RAID w macierzach dyskowych.

RAID w macierzach dyskowych.
FIRMY MAGAZYNUJĄCE ZNACZNE ILOŚCI INFORMACJI oczekują zarówno ochrony, jak i
szybkiego dostępu do danych. Obydwie te cechy łączą w sobie tzw. macierze lub matryce
dyskowe RAID (redundant array of independent disks). Istnieje kilka tego typu systemów, które
- w miarę powstawania - oznaczano kolejnymi numerami.
Najstarszymi sposobami poprawienia szybkości i bezpieczeństwa danych są zapisy:
jednoczesny (data stripping) oraz lustrzany (data mirroring). Pierwszy polega na jednoczesnym
zapisie wielu fragmentów jednego pliku na różnych dyskach. Drugi - to równoległy zapis danych
na wielu dyskach. Stripping powoduje przyśpieszenie transmisji danych, ale nie zwiększa
bezpieczeństwa (każdy fragment pliku zapisywany jest tylko raz bez względu na liczbę dysków),
natomiast mirroring daje wielokrotny zapis, a więc wzrost bezpieczeństwa, jednak kosztem
szybkości zapisu. Z reguły w stosowanych technologiach RAID stosuje się połączenie obu
technik.
Od zera do siódemki
Najstarszą i najprostszą technologią zapisu jest RAID 0. Bazuje na metodzie zapisu
jednoczesnego (data stripping). W razie awarii dane giną, gdyż nie są powielane (technika bez
redundancji, czyli nadmiarowości danych). Z drugiej strony, jest to najszybsza technika
transmisji danych, gdyż pliki dzielone są na fragmenty i jednocześnie zapisywane na kilku
dyskach.
1/5
RAID w macierzach dyskowych.
Większe bezpieczeństwo gwarantuje RAID 1. Jest to zapis lustrzany (mirroring) wszystkich
danych. W razie awarii metoda ta zapewnia natychmiastowy dostęp do danych, ale kosztem
zwielokrotniania urządzeń (dysków i kontrolerów). Z reguły w systemie pracują dwa dyski,
każdy z własnym kontrolerem (duplexing).
W technice RAID 2 stosowany jest dodatkowo tzw. bit-interleaving, czyli zapis podzielonej
informacji (bit po bicie) na oddzielnych fizycznie dyskach wraz z zapisem kodów korekcji dla
celów ewentualnej korekcji błędów (ECC - Error Code Correction) na wydzielonym dysku. Na
podstawie bitów kontrolnych można odtworzyć dane z uszkodzonego dysku. Tego typu technika
wykorzystywana była praktycznie jedynie w dużych komputerach typu mainframe. Wraz z
pojawieniem się dysków z kontrolą błędów ECC standard ten został wyparty przez RAID 3.
Poszerzona technika RAID 2 uzupełniona o byte-interleaving (lub bit-interleaving) wraz ze
strippingiem została oznaczona jako RAID 3. Jeden z dysków jest wykorzystywany
wyłącznie do zapisu informacji związanych z korekcją błędów (parzystość danych). Tego typu
zestaw realizuje jednocześnie tylko jedną operację wejścia/wyjścia, więc jest szybki tylko w
przypadku dużych bloków danych. W związku z powyższym raczej nie stosuje się tego
rozwiązania w środowiskach wielozadaniowych.
Standard RAID 4 polega na przeplataniu całych bloków danych (interleaving). Oddzielnie
zapisuje się kody korekcyjne analogicznie jak w RAID 2 i RAID 3. Można obsługiwać
jednocześnie wiele operacji wejścia/wyjścia, dzięki czemu uzyskuje się szybszą pracę niż w
RAID 3. Każdy zapis transakcji wymaga oddzielnego zapisu kodów korekcji, co jednakże
spowolnia transmisję. W praktyce jest rzadko spotykany ze względu na niewielkie zalety w
stosunku do RAID 2 i RAID 3.
2/5
RAID w macierzach dyskowych.
Z kolei RAID 5 stosuje przeplot bloków danych - na każdym dysku zapisywane są dane i ich
kody korekcyjne. Kody kontrolne przechowywane są na wszystkich dyskach fizycznych. Dzięki
temu jest możliwość jednoczesnego zapisu i odczytu danych, co powoduje, że system RAID 5
jest szybki. Obecnie jest to najpopularniejszy sposób przechowywania danych w matrycach
dyskowych, łączący zalety strippingu i mirroringu przy zachowaniu rozsądnej ceny. Technika ta
umożliwia wymianę uszkodzonego dysku na nowy i regenerację danych w czasie pracy
systemu (hot-swap). Dla potrzeb bezpieczeństwa przeznaczona jest przestrzeń dyskowa o
wielkości jednego dysku z zestawu wszystkich dysków w macierzy.
RAID 6 jest techniką podobną do poprzedniej, ale informacje kontrolne są duplikowane i
przechowywane na dwóch dyskach, dzięki czemu uzyskuje się większą odporność na awarie.
RAID 7 zapewnia asynchroniczny dostęp do danych dzięki odpowiedniemu sterownikowi
wyposażonemu we własny procesor i system operacyjny SOS (StorComp Operating System).
Dzięki temu w RAID 7 mogą współpracować dyski o różnych parametrach, a także o różnych
mediach zapisu danych (np. dyski optyczne). Zabezpieczenie danych realizowane jest przez
rejestrację kodów kontrolnych na specjalnych, dedykowanych dyskach. Zapisane informacje
można odtworzyć nawet w przypadku awarii czterech dysków z danymi. Występuje tu rozdział
danych na wszystkich dyskach macierzy (co najmniej 3) z dedykowanym dyskiem do
przechowywania kodów kontrolnych.
Dwa w jednym
3/5
RAID w macierzach dyskowych.
RAID 10 to nic innego, jak skrzyżowanie techniki strippingu (RAID 0) i mirroringu (RAID 1).
Standard umożliwia redundancję informacji, dzięki czemu uzyskuje się dużą niezawodność
systemu. Czasami spotyka się określenie RAID 1/0 lub RAID 1.2.
Natomiast RAID 30 jest połączeniem techniki RAID 0 i 3, a więc jednoczesnego zapisu na
wielu dyskach z pełnym mirroringiem. Łączy zalety obu technik.
Analogicznie jak poprzednio, RAID 50 jest połączeniem techniki RAID 0 i 5, a więc
jednoczesnego zapisu na wielu dyskach z przeplotem danych i kodów kontrolnych.
W praktyce spotyka się rozwiązania skromniejsze, oparte na RAID 0 i 1, oraz nieco bardziej
zaawansowane - typu 5, 10, 30 i 50. Rzadko kiedy producenci rozróżniają precyzyjnie rodzaj
poziomu RAID z dokładnością do podklasy, a za takie mogą uchodzić poziomy 4, 6 i 7. Dlatego
też trudno znaleźć system oznaczony właśnie tymi cyframi.
Termiczna terapia
4/5
RAID w macierzach dyskowych.
W przypadku wystąpienia awarii wymienia się uszkodzony dysk. Istnieją trzy podstawowe
sposoby wykonywania tej operacji. "Zamiana na gorąco" (hot replacement) polega na
wstrzymaniu operacji zapisu i odczytu na wszystkich dyskach matrycy na czas wymiany, po
której następuje odtworzenie zawartości. "Wymiana na gorąco" (hot swap) to wstrzymanie
operacji zapisu i odczytu na uszkodzonym dysku (pozostałe działają normalnie), po czym
następuje odtworzenie jego zawartości. "Aktywny dysk zapasowy" (on-line spare) to zamiana
dysku uszkodzonego na działający stale dysk zapasowy. Ponadto stosuje się obecnie technikę
"dodanie na gorąco" (hot add), polegającą na dodaniu nowego dysku do istniejącej macierzy w
trakcie pracy całości.
5/5