова е податокот дека податокот чуван од RAID подсистемот ќе биде сигурен и потребни се само неколку минути за да се замени неисправниот драјв и подсистемот да започне да го преизградува сетот.

RAID, како и повеќето други компјутерски технологии, е поделен на две компоненти: софтверски и хардверски RAID. Софтверскиот RAID ги користи компјутерските обработувачи за да ги изврши RAID операциите и истиот е имплементиран во karnel-от. Хардверскиот RAID користи специјализирани обработувачи обично поставени на диск контролерот, за да ги опслужува распоредени функции за управување. Изборот помеѓу хардверски или софтверски RAID е првото решение кое треба да се направи.

Windows Server верзиите (NT и 2000 Server и Windows Server 2003) имаат вградена поддршка за некои нивоа на RAID, но хардверски заснованиот RAID генерално дава најдобри перформанси.

Софтверски (Karnel-управување) RAID

Кај софтверскиот RAID распоредот на дисковите е управуван од kerner-от што е подобро отколку да е управуван од специјализиран хардвер (наредна слика). Kernel-от ги чува траките за тоа како да се организираат податоците на повеќе дискови додека ни презентира само еден виртуелен уред во апликацијата. Виртуелниот уред функционира како и секој нормален диск.

Хардверски RAID

За разлика од софтверскиот, кај хардверскиот RAID распоредот на дисковите е управуван од специјализиран диск контролер кој содржи некаков RAID софтвер. Хардверски заснованиот RAID може да со сретне во неколку форми. RAID контролни картички кои се директно поврзани со диск драјвот, притоа работејќи како и сите други нормални PCI диск контролори. Исто така има и надворешни уреди за меморија кои се поврзани со високо брзински SCSI контролори или со мрежни врски за да се оформи Storage Area Network(SAN). Сите овие RAID решенија имаат еден заеднички фактор: Оперативниот систем пристапува само до еден блок од уреди бидејќи распоредот на уредите е не се прикажува и е управуван од RAID контролер. Хардверските RAID решенија типично даваат подобри перформанси отколку софтверските и немаат потреба од обработувачкки ресурси за управување со уредите. Но Linux софтверските RAID конфигурации можат да покажат подобри перформанси од некои RAID контролори од пониско ниво. Една од причините е тоа што кога се работи со Linux софтверски RAID,обработувачот е многу побрз отколку обработувачот кој се наоѓа на RAID контролорите.

RAID контролори

Некои диск контролори имаат вградена поддршка за RAID и можат да управуваат со дисковите без помош од обработувачот(наредна слика). Тие RAID картички се справуваат со функциите на распоредувањето на дисковите и ги претставуваат дисковите како стандарден блок од уреди на оперативниот систем. Хардверските RAID картички обично содржат сопствен BIOS кој содржи алатки за конфигурирање и управување со уредите.Софтверските пакети кои работат на ниво на оперативниот систем имаат пост-инсталационен редослед за управување што дозволува конфигурирање на RAID уредите без да се рестартира системот. Постојат шест нивоа на хардверски заснован RAID.

RAID 0

Колекција од повеќе дискови при што податоците се запишуваат само еднаш на еден диск а имаме пристап до неколку дискови. RAID 0 е нередундантно поле од дискови кое е засновано на појаси т.е. траки (striping). Во таа организација, податоците се раширени рамномерно преку сите дискови, притоа податоците се поделени во блокови. RAID 0 блоковите ги запишува во дисковите на принцип на ротација: првиот блок се запишува на првиот диск, вториот блок на вториот диск итн. Збирот на блокови се нарекува збир на појаси (chunk size), додека збирот на дискови се нарекува ширина на појасот (stripe width). Овие два параметри можат да имаат значаен придонес во перформансите на составот. Кај RAID 0, барањето на податоци кои се поголеми од големината на еден блок го опслужуваат повеќе дискови одеднаш. Тоа дозволува – и бара – активирање на повеќе дискови, што резултира со голем добиток во перформансите, поготово ако ограничениот фактор за нив е време на преносот. Ова е случај кај секвенцијалниот пристап кон податоците кој бара многу мало поместување на главата на дискот. RAID 0 ги разбива логичните барања и помалку физичките барања кои се опслужуваат истовремено. Второ, една обична програма генерира наредби за физичкиот I/O потсостав, ги опслужува неговите прекини и (за читање) ги спојува различните операции во едноставен I/O блок, како корисникот и очекува. На тој начин перформансите за доволно големи барања се зголемуваат линеарно со зголемување на бројот на дискови. За жал, со перспективна доверливост, ова е најлошата архитектура на дискови. Ако еден од дисковите падне, целата организација на дискови ќе падне т.е. нема да биде во работна состојба. Доверливоста е обратнопропорционална од бројот на дискови.Тука нема никаква толеранција на грешки. Се употребува за добивање на брзина и нема приоритет Back Up на податоците. Предноста се состои во тоа што има голема меморија за собирање на податоци, исто така ја подобрува изведбата за голем пристап, бидејќи многу дискови можат да работат одеднаш. Видео-уредувачките системи често ги отстрануваат податоците и не се грижат за зависноста како на пример базите со податоци.

Одлики и предности

• RAID 0 имплементира распоред на дисковите во појаси, податоците се запишуваат во блокови и секој блок е запишан на различен диск драјв
• I/O перформансите се многу подобрени,бидејќи I/O барањата се распоредени на повеќе канали и дискови
• Најдобри перформанси се остваруваат кога податоците се поделени во повеќе контролори и со само еден диск по контролер
• Нема паритет кој треба дополнително да се пресметува

Недостатоци

• Не е вистински RАID бидејќи не контролира грешки
• Грешка на еден од дисковите ќе се одрази на сите податоци а стројот ќе се изгуби
• Никогаш да не се употребува кај критични системи

RAID 1

Заради проблемот со доверливоста на дисковите, се воведува RAID 1. Кај оваа структура, секој диск се пресликува (mirroring) во целост. Перформансите на оваа организација се подобрени затоа што постојат повеќе начини за читање на податоците(од било кој од пресликаните дискови) но без успорување на пишувањето, бидејќи се пишува на два дискови истовремено со што времето на пишување се зголемува од 15 до 20% отколку кај единечниот диск. Освен пресликувањето, во овој состав често се имплементираат и појаси како и кај RAID 0 структурата, додека доверливоста е значајно зголемена во однос на RAID 0. Секако, главен недостаток кај оваа организација е високата цена, затоа што ни се потребни двојно повеќе дискови за истиот капацитет на податоци, а цената ни е најосетлив фактор во еден мултимедиски состав. Доверливоста во овој случај може да се дефинира како веројатност да се случи двоен пад на дисковите т.е. истовремено да се случи пад на два диска, бидејќи составот толерира само еден пад на диск. RAID 1 обезбедува толеранција на грешки по различно отколку RAID 3 или 5. Во RAID 1 секој времен податок е запишан на диск, сосема ист дупликат е исто така запишан на втор(огледало) диск автоматски и транспарентно на системот, барањето и корисникот. Според ова дискот огледало е точниот дупликат на податочниот диск. Интерфејсот на драјвовите може да биде низ единствен контролор кој ги произведува перформансите на единечниот драјв за читање и пишување. Инкорпонирањето на два контролори (дуплирање) може да го намали ризикот од единачната точка на грешки. Дуплирањето може да ги подобри I/O податочните стапки дозволувајќи цик-цак читање или со пишување на двата драјвови симултано. Кога се врши огледување на единечниот контролор, податокот најпрво се пишува на податочниот драјв а потоа на дуплиот драјв. Дисковите огледала се користени од повеќето трансакциско-обработувачки системи кои толерираат грешки. RAID системите се обид да се подобри сигурноста на уредот за складирање на дискот многу повеќе отколку да се подобри стапката на трансфер.MTBF на подсистемот на дискот огледало многу повеќе го надминува очекуваното траење на животот на системот со единечен сет на диск драјвови со конвенционалните методи на имплементација.За разлика од другите нивоа податоците може да се спасат доколку едниот драјвот падне, а можат да се спасат и ако двата драјвови паднат(иако ова ќе бара сервис од специјалист). Најголема пречка е дека само половина од тоталниот капацитет на дискот е достапен за складирање. Капацитетот може единствено да биде раширен со размножување на два дискови.Од RAID нивоата, нивото 1 обезбедува највисока достапност на податоците откако две комплетни копии од сите информации се сочувани. Како дополнение, читањето може да биде подобрено ако контролорот на стројот дозволува симултано читање од двата драјвови. Повисока расположливост ќе биде постигната ако двата диска во парот огледало се на одделни I/O магистрали.

Одлики и предности

• Една пишувачка или две од сите RAID типови(100%) по пресликан (mirrored) пар
• Брзината на трансферот по блок е еднаква како и на единечен диск
• Наједноставен RAID систем за дизајнирање

Недостатоци

• Содржи најмногу дискови од сите RAID типови(100%) неефикасен
• Можно е да не поддржува hot swap (замена на дисковите без да се исклучи системот) на дисковите кога е софтверски имплементиран

RAID 2

RAID 2 е техника на редундантни дискови која се заснова врз Хаминговиот код. Како што е познато, за кодирање на N битови со Хаминговиот код, потребно е корекциски битови. Кај овој состав, проверувањето на парноста се остварува бит по бит. Хаминговиот код овозможува во случај на грешка да се одреди местото на таа грешка, што во овој случај е еквивалентно со откривање на дискот на кој се случила грешката. Меѓутоа, сите модерни диск уреди поседуваат логичка детекција на грешки па според ова таква организација е непотребни, т.е. постојат вишок на паритетни дискови. За успешни детекции и исправки на грешки потребен е само еден паритетен диск. Овој код може да ја исправи како и да ја открие грешката во податоците и да дозволи опоравување на податоците без нивно комплетно дуплирање. Ова RAID ниво исто така понекогаш се однесува како RAID 0+1. Ги комбинира бенефициите на двата RAID 0 и RAID 1. RAID 0 +1 може да биде подесен и за бирање – стапка на интензитет и за трансфер на стапката на интензитет.

Одлики и предности

• “On the fly” исправка на податочна грешка
• Екстремно висок трансфер на податоци
• Релативно едноставен дизајн на контролорите споредено со RAID 3,4 & 5 левелите

Недостатоци

• Трансферната стапка е еднаква со поединечните дискови во најдобар случај
• Не постои комерцијална имплементација

RAID 3

RAID 3 првенствено е тоа – поле со еден паритетен диск кој ги чува паритетите на останатите дискови. Ваквата организација е идеална за читање, додека со пишувањето постои одреден проблем со “грлото” на паритетниот диск. RAID 3 користи fine-grained striping што значи дека појасите се со еднакви сектори, бајти дури и бита. Тоа по себе го повлекува фактот дека со побарување на поголеми барања се користат сите дискови. Тоа пак значи дека (дисковите мораат да се синхронизирани со цел да го читаат истиот сектор) тие трошат повеќе време на поставување на главата него на coarse-grained појасите. Цената на RAID 3 е само за еден диск поскап од нередундантната организација, а добитокот и доверливоста е многу поголема. Како што спомнавме RAID 3 е паралелно распределен строј каде податокот е дистрибуиран со бит или бајт. Еден драјв во стројот обезбедува заштита на податоци со складирање на парен контролен бајт за секоја податочна трака. Како и со RAID 0 на дисковите им се пријдува симултано, истовремено, но контролниот драјв е претставен за толеранција на грешки. Податокот се чита (пишува) низ драјвовите по еден бит во едно време а парниот бит е вкалкулиран и спореден со парниот драјв во операцијата за читање, или напишан во парниот драјв во операцијата за пишување. Според тоа, со секој запишан бајт, уникатна контролирачка парност се калкулира за да го одржи интегритетот на податоците. Ова ќе му дозволи на системот и на стројот на дискови да продолжи со 100 % функционирање на операциите , дури и кога има паднат под системски драјв во стројот. Во случај на пад на драјв податокот може да продолжи да се запишува или чита од другите податочни драјвови. Парниот бит дозволува податокот кој недостасува од паднатиот драјв да биде реконструиран. Паднатиот драјв може да биде заменет додека е системот сѐ уште поврзан, и тогаш податокот е реконструиран од контролорот на стројот на било кој од трите начини. Поточно(појасно) ако друг драјв падне додека се одвива реконструкцијата , ќе се случи губење на податоците. RAID 3 ја има предноста над пониските RAID нивоа во тоа што односот од капацитетот на контролираниот диск до капацитетот на податочниот диск се намалува како што се зголемува бројот на податочни драјвови. Има паралелни податочни патеки и затоа нуди висока стапка на пренос за барања кои пренесуваат големи податотеки. Капацитетот на стројот може да биде проширен во единечен драјв или групно зголемен. Со RAID 3 парчината со податоци се многу помали од просечната I/O големина и дисковите се синхронизирани за да ја зголемат пропусноста во деловите со интензивна стапка на пренос. RAID 3 е добро прилагоден за CAD-CAM или сличните типови на барања. Откако се користи парноста, RAID 3 STRIPE SET може да издржи поединечен пад на дискот без губење на податоци или пристап до податоци.

Одлики и предности

• Многу висока брзина на трансфер кај податокот за читање
• Грешката на дискот има незначаен удар врз пропусноста
• Малото влијание на ECC дисковите над податочните дискови значи висока ефикасност

Недостатоци

• Многу тежок но снажен систем за работа
• Дизајнот на контролерот е доста комплексен

RAID 4

Оваа стратегија е слична на RAID 3 со таа разлика дека податоците се организирани во поголеми блокови т.е. појаси. Сите ограничувања кои постојат кај RAID 3 постојат и кај RAID 4. RAID 4 организацијата е многу слична со RAID 5, меѓутоа во случај мултимедијални послужител, односно кога паритетниот диск е во нормален однос (т.е. кога нема неисправен диск) е потполно неискористен. Во RAID 4 , парноста е составен дел во секторот или трансфер нивото. Како и со RAID 3, единечниот драјв се користи да се складираат непотребните податоци користејќи парен контролен бајт за секоја податочна трака. Паралелните податочни патеки и секторот или блок нивото на дистрибуција, низ податочните драјвови дозволуваат за операциите на независни драјвови и повеќекратните I/O операции да ги изврши паралелно. RAID 4 е идентичен со RAID3 со исклучок на тоа што се користат големи STRIPES,така што тие забелешки може да бидат читани од било кој поединечен драјв во стројот независно од парниот драјв. RAID 4 нуди висока изведба на читањето и добра изведба на пишувањето. RAID 4 е генерално решение, особено каде што односот од читање до пишување е висок. Ова го прави RAID 4, добар избор за мали блоковни преноси, кои се типични за трансакциско процсирачките барања. Изведбата на пишувањето е бавна, бидејќи парниот драјв мора да биде запишан за секое податочно пишување. Оттука, парниот драјв станува тесно грло за изведбата кога се потребни многукратни парни пишувања на I/O. Во овој случај RAID 5 е подобро решение, затоа што парната информација е расфрлана низ сите достапни диск драјвови. Овие денови RAID 4 системите скоро никогаш не се извршени, како и што не нудат значајна предност над RAID 5.

Одлики и предности

• Многу висока брзина на трансфер кај податокот за читање
• Севкупно висока брзина на трансфер кај податокот за читање

Недостатоци

• Трансферот на блок од податоци е еднаков како и кај единечен диск
• Лоша пишувачка трансакција
• Прилично комплексен дизајн на контролерот

RAID 5

Кај RAID 5 избегнувањето на тесното грло кај паритетниот диск се остварува на тој начин така што паритетите распределен помеѓу дисковите на начин прикажан на наредната слика (left-symmetric parity distribution). Својството на ваквото разместување е кога ги читаме траките една по друга, пристапот да е по ред на сите дискови пред да се дофати една трака двапати. RAID 5 ги комбинира пропусноста на податочниот блок од RAID 0 со парниот механизам за реконструкција од RAID 3 без барање на екстра парен драјв. Ова ниво на толеранција на грешки го инкорпонира парниот контролен збир низ драјвовите наместо од посветениот парен драјв. Оваа техника дозволува многукратни конкурентни читачко/пишувачки операции за подобрена податочна пропустливост додека се одржува интегритетот на податоците.Единечен драјв во стројот е достапен единствено кога и податокот и парната информација е читана од или пишувана на тој специфичен под систем на драјвот. Моќта на RAID 5 е справувањето со голем број на мали податотеки. Дозволува подобрени I/O трансфер изведби затоа што тесното грло на парниот драјв од RAID 4 е елиминиран.До дека RAID 5 е повеќе вредносно делотворен, затоа што не се користи одделен парен драјв, изведбата на пишување страда затоа што бара екстра ротација на дискот. Со додавање на кеш меморија на RAID 5 стројот , изведбата на пишување е подобрена. Важно е дека кешот е поддржан од батериско енергично снабдување. Во графичките и сличните апликации слабоста на RAID 5 против RAID 3 е пишувањето на парни информации.RAID 5 обично се поставува во барања со голем број на мали читачко/пишувачки барања.RAID 5 нуди повисок капацитет кога стројот има помалку од седум драјвови.Со целосен строј, CPU зафатеното е скоро еднаков помеѓу RAID 3 и 5. Во RAID 5 и парноста и податокот се STRIPED низ сетот од дискови. Податоци се многу поголеми од просечната I/O големина.Дисковите се способни да ги задоволат барањата независно, кои обезбедуваат висока изведба на читањето во деловите со интензивна стапка на побарувања. Откако се користат парните информациски RAID 5 може да издржи поединечен пад на дискот без губење или приод до податоците. За жал, перформансите за пишување на RAID 5 е слаби. Секое пишување бара четири независни диск приоди за да биде комплетиран. Прво, стариот податок и парниот се прочитани од одделни дискови. Следно, нова парност е создадена. Последно, новиот податок и парниот се запишани на одделни дискови. Многу продавачи на строеви користат кеширање на пишувањето за да компензираат за слабата изведба на пишувањето на RAID 5.

Одлики и предности

• Севкупно добра брзина на трансфер
• Највисока брзина на трансфер на податокот за читање
• Средна брзина на трансфер на податокот за пишување

Недостатоци

• Потешкотии во реконструкција на системот во случај на пад на дискот
• Најтежок систем за дизајнирање
• Грешка на дискот има удар врз пропустливост на системот