Sojusz Fallen

Ricko

MACIERZE RAID
WERSJA SKRÓCONA OPISU Z WIKIPEDII
_____________________________________________________________

RAID 0 "Striping"
_____________________________________________________________

Polega na połączeniu ze sobą dwóch lub więcej dysków fizycznych tak, aby były widziane jako jeden dysk logiczny. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar taki jak N*rozmiar najmniejszego z dysków. Dane są przeplecione pomiędzy dyskami. Dzięki temu uzyskujemy znaczne przyśpieszenie operacji zapisu i odczytu ze względu na zrównoleglenie tych operacji na wszystkie dyski w macierzy.

+
*przestrzeń wszystkich dysków jest widziana jako całość
*przyspieszenie zapisu i odczytu w porównaniu do pojedynczego dysku

-
*brak odporności na awarię dysków
*N*rozmiar najmniejszego z dysków
*zwiększenie awaryjności nie oznacza skrócenie żywotności dysków – zwiększa się teoretyczna możliwość awarii. O ile w przypadku RAID 0 mówimy o utracie danych w przypadku awarii jednego z dysków, to jest to sytuacja tożsama z tą, gdy posiadamy jeden dysk – uszkodzenie jednego dysku również powoduje utratę danych.

Przykład 1
Trzy dyski po 500 GB zostały połączone w RAID 0. Powstała przestrzeń ma rozmiar 1,5 TB. Szybkość zapisu lub odczytu jest prawie trzykrotnie większa niż na pojedynczym dysku. Oczywiście sumaryczna szybkość jest 3-krotnością szybkości najwolniejszego z dysków, gdyż kontroler raid podczas zapisu/odczytu musi poczekać na najwolniejszy dysk. Stąd też sugeruje się dyski identyczne, o identycznej szybkości i pojemności.

Przykład 2
Trzy dyski: 160 GB, 500 GB i 80 GB zostały połączone w RAID 0. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar taki jak N*rozmiar najmniejszego z dysków, czyli 3·80 GB = 240 GB. Szybkość jest ograniczona szybkością najwolniejszego dysku, analogicznie do poprzedniego przykładu.

_____________________________________________________________

RAID 1 "Mirroring"
_____________________________________________________________

Polega na replikacji pracy dwóch lub więcej dysków fizycznych. Powstała przestrzeń ma rozmiar najmniejszego nośnika. RAID 1 jest zwany również lustrzanym (ang. mirroring). Szybkość zapisu i odczytu zależy od zastosowanej strategii:
Zapis:
*zapis sekwencyjny na kolejne dyski macierzy – czas trwania operacji równy sumie czasów trwania wszystkich operacji
*zapis równoległy na wszystkie dyski macierzy – czas trwania równy czasowi trwania operacji na najwolniejszym dysku
Odczyt:
*odczyt sekwencyjny z kolejnych dysków macierzy (ang. round-robin) – przy pewnej charakterystyce odczytów możliwe osiągnięcie szybkości takiej jak w RAID 0
*odczyt wyłącznie ze wskazanych dysków – stosowane w przypadku znacznej różnicy w szybkościach odczytu z poszczególnych dysków

+
*odporność na awarię N – 1 dysków przy N-dyskowej macierzy
*możliwe zwiększenie szybkości odczytu
*możliwe zmniejszenie czasu dostępu

-
*możliwa zmniejszona szybkość zapisu
*utrata pojemności (całkowita pojemność jest taka jak pojemność najmniejszego dysku)

Przykład
Trzy dyski po 250GB zostały połączone w RAID 1. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar 250 GB. Jeden lub dwa dyski w pewnym momencie ulegają uszkodzeniu. Cała macierz nadal działa.

_____________________________________________________________

RAID 2
_____________________________________________________________

Dane na dyskach są paskowane. Zapis następuje po 1 bicie na pasek. Potrzebujemy minimum 8 powierzchni do obsługi danych oraz dodatkowe dyski do przechowywania informacji generowanych za pomocą kodu Hamminga potrzebnych do korekcji błędów. Liczba dysków używanych do przechowywania tych informacji jest proporcjonalna do logarytmu liczby dysków, które są przez nie chronione. Połączone dyski zachowują się jak jeden duży dysk. Dostępna pojemność to suma pojemności dysków przechowujących dane.

+
*każdy dowolny dysk (zarówno z danymi jak i z kodem Hamminga) może w razie uszkodzenia zostać odbudowany przez pozostałe dyski

-
*konieczność dokładnej synchronizacji wszystkich dysków zawierających kod Hamminga (w przeciwnym wypadku dezorganizacja i całkowita nieprzydatność tych dysków)
*długotrwałe generowanie kodu Hamminga przekładające się na wolną pracę całego systemu

_____________________________________________________________

RAID 3
_____________________________________________________________

Dane składowane są na N-1 dyskach. Ostatni dysk służy do przechowywania sum kontrolnych. Działa jak striping (RAID 0), ale w macierzy jest dodatkowy dysk, na którym zapisywane są kody parzystości obliczane przez specjalny procesor.

+
*odporność na awarię 1 dysku
*zwiększona szybkość odczytu

-
*zmniejszona szybkość zapisu z powodu konieczności kalkulowania sum kontrolnych (eliminowana poprzez zastosowanie sprzętowych kontrolerów RAID)
*w przypadku awarii dysku dostęp do danych jest spowolniony z powodu obliczeń sum kontrolnych
*odbudowa macierzy po wymianie dysku jest operacją kosztowną *obliczeniowo i powoduje spowolnienie operacji odczytu i zapisu
*pojedynczy, wydzielony dysk na sumy kontrolne zazwyczaj jest wąskim gardłem w wydajności całej macierzy

Przykład
Pięć dysków po 250GB zostało połączonych w RAID 3. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar 1TB (250 GB zarezerwowane na sumy kontrolne). Jeden dysk w pewnym momencie ulega uszkodzeniu. Cała macierz nadal działa. Po włożeniu nowego dysku na miejsce uszkodzonego jego zawartość odtwarza się.

_____________________________________________________________

RAID 4
_____________________________________________________________

RAID 4 jest bardzo zbliżony do RAID 3, z tą różnicą, że dane są dzielone na większe bloki (16, 32, 64 lub 128 kB). Takie pakiety zapisywane są na dyskach podobnie do rozwiązania RAID 0. Dla każdego rzędu zapisywanych danych blok parzystości zapisywany jest na dysku parzystości.
Przy uszkodzeniu dysku dane mogą być odtworzone przez odpowiednie operacje matematyczne. Parametry RAID 4 są bardzo dobre dla sekwencyjnego zapisu i odczytu danych (operacje na bardzo dużych plikach). Jednorazowy zapis małej porcji danych potrzebuje modyfikacji odpowiednich bloków parzystości dla każdej operacji I/O. W efekcie, za każdym razem przy zapisie danych system czekałby na modyfikacje bloków parzystości, co przy częstych operacjach zapisu bardzo spowolniłoby pracę systemu.

_____________________________________________________________

RAID 5
_____________________________________________________________

Poziom piąty pracuje bardzo podobnie do poziomu czwartego z tą różnicą, iż bity parzystości nie są zapisywane na specjalnie do tego przeznaczonym dysku, lecz są rozpraszane po całej strukturze macierzy. RAID 5 umożliwia odzyskanie danych w razie awarii jednego z dysków przy wykorzystaniu danych i kodów korekcyjnych zapisanych na pozostałych dyskach (zamiast tak jak w 3. na jednym specjalnie do tego przeznaczonym, co nieznacznie zmniejsza koszty i daje lepsze gwarancje bezpieczeństwa). RAID 5 oferuje większą prędkość odczytu niż lustrzany (ang. mirroring) ale przy jego zastosowaniu nieznacznie spada prędkość zapisu. Poziom piąty jest całkowicie bezpieczny dla danych – w razie awarii system automatycznie odbuduje utracone dane, tak by mogły być odczytywane, zmniejszając jednak bieżącą wydajność macierzy. Spowolnienie jest chwilowe. Po zamontowaniu nowego dysku i odtworzeniu danych wydajność macierzy wraca do normy.
Macierz składa się z 3 lub więcej dysków. Przy macierzy liczącej N dysków jej objętość wynosi N – 1 dysków. Przy łączeniu dysków o różnej pojemności otrzymujemy objętość najmniejszego dysku razy N – 1. Sumy kontrolne danych dzielone są na N części, przy czym każda część składowana jest na innym dysku, a wyliczana jest z odpowiedniego fragmentu danych składowanych na pozostałych N-1 dyskach.

+
*odporność na awarię jednego dysku
*zwiększona szybkość odczytu – porównywalna do macierzy RAID 0 złożonej z N-1 dysków

-
*zmniejszona szybkość zapisu z powodu konieczności kalkulowania sum kontrolnych (eliminowana poprzez zastosowanie sprzętowego kontrolera RAID5)
*w przypadku awarii dysku dostęp do danych jest spowolniony z powodu obliczeń sum kontrolnych
*odbudowa macierzy po wymianie dysku jest operacją kosztowną obliczeniowo i powoduje spowolnienie operacji odczytu i zapisu

Przykład
Pięć dysków po 250GB zostaje połączonych w RAID 5. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar 1 TB. Jeden dysk w pewnym momencie ulega uszkodzeniu. Cała macierz nadal działa. Po wymianie uszkodzonego dysku na nowy jego zawartość zostaje odtworzona.

_____________________________________________________________

RAID 6
_____________________________________________________________

Rozbudowana, o dodatkowy dysk, macierz typu 5 (często pojawia się zapis RAID 5+1). Zawiera dwie niezależne sumy kontrolne. Nieco kosztowniejsza w implementacji niż RAID 5, ale dająca większą niezawodność. Awarii muszą ulec jednocześnie trzy dyski by samoodtworzenie systemu, po uzupełnieniu wadliwych dysków, było niemożliwe.

+
*odporność na awarię maksimum 2 dysków (dwa razy większa niezawodność niż w RAID 5)
*szybkość pracy większa niż szybkość pojedynczego dysku.

_____________________________________________________________

RAID 0+1
_____________________________________________________________

Macierz realizowana jako RAID 1, którego elementami są macierze RAID 0. Macierz taka posiada zarówno zalety macierzy RAID 0 – szybkość w operacjach zapisu i odczytu – jak i macierzy RAID 1 – zabezpieczenie danych w przypadku awarii pojedynczego dysku. Pojedyncza awaria dysku powoduje, że całość staje się w praktyce RAID 0. Potrzebne są minimum 4 dyski o tej samej pojemności.

+
*szybkość macierzy RAID 0
*bezpieczeństwo macierzy RAID 1 – w szczególnym wypadku nawet większa (awaria więcej niż jednego dysku tego samego mirrora)
*znacznie prostsza w implementacji niż RAID 3, 5 i 6

-
*większy koszt przechowywania danych niż w przypadku RAID 0,2,3,4,5,6

_____________________________________________________________

RAID 1+0
_____________________________________________________________

Nazywana także RAID 10. Macierz realizowana jako RAID 0, którego elementami są macierze RAID 1. W porównaniu do swojego poprzednika (RAID 0+1) realizuje tę samą koncepcję połączenia zalet RAID 0 (szybkość) i RAID 1 (bezpieczeństwo) lecz w odmienny sposób. Tworzony jest duży stripe małych mirrorów, dzięki czemu podczas wymiany uszkodzonego dysku odbudowywany jest tylko fragment całej macierzy.

+
*szybkość macierzy RAID 0
*bezpieczeństwo macierzy RAID 1 – w szczególnym wypadku nawet większa (awaria więcej niż jednego dysku różnych mirrorów)
*znacznie prostsza w implementacji niż RAID 3, 5 i 6

-
*większy koszt przechowywania danych niż w przypadku RAID 0,2,3,4,5,6