Macierze dyskowe RAID

Autorzy:

Marek Malczewski
Tomek Tomaszewski

Politechnika Łódzka 2003

SPIS TREŚCI

HOME

>>>

<<<

END

• Wstęp

• Podsumowanie

• Charakterystyka RAID:

RAID 0

RAID 1

RAID 0+1

RAID 10

RAID 2

RAID 3

RAID 4

RAID 5

RAID 6

RAID 53

• Zakończenie

WSTĘP

HOME

>>>

<<<

END

RAID – Redundant Array of Inexpensive (Independent) Disks –
Nadmiarowa Macierz Tanich (Niezależnych) Dysków.
Pojęcie to po raz pierwszy ujrzalo światło dzienne w 1988 r. w Berkeley
Papers – magazynie naukowym wydawanym przez Pattersona, Gibsona &
Katza – pracowników Uniwersytetu Kalifornii w Berkeley.
Wkrótce zastąpiono słowo Independent słowem Inexpensive.
Wyżej wymieniona trójka i inni zdefiniowali oraz skategoryzowali różne
modele mapowania oraz ochrony dysków.
Do rozróznienia różnych modeli RAID użyto słowa „level” czyli poziom.
Może to sugerować iż numer przy poziomie, oznacza wyższość modeli o
wyższym numerze nad tymi o numerze niższym. To nieprawda.

RAID 0

blokowa macierz bez sprawdzania błędów

• technika rozmieszczania danych na dyskach, skierowana głównie

na wzrost prędkości zapisu / odczytu;

• dane dzielone na bloki konfigurowalnej wielkości (4 B -128kB), każdy

zapisywany sekwencyjnie na innym dysku;

• brak kontroli błędów;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 0

blokowa macierz bez sprawdzania błędów

Zalety:
• bardzo dobre osiągi, przy

zastosowaniu wielu dysków,
kanałów;

• największe prędkości

odczytu/zapisu przy użyciu
jednego napędu na jeden
kontroler;

• bardzo prosta technologia;
• proste w implementacji;
• zerowe „straty” miejsca na

dysku (100 GB przestrzeni
dyskowej pozwala na zapisanie
100 GB danych)

Wady:
• nie jest to prawdziwy RAID-

brak kontroli błędów;

• awaria jednego dysku z

macierzy powoduje utratę
wszystkich danych;

• nie powinno się go stosować w

systemach zawierających ważne
dane;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 1

lustrzane odbicie

• dyski łaczone parami- na obu zapisywane identyczne kopie danych;
• w razie awarii jednego z dysków, dane przywracane z drugiego

napędu;

• zapis jest spowolniony, ale przy dobrej konfiguracji (dyski na

oddzielnych kontrolerach) prędkość zapisu niewiele niższa od
pojedyńczego dysku. Szybki odczyt- dane mogą być czytane na raz z
obu dysków;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 1

lustrzane odbicie

Zalety:
• 100% odzyskiwalność danych-

w razie awarii jednego dysku
mamy idealną kopię na drugim;

• zwiększona prędkość odczytu;
• najprostszy w implementacji

spośrod wszystkich RAIDów;

• odporny na wielokrotne, losowe

awarie dyskowe

Wady:
• 50 % straty przestrzeni

dyskowej;

• najczęściej realizowany

programowo obciążając mocno
CPU/podzespoły. Implementacja
sprzętowa bardzo zalecana;

• brak obsługi technologii hot-

swap, w przypadku
implementacji software’wej;

HOME

>>>

<<<

END

RAID
0+1

dzielenie + duplikowanie

• macierz obsługująca jedynie parzyste ilości dysków;
• połaczenie macierzy typu 0 z macierzą typu 1. Dokładnie rzecz biorąc

jest to macierz typu 1, której duplikowanymi elementami są macierze
typu 0;

• zwiększona prędkośc zapisu/odczytu poprzez zastosowanie łączonych

dysków;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 0+1

dzielenie + duplikowanie

Zalety:
• duża prędkośc zapisu/ odczytu;
• taka sama odporność na błędy

jak macierzy RAID 1;

• idealne rozwiązanie dla

użytkowników potrzebujących
dużej wydajności przy średniej
niezawodności;

Wady:
• awaria pojedyńczego dysku

powoduje zmianę macierzy w
RAID 0;

• bardzo drogie rozwiązanie ;
• niemożność dodawania

pojedyńczych dysków;

• mała skalowalność;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 10

duplikowanie + dzielenie

• minimum 4 dyski;
• macierz typu 0, której elementami są macierze typu 1;
• bardzo dobre rozwiązanie dla firm, które zdecydowały się na RAID 1

ale potrzebują dodatkowego wzrostu wydajności;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 10

dzielenie + duplikowanie

Zalety:
• duża prędkośc zapisu/ odczytu;
• taka sama odporność na błędy

jak macierzy RAID 1;

• pod pewnymi warunkami,

macierz typu 10 może przetrwać
awarię kilku dysków naraz;

Wady:
• wszystkie dyski muszą

pracować równolegle;

• bardzo drogie rozwiązanie ;
• mała skalowalność;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 2

RAID 0 + korekcja ECC

• dane zapisywane jak w macierzy RAID typu 0, przy czym po zapisaniu

pełnego rzędu bitów do połączonych dysków, następuje wyliczenie
oraz zapis na specjalnie do tego przygotowane dyski wartości
wyliczonych z kodu Hamminga;

• korekcja ECC, oparta na kodzie Hamminga, po wykryciu błędu w

zapisanych danych następuje natychmiastowa korekcja;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 2

RAID 0 + korekcja ECC

Zalety:
• korekcja błędów ‘on the fly’;
• możliwe bardzo duże transfery;
• wraz ze wzrostem ilości

wykorzystywanych dysków
rośnie stosunek ilości dysków z
danymi do ilości dysków z
informacją kontrolną

• relatywnie prosty kontroler w

porównaniu z RAID poziom
3,4,5;

Wady:
• przy małej ilości dysków, bardzo

duży stosunek dysków ECC do
dysków z danymi- nieopłacalne;

• nie istnieje komercyjna

implementacja sprzętowa
takiego rozwiązania ;

• bardzo wysokie koszty

wejściowe- opłacalne tylko w
przypadku zapotrzebowania na
duże szybkości transferów;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 3

RAID 0 + bit parzystości

• wymagane minimum 3 dyski;
• analogicznie do macierzy typu 2, dane zapisywane blokami na kilku

dyskach połączonych w jeden wirtualny dysk, z każdego zapisywanego
bloku wyliczona jest suma kontrolna .Suma ta zapisywana jest na
dodatkowy dysk ( w odróżnieniu od RAID 2 jest to jeden dysk, a nie
kilka )

• zwiększona prędkośc zapisu/odczytu poprzez zastosowanie łączonych

dysków;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 3

RAID 0 + bit parzystości

Zalety:
• duża prędkośc zapisu/ odczytu;
• awaria dysku nie ma znaczenia

dla całego ukladu;

• niski stosunek ilości dysków z

informacją kotrolną do ilości
dysków z danymi- duża
opłacalność;

Wady:
• złożona budowa kontrolera;
• bardzo trudne i zasobożerne do

zrealizowania programowego ;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 4

1 dysk z informacją kontrolną

• minimum 3 dyski;
• rozwiązanie bardzo podobne do macierzy typu 2 i 3, z tą różnicą, że

zamiast pojedyńczych bajtów, na dyski zapisywane są całe bloki
danych ;

• na dodatkowym dysku zapisywana informacja kontrolna w postaci

bitów ECC;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 4

1 dysk z informacją kontrolną

Zalety:
• bardzo duża pędkość odczytu;
• 1 dysk z informacją kontrolną –

niski stosunek do ilósci dysków z
danymi – duża opłacalność;

Wady:
• złożona budowa kontrolera;
• najniższe z wszystkich rodzajów

RAID’ów szybkości zapisu;

• w przypadku awarii

jakiegokolwiek dysku, trudne i
czasochłonne odzyskiwanie
danych;

• bardzo trudne do

zaimplementowania
programowego;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 5

dane + bit parzystości na jednym dysku

• poziom 5 pracuje bardzo podobnie do poziomu 4 z tą różnicą, iż bity

parzystości nie są zapisywane na specjalnie do tego przeznaczonym
dysku, a są rozpraszane po całej strukturze macierzy;

• niezawodność – w razie awarii system odbuduje utracone dane,

zmniejszając jednak bieżącą wydajność macierzy. Po zamontowaniu
nowego dysku, macierz przeniesie na niego odtworzone dane-
wydajność systemu wraca do normy.

HOME

>>>

<<<

END

RAID 5

dane + bit parzystości na jednym dysku

Zalety:
• najwyższa prędkośc odczytu;
• duża prędkość zapisu;
• brak dysków przeznaczonych

wyłącznie na informację
kontrolną- duża opłacalność;

• duża niezawodnośc;

Wady:
• bardzo trudne rozwiązanie jeśli

chodzi o złożoność kontrolera;

• spory wpływ awarii jednego

dysku na wydajność całego
systemu;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 6

podwójny zapis informacji kontrolnej

• jest to rozszerzenie macierzy typu 5;
• informacja kontrolna zapisywana na tych samych dyskach co dane,

zapis bitów parzystości dwukrotny, niezależnie od siebie;

• idealne rozwiązanie do wymagających krytycznej niezawodności

systemów;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 6

podwójny zapis informacji kontrolnej

Zalety:
• duża prędkośc odczytu;
• bardzo wysoka odporność na

awarie- może znieść awarie kilku
dysków na raz;

• niezawodnoś, może być

stosowany nawet w systemach
wymagających krytycznej
niezawodności;

• średnia prędkość zapisu;

Wady:
• bardzo złożona budowa

kontrolera;

• obliczanie adresów informacji

kontrolnej wymaga wysokiej
ilości zasobów CPU/kontrolera;

• wymaga N+2 dysków do

zaimplementowania – podwójny
zapis informacji kontrolnej;

• dość drogie rozwiązanie;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 53

weryfikacja danych + szybkość

• minimum 5 dysków do implementacji;
• naprawdę powinien nazywać się RAID 03- jest to macierz typu 0,

której elementami są macierze typu 3;

• zwiększona prędkośc zapisu/odczytu poprzez zastosowanie łączonych

dysków;

HOME

>>>

<<<

END

RAID 53

weryfikacja danych + szybkość

Zalety:
• duża prędkośc zapisu/ odczytu;
• taka sama odporność na błędy

jak macierzy RAID 3;

• idealne rozwiązanie dla

użytkowników potrzebujących
dużej wydajności przy średniej
niezawodności;

Wady:
• bardzo droga w implementacji;
• wszystkie dyski muszą być

zsynchronizowane, co zncznie
ogranicza ich wybór (muszą to
być podobne modele);

• duże straty przestrzeni

dyskowej;

• mała skalowalność;

HOME

>>>

<<<

END

PODSUMOWANIE

HOME

>>>

<<<

END

Technologia RAID stała się potężnym narzędziem przys- pieszania
wydajności podsystemu dyskowego i/lub zwiększania bezpieczeństwa
danych.
Sposób realizacji: sprzętowy oraz programowy. Oczywiście model
sprzętowy ze specjalnie zbudowanym w celu łączenia/ przeliczania danych
kontrolerem jest znacznie wydajniejszy od modelu czysto programowego.
Jest jednak dużo droższy.
Nakłady potrzebne na uruchomienie macierzy na serwerze często
przewyższają ewentulne koszty utraty danych.
Dodatkowym atutem stosowania macierzy jest likwidacja przestojów w
działaniu systemu- niektóre poziomy pozwalają na użycie technologii hot-
swap celem szybkiej wymiany uszkodzonego napędu, bez zatrzymania
pracy serwera.
Uzyskane podczas pracy z RAIDem parametry eksploatacyjne i
ekonomiczne są lepsze niż w przypadku użycia pojedyńczych dysków o
dużych pojemnościach.

KONIEC

Dziękujemy za poświęcony
czas.

HOME

>>>

<<<

END