Разработка систем хранения информации на RAID-массивах (стр. 2 из 3)
Преимущества:
- наивысшая производительность в приложениях, требующих интенсивной обработки запросов ввода / вывода и данных большого объема;
- простота реализации;
– низкая стоимость;
– максимальная эффективность использования дискового пространства - 100%.
Недостатки:
– не является «настоящим» RAID'ом, поскольку не поддерживает отказоустойчивость;
– отказ одного диска влечет за собой потерю всех данных массива.
RAID 1
Дисковый массив с зеркалированием (Mirroring & Duplexing) (Рисунок 7). Дисковый массив с дублированием информации (зеркалированием данных). В простейшем случае два накопителя содержат одинаковую информацию и являются одним логическим диском. При выходе из строя одного диска его функции выполняет другой. Для реализации массива требуется не меньше двух винчестеров.
Рисунок 7-массив RAID 1
RAID 1 – простейший отказоустойчивый массив
Преимущества:
- простота реализации;
- простота восстановления массива в случае отказа (копирование);
Недостатки:
- высокая стоимость – 100-процентная избыточность;
- невысокая скорость передачи данных.
RAID 2
Отказоустойчивый дисковый массив с использованием кода Хемминга (Hamming Code ECC) (Рисунок 8). Схема резервирования данных с использованием кода Хэмминга для коррекции ошибок.
Поток данных разбивается на слова – причем размер слова соответствует количеству дисков для записи данных. Для каждого слова вычисляется код коррекции ошибок, который записывается на диски, выделенные для хранения контрольной информации. Их число равно количеству бит в слове контрольной суммы.
Рисунок 8 – массив RAID 2
RAID 2 не получил коммерческого применения. Если слово состоит из четырех бит, то под контрольную информацию отводится три диска. RAID 2 – один из немногих уровней, позволяющих обнаруживать двойные ошибки и исправлять «на лету» одиночные. При этом он является самым избыточным среди всех уровней с контролем четности. Эта схема хранения данных не получила коммерческого применения, поскольку плохо справляется с большим количеством запросов.
Преимущества:
- достаточно простая реализация;
- коррекция ошибок «на лету»;
- очень высокая скорость передачи данных;
- при увеличении количества дисков накладные расходы уменьшаются.
Недостатки:
- низкая скорость обработки запросов;
- высокая стоимость;
- большая избыточность.
RAID 3
Отказоустойчивый дисковый массив с параллельной передачей данных и четностью (Parallel Transfer Disks with Parity) (Рисунок 9). Отказоустойчивый массив с параллельным вводом / выводом данных и диском контроля четности. Поток данных разбивается на порции на уровне байт (хотя возможно и на уровне бит) и записывается одновременно на все диски массива, кроме одного. Один диск предназначен для хранения контрольных сумм, вычисляемых при записи данных. Поломка любого из дисков массива не приведет к потере информации.
Рисунок 9 – массив RAID 3
В RAID 3 информация разбивается на порции одинакового размера. Этот уровень имеет намного меньшую избыточность, чем RAID 2. Во втором рэйде большинство дисков, хранящих контрольную информацию, нужны для определения неисправного разряда. Как правило, RAID-контроллеры могут получить данные об ошибке с помощью механизмов отслеживания случайных сбоев. За счет разбиения данных на порции RAID 3 имеет высокую производительность. Поскольку при каждой операции ввода / вывода
производится обращение практически ко всем дискам массива, то одновременная обработка нескольких запросов невозможна.
Этот уровень подходит для приложений с файлами большого объема и малой частотой обращений (в основном это сфера мультимедиа). Использование только одного диска для хранения контрольной информации объясняет тот факт, что коэффициент использования дискового пространства достаточно высок (как следствие этого – относительно низкая стоимость). Для реализации массива требуется не меньше трех винчестеров.
Преимущества:
- отказ диска мало влияет на скорость работы массива;
- высокая скорость передачи данных;
- высокий коэффициент использования дискового пространства.
Недостатки:
- сложность реализации;
- низкая производительность при большой интенсивности запросов данных небольшого объема.
Отказоустойчивый массив независимых дисков с распределенной четностью (Independent Data Disks with Distributed Parity Blocks) (Рисунок 10). Самый распространенный уровень. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, отсутствует выделенный диск для хранения информации о четности, нет асимметричности конфигурации дисков.
В случае RAID 5 все диски массива имеют одинаковый размер – но один из них невидим для операционной системы. Например, если массив состоит из пяти дисков емкостью 10 Гб каждый, то фактически размер массива будет равен 40 Гб – 10 Гб отводится на контрольные суммы. В общем случае полезная емкость массива из N дисков равна суммарной емкости N-1 диска.
Рисунок 10 – массив RAID 5
В RAID 5 отсутствует выделенный диск для хранения информации о четности. Самый большой недостаток уровней RAID от 2-го до 4-го – это наличие отдельного диска (или дисков), хранящего информацию о четности. Скорость выполнения операций считывания достаточно высока, так как не требует обращения к этому диску. Но при каждой операции записи на нем изменяется информация, поэтому схемы RAID 2–4 не позволяют проводить параллельные операции записи. RAID 5 не имеет этого недостатка, так как контрольные суммы записываются на все диски массива, что делает возможным выполнение нескольких операций чтения или записи одновременно. RAID 5 имеет достаточно высокую скорость записи / чтения и малую избыточность.
Преимущества:
- высокая скорость записи данных;
- достаточно высокая скорость чтения данных;
- высокая производительность при большой интенсивности запросов чтения / записи данных;
- высокий коэффициент использования дискового пространства.
Недостатки:
- низкая скорость чтения / записи данных малого объема при единичных запросах;
- достаточно сложная реализация;
- сложное восстановление данных.
Отказоустойчивый массив независимых дисков с двумя независимыми распределенными схемами четности (Independent Data Disks with Two Independent Distributed Parity Schemes) (Рисунок 11). RAID 6 – это отказоустойчивый массив независимых дисков с распределением контрольных сумм, вычисленных двумя независимыми способами. Этот уровень во многом схож с RAID 5. Только в нем используется не одна, а две независимые схемы контроля четности, что позволяет сохранять работоспособность системы при одновременном выходе из строя двух накопителей. Для вычисления контрольных сумм в RAID 6 используется алгоритм, построенный на основе кода Рида-Соломона.
Рисунок 11 – массив RAID 6
RAID 6 использует две независимые схемы контроля четности. Этот уровень имеет очень высокую отказоустойчивость, большую скорость считывания (данные хранятся блоками, нет выделенных дисков для хранения контрольных сумм). В то же время из-за большого объема контрольной информации RAID 6 имеет низкую скорость записи. Он очень сложен в реализации, характеризуется низким коэффициентом использования дискового пространства: для массива из пяти дисков он составляет всего 60%, но с ростом числа дисков ситуация исправляется. RAID 6 по многим характеристикам проигрывает другим уровням, поэтому на сегодня не получил коммерческого применения.
Преимущества:
- высокая отказоустойчивость;
- достаточно высокая скорость обработки запросов.
Недостатки:
- низкая скорость чтения / записи данных малого объема при единичных запросах;
- очень сложная реализация;
- сложное восстановление данных;
- низкая скорость записи данных.
Отказоустойчивый массив, оптимизированный для повышения производительности (Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates) (Рисунок 12). В отличие от других уровней, RAID 7 не является открытым индустриальным стандартом – это зарегистрированная торговая марка компании Storage Computer Corporation. Массив основывается на концепциях, использованных в третьем и четвертом уровнях. Добавилась возможность кэширования данных. В состав RAID 7 входит контроллер со встроенным микропроцессором под управлением операционной системы реального времени (real-time OS). Она позволяет обрабатывать все запросы на передачу данных асинхронно и независимо.
Рисунок 12 – массив RAID 7
RAID 7 – зарегистрированная торговая марка компании Storage Computer Corporation. Блок вычисления контрольных сумм интегрирован с блоком буферизации; для хранения информации о четности используется отдельный диск, который может быть размещен на любом канале. RAID 7 имеет высокую скорость передачи данных и обработки запросов, хорошую масштабируемость. Самым большим недостатком этого уровня является стоимость его реализации.
Преимущества:
- очень высокая скорость передачи данных и высокая скорость обработки запросов (в 1,5…6 раз выше других стандартных уровней RAID);