Вопрос. Дайте краткую характеристику дисковых массивов RAID

RAID 0. Дисковый массив без отказоустойчивости (Striped Disk Array without Fault Tolerance) Представляет собой дисковый массив, в котором данные разбиваются на блоки, и каждый блок записываются (или же считывается) на отдельный диск. Таким образом, можно осуществлять несколько операций ввода-вывода одновременно.

 

Преимущества:

наивысшая производительность для приложений требующих интенсивной обработки запросов ввода/вывода и данных большого объема;

простота реализации;

низкая стоимость на единицу объема.

 

Недостатки:

неотказоустойчивое решение - отказ одного диска влечет за собой потерю всех данных массива.

 

RAID 1. Дисковый массив с дублированием или зеркалка (mirroring)

Зеркалирование - традиционный способ для повышения надежности дискового массива небольшого объема. В простейшем варианте используется два диска, на которые записывается одинаковая информация, и в случае отказа одного из них остается его дубль, который продолжает работать в прежнем режиме.

 

Преимущества:

простота реализации;

простота восстановления массива в случае отказа (копирование);

достаточно высокое быстродействие для приложений с большой интенсивностью запросов.

Недостатки:

высокая стоимость на единицу объема - 100% избыточность;

невысокая скорость передачи данных.

RAID 2. Отказоустойчивый дисковый массив с использованием кода Хемминга (Hamming Code ECC).

Избыточное кодирование, которое используется в RAID 2, носит название кода Хемминга. Код Хемминга позволяет исправлять одиночные и обнаруживать двойные неисправности. Сегодня активно используется в технологии кодирования данных в оперативной памяти типа ECC и кодировании данных на магнитных дисках.

Преимущества:

быстрая коррекция ошибок ("на лету");

очень высокая скорость передачи данных больших объемов;

при увеличении количества дисков, накладные расходы уменьшаются;

достаточно простая реализация.

Недостатки:

высокая стоимость при малом количестве дисков;

низкая скорость обработки запросов (не подходит для систем ориентированных на обработку транзакций).

 

RAID 3. Отказоустойчивый массив с параллельной передачей данных и четностью (Parallel Transfer Disks with Parity)

Данные разбиваются на подблоки на уровне байт и записываются одновременно на все диски массива кроме одного, который используется для четности. Использование RAID 3 решает проблему большой избыточности в RAID 2. Большинство контрольных дисков, используемых в RAID уровня 2, нужны для определения положения неисправного разряда. Но в этом нет нужды, так как большинство контроллеров в состоянии определить, когда диск отказал при помощи специальных сигналов, или дополнительного кодирования информации, записанной на диск и используемой для исправления случайных сбоев.

 

Преимущества:

очень высокая скорость передачи данных;

отказ диска мало влияет на скорость работы массива;

малые накладные расходы для реализации избыточности.

Недостатки:

непростая реализация;

низкая производительность при большой интенсивности запросов данных небольшого объема.

RAID 4. Отказоустойчивый массив независимых дисков с разделяемым диском четности (Independent Data disks with shared Parity disk)

Данные разбиваются на блочном уровне. Каждый блок данных записывается на отдельный диск и может быть прочитан отдельно. Четность для группы блоков генерируется при записи и проверяется при чтении. RAID уровня 4 повышает производительность передачи небольших объемов данных за счет параллелизма, давая возможность выполнять более одного обращения по вводу/выводу одновременно. Главное отличие между RAID 3 и 4 состоит в том, что в последнем, расслоение данных выполняется на уровне секторов, а не на уровне битов или байтов.

 

Преимущества:

очень высокая скорость чтения данных больших объемов;

высокая производительность при большой интенсивности запросов чтения данных;

малые накладные расходы для реализации избыточности.

Недостатки:

достаточно сложная реализация;

очень низкая производительность при записи данных;

сложное восстановление данных;

низкая скорость чтения данных малого объема при единичных запросах;

асимметричность быстродействия относительно чтения и записи.

 

RAID 5. Отказоустойчивый массив независимых дисков с распределенной четностью (Independent Data disks with distributed parity blocks)

Этот уровень похож на RAID 4, но в отличие от предыдущего четность распределяется циклически по всем дискам массива. Это изменение позволяет увеличить производительность записи небольших объемов данных в многозадачных системах. Если операции записи спланировать должным образом, то, возможно, параллельно обрабатывать до N/2 блоков, где N - число дисков в группе.

 

Преимущества:

высокая скорость записи данных;

достаточно высокая скорость чтения данных;

высокая производительность при большой интенсивности запросов чтения/записи данных;

малые накладные расходы для реализации избыточности.

Недостатки:

скорость чтения данных ниже, чем в RAID 4;

низкая скорость чтения/записи данных малого объема при единичных запросах;

достаточно сложная реализация;

сложное восстановление данных.

 

RAID 6. Отказоустойчивый массив независимых дисков с двумя независимыми распределенными схемами четности (Independent Data disks with two independent distributed parity schemes)

Данные разбиваются на блочном уровне, аналогично RAID 5, но в дополнение к предыдущей архитектуре используется вторая схема для повышения отказоустойчивости. Эта архитектура является устойчивой к двойным отказам. Однако при выполнении логической записи реально происходит шесть обращений к диску, что сильно увеличивает время обработки одного запроса.

 

Преимущества:

высокая отказоустойчивость;

достаточно высокая скорость обработки запросов;

относительно малые накладные расходы для реализации избыточности.

Недостатки:

очень сложная реализация;

сложное восстановление данных;

очень низкая скорость записи данных.

 

Современные RAID контроллеры позволяют комбинировать различные уровни RAID. Таким образом, можно реализовать системы, которые объединяют в себе достоинства различных уровней, а также системы с большим количеством дисков. Обычно это комбинация нулевого уровня (stripping) и какого либо отказоустойчивого уровня.

 

RAID 10. Отказоустойчивый массив с дублированием и параллельной обработкой

Эта архитектура являет собой массив типа RAID 0, сегментами которого являются массивы RAID 1. Он объединяет в себе очень высокую отказоустойчивость и производительность.

 

Преимущества:

высокая отказоустойчивость;

высокая производительность.

Недостатки:

очень высокая стоимость;

ограниченное масштабирование.

 

RAID 30. Отказоустойчивый массив с параллельной передачей данных и повышенной производительностью.

Представляет собой массив типа RAID 0, сегментами которого являются массивы RAID 3. Он объединяет в себе отказоустойчивость и высокую производительность. Обычно используется для приложений требующих последовательной передачи данных больших объемов.

 

Преимущества:

высокая отказоустойчивость;

высокая производительность.

Недостатки:

высокая стоимость;

ограниченное масштабирование.

 

RAID 50. Отказоустойчивый массив с распределенной четностью и повышенной производительностью

Являет собой массив типа RAID 0, сегментами которого являются массивы RAID 5. Он объединяет в себе отказоустойчивость и высокую производительность для приложений с большой интенсивностью запросов и высокую скорость передачи данных.

 

Преимущества:

высокая отказоустойчивость;

высокая скорость передачи данных;

высокая скорость обработки запросов.

Недостатки:

высокая стоимость;

ограниченное масштабирование.

 

RAID 7. Отказоустойчивый массив, оптимизированный для повышения производительности. (Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates).

RAID 7® является зарегистрированной торговой маркой Storage Computer Corporation (SCC) Для понимания архитектуры RAID 7 рассмотрим ее особенности:

1. Все запросы на передачу данных обрабатываются асинхронно и независимо.

2. Все операции чтения/записи кэшируются через высокоскоростную шину x-bus.

3. Диск четности может быть размещен на любом канале.

4. В микропроцессоре контроллера массива используется операционная система реального времени ориентированная на обработку процессов.

5. Система имеет хорошую масштабируемость: до 12-ти host-интерфейсов, и до 48-ми дисков.

6. Операционная система контролирует коммуникационные каналы.

7. Используются стандартные SCSI диски, шины, материнские платы и модули памяти.

8. Используется высокоскоростная шина X-bus для работы с внутренней кеш памятью.

9. Процедура генерации четности интегрирована в кеш.

10. Диски, присоединенные к системе, могут быть задекларированы как отдельно стоящие.

11. Для управления и мониторинга системы можно использовать SNMP агент.

 

Преимущества:

высокая скорость передачи данных и высокая скорость обработки запросов (1.5 - 6 раз выше других стандартных уровней RAID);

высокая масштабируемость хост интерфейсов;

скорость записи данных увеличивается с увеличением количества дисков в массиве;

для вычисления четности нет необходимости в дополнительной передаче данных.

Недостатки:

собственность одного производителя;

очень высокая стоимость на единицу объема;

короткий гарантийный срок;

не может обслуживаться пользователем;

нужно использовать блок бесперебойного питания для предотвращения потери данных из кеш памяти.