RAID нива: класификация, описание и функция

RAID е начин да се комбинират няколко независими и сравнително малки дискове в една голяма памет. Дисковете, включени в масива, са членове на масива. Дисковете могат да бъдат обединени в масив по различни начини, наречени RAID нива. Този метод се използва за повишаване на надеждността или за увеличаване на скоростта на обмен на данни. Съкращението RAID се появява за първи път през 1988 г. в университета в Бъркли в статия, написана от Патерсън, Гибсън и Кац. Редица статии, написани от тези трима автори и други, са идентифицирали и класифицирали няколко модела за защита на данните и повишена производителност за дисковите масиви.

RAID 0

Технологията RAID 0 се използва за увеличаване на производителността на дисковата система. Когато се използва, данните се записват равномерно на малки парчета от всяко парче твърд диск, което участва в създаването на масив. В същото време, скоростта на достъп до данните се увеличава пропорционално на броя на медийните носители, включени в създаването на масив, поради разпространението на I /O на няколко канала. В този случай капацитетът на системата е равен на сумата на дисковите възможности. Също така, тази технология се различава в простотата на изпълнение и дизайн.


Недостатък на този тип организация е ниската надеждност на съхранението на данни, ако един диск е повреден, цялата информация ще бъде загубена. Следователно RAID 0 не се препоръчва за системи, които са предназначени за съхраняване на важна информация. Тази технология може да се използвакомпютри, предназначени за редактиране на снимки и видеоклипове, за подготовка на материали за печат и др., изпълняващи задачи, които изискват висока пропускателна способност на дисковата система.

RAID 1

Масивът RAID 1 също се нарича огледален, защото данните се съхраняват едновременно на два или повече диска. Той е придобил популярност благодарение на своята простота и висока степен на надеждност. Такава организация за съхранение на данни осигурява повишена производителност и повишена надеждност. Въпреки това, по този начин същата информация се съхранява на два диска, което увеличава разходите за съхранение.


RAID 1 се препоръчва за използване на персонални компютри, използвани за изчисляване на заплатите, счетоводство, работа с финансови програми и други задачи, изискващи висока надеждност.

RAID 2

Съхранението на данни в масив RAID 2 се основава на използването на кода на Hamming. В този случай се използват отделни дискове за съхраняване на данни и за коригиране на грешки. Можете да изчислите колко дискове трябва да организирате с помощта на следните формули: ако k е броят на твърдите дискове, използвани за коригиране на грешки, тогава данните ще се съхраняват на 2k-k-1 дискове. Ще ви трябват общо 2k-1 твърди дискове. По този начин може да се прецени, че за да бъде по-изгодно да се съхранява информация за RAID 2, най-малко седем твърди диска (4 с информация и 3 за коригиране на грешки) са необходими в сравнение с масив RAID 1.
Въпреки факта, че тази схема на организация за съхранение на данни осигурявависока надеждност и производителност, практически не се използва поради факта, че изисква голям брой устройства за съхранение.

RAID 3

При този метод на съхранение е необходим един твърд диск за блокове за паритет, а останалата част е разделена на блокове. При такава организация на дисковия масив в случай на повреда на един твърд диск информацията може да бъде възстановена на допълнителни данни, съхранявани на други твърди дискове. Технологията RAID 3 гарантира висока скорост на предаване и относително ниска цена. Предимството на този тип съхранение на данни може да се нарече висока производителност при четене и писане, отказоустойчивост и ниска цена.
Въпреки това, поради честия достъп създава високо натоварване на диска, той съхранява блокове за четност, така че неговата надеждност е по-ниска от тази на дисковите данни. Също така, недостатъците включват голяма консумация на изчислителни ресурси в софтуерната организация на масива и сложността на контролера в хардуера. RAID 3 се използва за редактиране на изображения, стрийминг, редактиране на видео и други приложения, изискващи висока пропускателна способност.

RAID 4

В масиви RAID 4 информацията се разбива на байтове, а не на блокове, така че скоростта на работа с малки файлове е доста висока. Осигурена е надеждността на съхранението на данни, както и за RAID 3, дължащи се на диск, съхраняващи паритетните битове. За да организирате RAID 4 масиви, трябва да имате поне три твърди диска. Предимствата на този метод са добрата скорост на четене и предаване на информация е нискаЦената се дължи на факта, че имате нужда само от един диск за битове за паритет.
Недостатъците на този метод за съхранение на данни са сложността на контролера и честият отказ на твърдия диск, който съхранява блокове за паритет.

RAID 5

Когато се използва технология RAID 5, стойностите на контролната сума се съхраняват на всички устройства, включени в масива. Поради това при такава организация на паметта е възможно да се извършват паралелни операции както за четене, така и за записване на информация. Като контролни битове се използва резултатът от операцията "изключва OR". Най-малкият брой твърди дискове, необходими за организиране на масив, както в RAID 3 и в RAID 4 3. Изчислете максималното количество данни, записани в масива, може да бъде по формулата: (k - 1) * sizeHDD, където k е броят на твърдите дискове, а sizeHDD е капацитета на един HDD (ако в масива участват различни твърди дискове, тогава се взема най-малката). Технологията за съхранение на RAID 5 е с много висока производителност, добра надеждност и ниска цена.
В случай на повреда на един от твърдите дискове, включени в нивото на масив RAID 5, надеждността на съхранението на информация рязко пада. За възстановяване на данните се изисква голям брой цикли за четене и запис, което понякога може да доведе до разбиване на други дискове, включени в масива. Също така по време на процеса на възстановяване могат да възникнат неизвестни досега грешки (те се срещат в рядко достъпна информация), което прави невъзможно възстановяването. Друг недостатък е сложният дизайн на контролера.

RAID 5 е най-гъвкавият начин за съхраняване на данни. употребявантакава организация на данни в интернет (www, e-mail) и други файлови сървъри.

RAID 6

RAID 6 е разширението на ниво RAID 5, което осигурява допълнителна отказоустойчивост. Неговата организация изисква поне пет диска, три за данни и две за информация, необходима за възстановяване. Както при RAID 5 данните и контролните битове се съхраняват последователно на всички дискове. Когато се използва такава технология, данните ще останат същите, дори ако има счупени два диска. Въпреки това, поради високото натоварване на контролера, работата на такава система ще бъде по-ниска с около 10-15%.
RAID 6 е идеалното решение за критични приложения.

RAID 7

RAID 7 не може да се нарече независимо ниво на RAID, правата върху него принадлежат на марката на компанията Storage Computer Corporation. В този метод е необходим един твърд диск за възстановяване на информация (битове за паритет) и за друга записана информация. При запис на информация на диск се използва технология за кеширане, която използва RAM на компютъра. За надеждна работа на RAID 7 е необходимо непрекъснато захранване, тъй като проблеми с подаването на данни могат да бъдат повредени в случай на проблеми с електрозахранването. Архитектурните характеристики на RAID 7 включват: вграден комуникационен канал, базиран на операционна система, вътрешна високоскоростна шина за трансфер на данни (X-bus), генериране на паритетни битове, интегрирани в кеша. Поради това, общата скорост на запис е 25-90% по-висока от тази на един твърд диск и 15-6 пъти по-бърза от другите нива на RAID. С увеличаване на броя на твърдите дискове, които участват в масива, се увеличавазаписва производителността и намалява времето за достъп до данните.
Трябва да се има предвид обаче, че RAID 7 е категорично решение на един доставчик. Също така, за да се предотврати загуба на данни, е необходимо да свържете компютъра чрез UPS (непрекъснато захранване).

RAID 0 + 1 (RAID 01)

RAID 0 + 1 е комбинация от масиви RAID 0 и RAID 1. Тя изисква най-малко четири твърди диска, две ще съхраняват информация и две копия с огледални копия , Това осигурява добри скорости на достъп до данни, сравними с RAID 0 и отказоустойчивост, както при използването на технологията RAID 1. Въпреки това, общият капацитет на твърдите дискове трябва да бъде два пъти повече от съхранените данни. Компютри с такава организация за съхранение на данни обикновено се използват във файловите сървъри и обработката на изображения.

RAID 1 + 0 (RAID 10)

Масив, създаден с помощта на технологията RAID 1 + 0, е организиран като огледало. Информацията в нея е разделена на малки парчета и се намира на няколко твърди диска. Подобна схема за организация на данни е по същество технология RAID 0, чиито сегменти са масиви RAID 1. За да организирате масив от RAID ниво 10, трябва да имате поне четири твърди диска. Масивът RAID 1 + 0 се характеризира с висока скорост и много добра надеждност при съхранение на данни. При определени обстоятелства масивът RAID 1 + 0 може да поддържа производителност, дори ако няколко твърди диска се изпълняват едновременно. Недостатъкът на този тип съхранение на данни е високата цена и ниската скалируемост. Масивът RAID 1 + 0 се използва най-често в сървърите на бази данниданни, за които са важни висока производителност и отказоустойчивост.

RAID 1E

RAID 1E е разширен масив RAID 1. Той е изграден като огледален масив, но може да работи с нечетно количество твърди дискове. Има два начина за организиране на масив RAID 1E:
  • Близо (също се нарича ивичест). С този метод за съхранение на данните, първата част от данните се записва на твърди дискове 1 и 2. Друга част - на 3 и 4 твърди диска. Ако физическите твърди дискове са над, например, в системата има само три, тогава записът започва с първия. Тоест, в случая с три твърди диска, първата част от данните на дисковете се пише 1 и 2 втора на 3 и 1, и така нататък.
  • Когато се използва методът за разделяне, записването на информация се извършва в сектори. В този случай първият сектор е записана информация и във второто пълно копие. В момента на прехода от един сектор към следващия, номерът на устройството за съхранение се увеличава с един, т.е. преминава се към следващото устройство за съхранение. Данните се съхраняват в следния ред: първият диск в първия сектор записва първата част от данните, а вторият диск във втория сектор е пълното им копие. Следващата част от данните се записва в първия сектор на втория диск и във втория сектор на третия твърд диск.
  • За да организирате масив RAID 1E, трябва да имате поне три устройства за съхранение. Предимствата на този метод са висока производителност, кратко време за достъп и възможност за използване на огледално съхранение на информация на нечетен брой устройства. Недостатъците включват високи разходи за съхранениеДанни (както в RAID 1 за съхраняване на данни се използва само половината от общия капацитет на всички твърди дискове), едно от устройствата за съхранение е позволено да отхвърли, така че използването на двоен брой твърди дискове се препоръчва за използване на RAID 10. по различни начини:
  • Използвайки драйвери на операционната система, това се нарича RAID софтуер.
  • С използването на специално оборудване този метод се нарича хардуерен RAID.
  • Софтуерна реализация

    Софтуерната поддръжка за RAID нива е един от най-евтините начини за създаване на RAID масиви. В момента почти всяка операционна система има вградени възможности за RAID, макар и не за всички нива на RAID. Windows Home Release ви позволява да създавате само RAID 0, докато RAID 1 и RAID 5 могат да бъдат създадени само чрез Windows сървърни версии. RAID масивът, създаден с Windows, е неразривно свързан с операционната система, така че неговите дялове не могат да се използват за организиране на двойно зареждане. Операционни системи базирани на linux с ядро ​​2528 и по-късно поддържат RAID 0 RAID 1 RAID 4 RAID 5 RAID 6 RAID 10. Изтеглянето се поддържа с всеки метод за съхраняване на информация. Операционната система FreeBSD, като се започне с версия 7.2, ви позволява да организирате RAID масив от входно ниво 015 6. Когато софтуерна организация RAID използва компютърен процесор, което намалява производителността на цялата система. В случай на RAID 0 масиви и 1 процесор изтегляне е незначително, но за RAIDПаритетът (например RAID 2 RAID 3 RAID 4 RAID 5 RAID 5) може да варира от 1 до 5% в зависимост от мощността на процесора и броя на твърдите дискове. Освен това, съществуват определени ограничения за използването на софтуерния масив RAID за организиране на системното зареждане. Само RAID 1 може да съдържа зареждащ дял. Зареждането на системата не е възможно със софтуера RAID 5 и RAID 0.

    Хардуерна реализация

    Хардуерният RAID е създаден със специално оборудване. Този начин на съхраняване на данни има редица предимства пред хардуерната реализация:
  • не използва компютърен процесор;
  • позволява на потребителя да създава стартиращи дялове на всяко ниво на RAID;
  • поддържа "гореща" подмяна.
    ​​

    Характеристики

    Всеки RAID масив има свои уникални характеристики:
  • Толеранс на грешки, който е способността да се осигури защита на информацията, когато един или повече твърди диска не успеят.
  • Производителност, която показва увеличение на скоростта на четене и запис на целия масив в сравнение с един диск.
  • Капацитет на масив, показва количеството данни, които могат да бъдат записани в RAID. Капацитетът зависи от нивото на RAID и не винаги съответства на количеството информация, съхранявана на твърдите дискове, които са включени в масива.
  • Кратко описание

    За да определите кой масив е подходящ за вас, следва кратко описание на всяко ниво:
  • RAID 0 Array: Осигурява добра скорост на данните, но нискаотказоустойчивост Изисква поне два диска.
  • RAID 1 масив: има висока надеждност на съхраняване на информация при ниски скорости. Най-малък е броят на твърдите дискове.
  • RAID 2: Тя има добра скорост и надеждност на съхраняване на информация, но рядко се използва, тъй като нейната организация изисква много твърди дискове.
  • RAID 3: Има добра скорост на достъп и средна надеждност. Разходите за съхраняване на информация са сравнително ниски.
  • RAID 4: Има добра скорост, толерантност към грешки и ниска цена за съхранение на данни. Недостатъкът е сложността на хардуерния контролер.
  • RAID 5: Осигурява висока скорост и добра отказоустойчивост. Смята се, че това е най-разнообразният начин за организиране на съхранението на информация.
  • RAID 6: Осигурява висока устойчивост на повреди.
  • RAID 7: Техническо решение от американската компания SCC. За надеждна работа трябва да използвате UPS.
  • RAID 01 и RAID 10 са комбинация от RAID 0 и RAID 1.
  • RAID 1E: е разширен RAID 1. Това е единственият масив от огледала, който може да обработва нечетен брой твърди дискове.
  • В зависимост от това, от което имате нужда (висока производителност, надеждност или ниска цена), можете да изберете начин за съхраняване на данните, които са точно за вас.

    Свързани публикации