Введение в терминологию и концепции RAID

Выделенное оборудование, называемое RAID-контроллерами или картами RAID, может использоваться для настройки и управления RAID независимо от операционной системы. Это известно какhardware RAID. Настоящие аппаратные RAID-контроллеры будут иметь специальный процессор для управления RAID-устройствами.

Это имеет ряд преимуществ:

Аппаратный RAID также имеет несколько существенных недостатков.

RAID также может быть настроен самой операционной системой. Поскольку взаимосвязь дисков друг с другом определяется операционной системой, а не микропрограммой аппаратного устройства, это называетсяsoftware RAID.

Некоторые преимущества программного RAID:

Некоторые недостатки программного RAID:

Также доступен третий тип RAID, называемыйhardware-assisted software RAID, микропрограммный RAID или поддельный RAID. Как правило, это встречается в функциональности RAID внутри самих материнских плат или в недорогих картах RAID. Аппаратный программный RAID - это реализация, которая использует микропрограмму на контроллере или плате для управления RAID, но использует обычный процессор для обработки.

Преимущества аппаратного программного RAID:

Недостатки аппаратного программного RAID:

Большинство администраторов держатся подальше от аппаратного программного RAID, поскольку он страдает от комбинации ошибок двух других реализаций.

RAID 0 объединяет два или более устройств, разделяя данные между ними. Как упоминалось выше, чередование - это метод, который разбивает данные на куски, а затем поочередно записывает куски на каждый диск в массиве. Преимущество этого состоит в том, что, поскольку данные распределены, вся мощность каждого устройства может использоваться как для чтения, так и для записи. Теоретический профиль производительности массива RAID 0 - это просто производительность отдельного диска, умноженная на количество дисков (реальная производительность не дотягивает до этого). Другое преимущество состоит в том, что полезная емкость массива - это просто совокупная емкость всех составляющих дисков.

Хотя этот подход обеспечивает отличную производительность, он также имеет ряд очень важных недостатков. Поскольку данные разделены и разделены между каждым из дисков в массиве, сбой одного устройства приведет к разрушению всего массива, и все данные будут потеряны. В отличие от большинства других уровней RAID, массивы RAID 0 не могут быть перестроены, так как никакое подмножество компонентных устройств не содержит достаточно информации о контенте для восстановления данных. Если вы используете массив RAID 0, резервное копирование становится чрезвычайно важным, поскольку весь ваш набор данных в равной степени зависит от надежности каждого из дисков в массиве.

RAID 1 - это конфигурация, которая отражает данные между двумя или более устройствами. Все, что записано в массив, размещается на каждом из устройств в группе. Это означает, что каждое устройство имеет полный набор доступных данных, предлагая избыточность в случае сбоя устройства. В массиве RAID 1 данные по-прежнему будут доступны, пока одно устройство в массиве по-прежнему функционирует должным образом. Массив можно восстановить, заменив неисправные диски, после чего оставшиеся устройства будут использованы для копирования данных обратно на новое устройство.

Эта конфигурация также имеет некоторые штрафы. Как и RAID 0, теоретическая скорость чтения все еще может быть рассчитана путем умножения скорости чтения отдельного диска на количество дисков. Однако для операций записи теоретическая максимальная производительность будет самой низкой скоростью в массиве. Это связано с тем, что весь кусок данных должен быть записан на каждый из дисков в массиве. Кроме того, общая емкость массива будет равна емкости самого маленького диска. Таким образом, массив RAID 1 с двумя устройствами одинакового размера будет иметь полезную емкость одного диска. Добавление дополнительных дисков может увеличить количество избыточных копий данных, но не увеличит объем доступной емкости.

RAID 5 имеет некоторые особенности предыдущих двух уровней RAID, но имеет другой профиль производительности и другие недостатки. В RAID 5 данные распределяются по дискам практически так же, как массив RAID 0. Однако для каждой полосы данных, записанных в массиве, информация о четности, математически рассчитанное значение, которое можно использовать для исправления ошибок и восстановления данных, будет записана на один из дисков. Диск, который получает вычисленный блок четности вместо блока данных, будет вращаться с каждой записанной полосой.

Это имеет несколько важных преимуществ. Как и другие массивы с чередованием, производительность чтения выигрывает от возможности чтения с нескольких дисков одновременно. Массивы RAID 5 обрабатывают потерю любого диска в массиве. Блоки четности позволяют полностью восстановить данные, если это произойдет. Поскольку четность распределена (некоторые менее распространенные уровни RAID используют выделенный диск четности), каждый диск имеет сбалансированный объем информации о четности. Хотя емкость массива RAID 1 ограничена размером одного диска (все диски имеют идентичные копии данных), при четности RAID 5 уровень избыточности может быть достигнут за счет стоимости только одного диска. пространство. Таким образом, четыре 100-гигабайтных диска в массиве RAID 5 дадут 300 ГБ полезного пространства (остальные 100 ГБ будут заняты распределенной информацией о четности).

Как и на других уровнях, RAID 5 имеет ряд существенных недостатков, которые необходимо учитывать. Производительность системы может значительно снизиться из-за вычислений четности на лету. Это может повлиять на каждую операцию записи. Если диск выходит из строя и массив переходит в ухудшенное состояние, это также приведет к значительному штрафу за операции чтения (недостающие данные должны быть рассчитаны на оставшихся дисках). Кроме того, когда массив восстанавливается после замены вышедшего из строя диска, каждый диск должен быть прочитан, а ЦП используется для вычисления отсутствующих данных для восстановления отсутствующих данных. Это может привести к нагрузке на оставшиеся диски, что иногда приводит к дополнительным сбоям, что приводит к потере всех данных.

RAID 6 использует архитектуру, аналогичную RAID 5, но с информацией о двойной четности. Это означает, что массив может противостоять любым двум сбоям дисков. Это является значительным преимуществом из-за повышенной вероятности дополнительного отказа диска во время интенсивного процесса восстановления после возникновения ошибки. Как и на других уровнях RAID, которые используют чередование, производительность чтения в целом хорошая. Все остальные преимущества RAID 5 также существуют для RAID 6.

Что касается недостатков, RAID 6 оплачивает дополнительный двойной контроль четности с помощью емкости дополнительного диска. Это означает, что общая емкость массива представляет собой объединенное пространство задействованных дисков, минус два диска. Расчет для определения четности данных для RAID 6 является более сложным, чем RAID 5, что может привести к ухудшению производительности записи по сравнению с RAID 5. RAID 6 страдает от некоторых тех же проблем деградации, что и RAID 5, но избыточность дополнительного диска защищает от вероятности дополнительных сбоев, уничтожающих данные во время операций восстановления.

RAID 10 может быть реализован несколькими различными способами, что влияет на его общие характеристики:

Традиционно RAID 10 относится к вложенному RAID, который создается вначале путем установки двух или более зеркал RAID 1, а затем их использования в качестве компонентов для построения на них чередующегося массива RAID 0. Это иногда теперь называют RAID 1 + 0, чтобы быть более ясным об этих отношениях. Из-за этой конструкции для формирования массива RAID 1 + 0 требуется минимум четыре диска (RAID 0 распределяется по двум массивам RAID 1, состоящим из двух устройств каждый).

Массивы RAID 1 + 0 обладают высокими характеристиками производительности массива RAID 0, но вместо использования отдельных дисков для каждого компонента полосы используется зеркальный массив, обеспечивающий избыточность. Конфигурация такого типа может обрабатывать сбои диска в любом из его зеркальных наборов RAID 1, если хотя бы один диск в каждом RAID 1 остается доступным. Весь массив является устойчивым к сбоям в несбалансированном виде, что означает, что он может обрабатывать различное количество отказов в зависимости от того, где они происходят.

Поскольку RAID 1 + 0 обеспечивает как избыточность, так и высокую производительность, обычно это очень хороший вариант, если количество требуемых дисков не является чрезмерным.

Linuxmdadm предлагает свою собственную версию RAID 10, которая передает дух и преимущества RAID 1 + 0, но изменяет фактическую реализацию, делая ее более гибкой и предлагая некоторые дополнительные преимущества.

Как и RAID 1 + 0,mdadm RAID 10 допускает множественные копии и чередование данных. Однако устройства не расположены в виде зеркальных пар. Вместо этого администратор принимает решение о количестве копий, которые будут записаны для массива. Данные разбиваются на части и записываются по всему массиву в несколько копий, обеспечивая, чтобы каждая копия порции записывалась на разные физические устройства. Конечным результатом является то, что существует такое же количество копий, но массив не так сильно ограничен основной вложенностью.

Эта концепция RAID 10 имеет некоторые заметные преимущества по сравнению с вложенным RAID 1 + 0. Поскольку он не использует массивы в качестве строительных блоков, он может использовать нечетное количество дисков и имеет меньшее минимальное количество дисков (требуется только 3 устройства). Количество сохраняемых копий также настраивается. Управление упрощено, так как вам нужно только обратиться к одному массиву и можно выделить запасные части, которые можно использовать для любого диска в массиве, а не только для одного массива компонентов.