Wprowadzenie
W niniejszym dokumencie White Paper firmy CP Technologies omówiono RAID. Redundantna macierz niezależnych dysków (RAID) jest zbiorem dysków twardych, jednej lub więcej kart kontrolerów oraz wbudowanego oprogramowania w celu zwiększenia niezawodności i nadmiarowości przechowywania danych na dyskach twardych. RAID występuje w wielu odmianach, oferując wyższą wydajność i/lub większą niezawodność danych. Numer RAID, na przykład RAID-5, nie jest reprezentatywny dla liczby dysków. Najczęstsze implementacje RAID to 0, -1 i 5. RAID może być zaimplementowany z lub bez możliwości wymiany dysku na gorąco.
Od praktycznie wszystkich producentów kontrolerów dyskowych, takich jak Adaptec i DPT, dostępne są różne kontrolery wtykowe, które umożliwiają implementację RAID. Wszystkie te kontrolery współpracują z dyskami SCSI i są dostępne w konfiguracjach ISA i PCI. Format PCI zapewnia najwyższą przepustowość. Obsługa RAID dla dysków IDE nie jest ogólnie dostępna.
Każdy dysk SCSI może być używany z kontrolerem RAID i różni producenci dysków, rozmiary i przepustowość mogą być używane na tej samej magistrali. Należy sprawdzić z producentem kontrolera w celu uzyskania dodatkowych informacji. Kontrolery RAID działają również jako ogólne kontrolery napędów współpracujące z napędami CD i taśmowymi, a także z akcesoriami zewnętrznymi, takimi jak skanery.
Dyski RAID mogą być zamontowane na stałe w obudowie, zamontowane w wyjmowanych nośnikach 5-1/4″ lub zamontowane w zewnętrznych wnękach na dyski, co zapewnia łatwy dostęp i wymianę w przypadku awarii dysku. Pełna ochrona RAID może być realizowana nawet w przypadku niewymiennych dysków, gdzie system RAID zapewnia ochronę danych i czas potrzebny na wyłączenie systemu w celu wymiany uszkodzonego dysku. Może to być z pewnością tańsza i potencjalnie bardziej niezawodna opcja zamiast stosowania drogich nośników dysków wymiennych. Patrz Kingston Technology Data Express i JMR Wildcat w przypadku nośników wymiennych.
Definicje poziomów RAID
RAID 0 Striping
Dane są zapisywane na wielu dyskach w celu zwiększenia wydajności dostępu. Nie ma nadmiarowości danych. Na przykład, plik o rozmiarze 4 megów będzie zapisany na 4 dyskach w kawałkach o rozmiarze 1 megów. Należy pamiętać, że awaria jednego dysku spowoduje, że dane staną się niedostępne. Zaletą jest znacznie większa przepustowość.
RAID 1 Mirroring.
Zapewnia 100% nadmiarowości, dostarczając dokładną kopię lub lustrzane odbicie dysku głównego. W przypadku awarii jednego z dysków dane będą w pełni dostępne na drugim dysku. Nie ma poprawy wydajności, chyba że dozwolone są równoczesne odczyty. Należy pamiętać, że konieczne jest zakupienie dwukrotnie większej liczby dysków. Jeden kontroler może zapewnić mirroring na jednej szynie lub dwa kontrolery mogą być używane do zapewnienia redundancji kontrolera, jak również redundancji dysku.
Adaptec zapewnia bardzo obszerną dyskusję online na temat RAID i ich kontrolerów w szczególności w ich Array Guide.
RAID 10 lub 0/1 Striping i Mirroring
Połączenie RAID 0 i 1. Dane są dzielone na wiele dysków w celu zwiększenia wydajności, a każdy dysk jest mirrorowany w celu zapewnienia nadmiarowości. Należy pamiętać o konieczności zakupu dwukrotnie większej liczby dysków.
RAID 2
Zastrzeżona macierz opatentowana przez firmę Thinking Machines, Inc. w której dane są dzielone na poziomie bitów między kilka dysków, a dodatkowe dyski dostarczają informacji o parzystości. Wymaga dużej liczby dysków. Na ogół nie jest wdrażana.
RAID 3 Striping with Parity
Zapewnia nadmiarowość przy zwiększonej wydajności. Dane są współdzielone na wielu dyskach, a dodatkowy dysk dostarcza informacji o parzystości. Paskowanie danych zwiększa wydajność, ale wymaga jednoczesnego odczytu podczas dostępu do macierzy. W przypadku awarii jednego z dysków danych do rekonstrukcji danych można użyć dysku z informacjami o parzystości. Zazwyczaj stosowane z 3 dyskami danych i 1 dyskiem parzystości. Małe zapisy losowe są na ogół powolne, ponieważ przy każdym zapisie konieczny jest dostęp do dysku z parytetem.
RAID 4 Striping z dedykowanym dyskiem z parytetem
Podobna do RAID 3, z wyjątkiem tego, że większe bloki danych są zapisywane w postaci pasków i nie wymagają udziału każdego dysku przy każdym dostępie. Dostęp do dysku parzystości jest uzyskiwany przy każdym dostępie do danych.
RAID 5 Striping and Parity
Najczęściej spotykana implementacja RAID. Zarówno dane, jak i informacje o parzystości są zapisywane w postaci pasków na wielu dyskach, przy czym każdy dysk przechowuje zarówno dane, jak i informacje o parzystości. W przypadku awarii jednego z dysków pozostałe dyski zawierają wystarczającą ilość informacji, aby umożliwić odzyskanie danych. Zapewnia pełną redundancję przy zwiększonej wydajności. Najmniejsza implementacja RAID 5 wymaga trzech dysków, ale można użyć większej ich liczby w celu zwiększenia wydajności.
RAID 6
Brak prawdziwej definicji i może oznaczać różne rzeczy dla różnych producentów.
RAID 7
Własność firmy Storage Technology, Inc. i jest podobna do macierzy RAID 4 z buforowaniem i własnym systemem operacyjnym do obsługi macierzy.
Ogólne definicje związane z macierzą RAID
Hot Swapping odnosi się do możliwości usuwania dysku z macierzy przy włączonym zasilaniu systemu. Zazwyczaj wymaga to, aby styki złącza zasilania na tacy napędu były dłuższe niż styki sygnałowe, dzięki czemu najpierw odłączane są sygnały, a następnie zasilanie, co zapobiega zakłóceniom w magistrali danych. Istnieje wiele nośników dysków wymiennych i ważne jest, aby zapewnić, że obsługują one prawdziwą wymianę podczas pracy, a nie tylko nośniki wymienne.
Zamiana podczas pracy może być używana do zatrzymania dostępu do dysku podczas jego wyjmowania z macierzy. Jest to zazwyczaj funkcja programowa lub „przycisk” służący do zawieszania aktywności dysku. W tej konfiguracji można zastosować niedrogi nośnik dysków wymiennych bez funkcji wymiany podczas pracy (hot swap).
Funkcja hot spare zapewnia zapasowy dysk w macierzy, który zostanie automatycznie włączony w przypadku awarii jednego z pozostałych dysków. Zazwyczaj macierz może tolerować awarię tylko jednego dysku bez utraty danych, dlatego dysk hot spare zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia całkowitej awarii.
SMART (Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology) to system przewidywania awarii, w którym dysk przeprowadza samoczynną analizę i może przekazywać informacje o przewidywanych awariach do kontrolera. Umożliwia to wczesną wymianę potencjalnie wadliwych dysków przed ich faktyczną awarią.
Dynamiczna naprawa sektorów umożliwia systemowi RAID zlokalizowanie wadliwych sektorów na dyskach, przejrzystą naprawę danych i oznaczenie sektorów jako uszkodzonych w celu uniemożliwienia dostępu do nich w przyszłości.
.