Технология обеспечения отказоустойчивости с помощью массивов жестких дисков называется RAID - Redundant Array of Inexpensive Disks (избыточный массив недорогих дисков). Наличие избыточности, однако, не гарантирует 100% надежности хранения данных. При выходе системы из строя (например, из-за поломки RAID-контроллера) восстановление данных с RAID массива является более сложной и трудоемкой задачей, чем восстановление информации с отдельного жесткого диска. Она занимает длительный отрезок времени и требует значительных трудозатрат. Иногда для восстановления информации с RAID массива даже приходится писать специальные программные модули, позволяющие «собрать» испорченные данные, распределенные по многим жестким дискам.
Рассмотрим основные характеристики уровней RAID с точки зрения надежности и сложности восстановления.
RAID 0 по существу не является отказоустойчивой системой, но способен значительно повысить производительность. В обычной системе данные последовательно записываются на диск, пока не будет исчерпан его объем. RAID 0 распределяет данные по дискам массива следующим образом. Если, например, используются четыре диска, то данные записываются на первую дорожку первого диска, затем на первую дорожку второго диска, первую дорожку третьего и первую дорожку четвертого. Затем данные записываются на вторую дорожку первого диска и т. д. Такое распределение данных позволяет одновременно читать и записывать данные на четырех дисках и тем самым увеличивает производительность системы. С другой стороны, если один из дисков выйдет из строя, восстанавливать данные придется тоже на всех четырех дисках. Таким образом, технология RAID 0 является самой быстрой, но и самой ненадежной с точки зрения сохранения информации.
RAID 1 реализует метод зеркаливания/дуплексирования данных, создавая для каждого диска массива вторую копию данных на отдельном диске. Дуплексирование помимо данных на диске дублирует также адаптерную плату и кабель, обеспечивая еще большую избыточность. Метод хранения двух копий данных - надежный способ реализации отказоустойчивой дисковой подсистемы, и он нашел широкое применение в современных архитектурах.
RAID 2 распределяет данные на дисках массива побитно: первый бит записывается на первом диске, второй бит - на втором диске и т. д. Избыточность обеспечивается за счет нескольких дополнительных дисков, куда записывается код коррекции ошибок. Эта реализация дороже, поскольку требует больших накладных расходов: массив с числом основных дисков от 16 до 32 должен иметь три дополнительных диска для хранения кода коррекции. RAID 2 обеспечивает высокую производительность и надежность, но его применение ограничено главным образом рынком компьютеров для научных исследований из-за высоких требований к минимальному объему дискового пространства. В сетевых файловых серверах этот метод в настоящее время не используется.
RAID 3 распределяет данные на дисках массива побайтно: первый байт записывается на первом диске, второй байт - на втором диске и т. д. Избыточность обеспечивает один дополнительный диск, куда записывается сумма данных по модулю 2 (XOR) для каждого из основных дисков. Таким образом, RAID 3 разбивает записи файлов данных, храня их одновременно на нескольких дисках и обеспечивая очень быстрые чтение и запись. XOR-сегменты на дополнительном диске позволяют обнаружить любую неисправность дисковой подсистемы, а специальное ПО определит, какой из дисководов массива вышел из строя. Использование побайтного распределения данных позволяет выполнять одновременное чтение или запись данных с нескольких дисков для файлов с очень длинными записями. В каждый момент времени может выполняться только одна операция чтения или записи.
RAID 4 аналогичен RAID 3, за тем исключением, что данные распределяются на дисках по блокам. Для хранения XOR-сегментов также используется один дополнительный диск. Эта реализация удобна для файлов с очень короткими записями и большей частотой операций чтения по сравнению с операциями записи, поскольку в этом случае при подходящем размере блоков на диске возможно одновременное выполнение нескольких операций чтения. Однако по-прежнему допустима только одна операция записи в момент времени, так как все операции записи используют один и тот же дополнительный диск для вычисления контрольной суммы.
RAID 5, как и RAID 4, использует поблоковое распределение данных, но XOR-сегменты распределены по всем дискам массива. Это позволяет выполнять несколько операций записи одновременно. RAID 5 также удобен для файлов с короткими записями.
RAID 7 – разработка компании Storage Computer. RAID 7 не является, по существу, уровнем RAID поскольку не предлагает новых способов организации данных. Основные изменения коснулись способов доступа к данным. Все диски, которых может быть до 48 (46 - непосредственно для данных, 1 для четности, 1 - в горячем резерве), подключены к индивидуальным каналам, что позволяет организовать асинхронный доступ к данным. Система поддерживает подключения к 12 хостам, обмен данными с которыми тоже осуществляется асинхронно. Доступом к каждому диску и операциями с каждым хостом заведует свой интеллектуальный контроллер с ассоциированным буфером. В системе имеется объединенный кэш и процессор управления доступом, работающий в системе реального времени. В случае отказа накопителей или других элементов запрос помещается в кэш, в то время как система перестраивает данные. RAID 7 поддерживает все традиционные уровни RAID преимущественно ориентируется на уровни 3 и 5, автоматически адаптируя способ организации хранения данных под конкретные задачи.
RAID 10 – объединение технологий RAID 1 и RAID 0. Жесткие диски сначала зеркалируются, а потом используется попеременная запись.
назад
