Ce este nivelul de stocare RAID 0, 1, 5, 10

Ce sunt Raid-ul și diferitele sale tipuri? „RAID” („Redundant Array of Independent Disks”, denumit uneori „Redundant Array of Inexpensive Disks”) este o tehnologie de virtualizare a stocării care integrează mai multe unități de disc în componente logice pentru a oferi redundanță a datelor, îmbunătățirea performanței sau ambele.

Acesta este opusul vechii idei de unități de disc mainframe de înaltă calitate, denumite „disc unic cu costuri mari” sau SLED.

Ce este mai exact Raid? Care sunt diferitele tipuri?

Datele sunt răspândite pe unități prin diferite metode, cunoscute după nivelul RAID, în funcție de cantitatea de redundanță și de performanță. Diferitele scheme sau layout-uri pentru distribuirea datelor sunt identificate prin termenul „RAID” și urmate de numere. De exemplu, RAID 1 sau RAID 2.

Fiecare schemă, precum și nivelul RAID, au diferite niveluri de echilibru între obiectivele principale de disponibilitate, performanță de fiabilitate și capacitate. Nivelurile RAID care sunt mai mari decât RAID 0 protejează greșelile de citire a sectorului recuperabil și împotriva posibilității defecțiunilor tuturor unităților fizice.

Prezentare generală

Un număr de niveluri RAID utilizează o schemă de protecție a erorilor cunoscută sub numele de „paritate”, care este o metodă extrem de populară folosită în domeniul tehnologiei informației. Oferă toleranță la erori pentru o anumită colecție de date.

Numeroase niveluri RAID folosesc XOR de bază. Cu toate acestea, RAID 6 folosește două părți separate care se bazează pe înmulțirea și adăugarea în câmpul specific de corecție a erorilor Reed-Solomon sau Galois.

RAID poate oferi, de asemenea, securitatea datelor folosind unități SSD (Solid-state drives) fără costul unui sistem SSD complet. De exemplu, un SSD rapid ar putea fi oglindit folosind o unitate electronică. Pentru a oferi cea mai rapidă viteză posibilă, este necesar controlerul potrivit care utilizează SSD-ul rapid pentru fiecare operație de citire. Se numește „RAID hibrid”.

Niveluri standard

La început, existau cinci niveluri de RAID. De atunci, s-au dezvoltat numeroase variații cu mai multe niveluri imbricate, precum și un număr de niveluri care nu sunt standard (în mare parte exclusive) . Nivelurile RAID, precum și formatele lor asociate pentru date, pot fi standardizate prin intermediul Storage Networking Industry Association (SNIA) în standardul Common RAID DDF PDisk Drive Format):

RAID 0

Este o formă de dungi. Cu toate acestea, nu există oglindire sau chiar paritate. În comparație cu un volum întins , capacitatea volumului său este exact aceeași. Este capacitatea totală a unităților din set. Cu toate acestea, deoarece stripingul răspândește conținutul fiecărui fișier pe toate unitățile setului, eșecul oricărei unități poate duce la pierderea întregului fișier sau a volumului.

Spre deosebire de cazul volumelor extinse, acestea păstrează fișierele care se află pe unitățile care nu se defectează. Avantajul este că viteza operațiunilor de citire și scriere în orice fișier anume va fi mărită cu numărul de unități. Spre deosebire de volumele întinse, operațiunile de citire și scriere sunt efectuate simultan.

RAID 1

RAID 1 constă în oglindire a datelor, dar fără stripping sau paritate. Datele sunt scrise într-un mod similar cu mai multe unități, ceea ce are ca rezultat „colecția în oglindă” care cuprinde unități.

Aceasta înseamnă că fiecare solicitare de citire este gestionată de orice unitate din set. Dacă cererea este trimisă către toate unitățile din colecție, atunci ar putea fi servită prin intermediul celui care este capabil să acceseze inițial (în funcție de latența sa de rotație) , ceea ce îmbunătățește performanța.

Debitul de citire susținut, cu condiția ca controlerul sau programul să fie optimizat pentru acesta, este similar cu debitul total al fiecărei unități din cadrul setului, exact ca nivelul anterior. Debitul real de citire al multor implementări RAID 1 este mai lent în comparație cu cel mai puternic drive.  

Debitul de scriere este, în general, mai lent, deoarece fiecare unitate trebuie să fie actualizată, iar cea cu cea mai mică viteză limitează viteza de scriere. Matricea va continua să funcționeze atâta timp cât funcționează cel puțin o unitate.

RAID 2

RAID 2 constă în striping la nivel de biți care se bazează pe paritatea codului Hamming. Rotația fiecărui ax de disc este sincronizată, iar datele sunt împărțite astfel încât fiecare bit secvenţial să fie stocat pe o unitate. Paritatea codului Hamming poate fi calculată pe biți identici și este păstrată pe cel puțin o unitate pentru paritate.

Acest lucru are doar importanță istorică. Chiar dacă a fost folosit pe anumite mașini mai vechi (de exemplu, cea a Thinking Machines CM-2), la momentul scrierii, nu este folosit în niciun sistem care este disponibil comercial.

RAID 3

RAID 3 este un striping la nivel de octeți care este dedicat parității. Rotația fiecărui ax de disc este sincronizată. Datele sunt împărțite astfel încât fiecare octet secvenţial să fie localizat pe o unitate complet diferită. Paritatea este calculată pe octeți identici și stocată pe o unitate de paritate separată. RAID 3 nu este utilizat pe scară largă în lumea reală, dar există implementări.

RAID 4

RAID 4 constă în striping la nivel de bloc cu paritate dedicată. Acesta a fost utilizat anterior de NetApp, dar acum este înlocuit cu o versiune privată a RAID 4 care are două discuri de paritate, cunoscute sub numele de RAID-DP.

Beneficiul principal pentru RAID 4 față de RAID 2 și 3 este paralelizarea I/O. Adică, în RAID 2 și 3, operația I/O de citire unică implică citirea întregii game de unități de date; cu toate acestea, cu RAID 4, o operație de citire I/O nu trebuie să fie distribuită pe toate unitățile. La rândul său, există un număr mai mare de procese I/O care pot fi efectuate în paralel, ceea ce îmbunătățește eficiența transferurilor mai mici.

RAID 5

RAID 5 cuprinde striping la nivel de bloc care are paritate distribuită. Spre deosebire de RAID 4, informațiile de paritate sunt partajate între unități, ceea ce necesită ca fiecare unitate, minus una, să fie în funcțiune. Dacă o singură unitate, citirile viitoare ar putea fi calculate folosind paritatea distribuită pentru a se asigura că datele nu pot fi pierdute. RAID 5 necesită cel puțin trei discuri.

Similar tuturor ideilor cu paritate unică, implementările masive RAID 5 sunt susceptibile la defecțiuni ale sistemului. Motivul pentru aceasta este tendințele în timpul necesar pentru a reconstrui o matrice și posibilitatea de defecțiune a unităților în procesul de reconstrucție. Reconstruirea unei matrice implică utilizarea tuturor discurilor pentru a citi date, ceea ce ar putea duce la o altă defecțiune a unității și chiar la distrugerea tuturor matricelor.

RAID 6 cuprinde striping la nivel de bloc, care are paritate dublă de distribuție. Paritatea dublă oferă capacitatea de a tolera defecțiuni până la 2 unități defectuoase. Aceasta înseamnă că grupurile RAID mai mari sunt mai fezabile, în special în sistemele cu disponibilitate ridicată, deoarece unitățile de capacitate mai mare pot dura mai mult pentru reparare.

RAID 6

RAID 6 necesită cel puțin patru discuri. La fel ca RAID 5, o singură defecțiune a unei unități poate duce la o scădere a performanței pentru întreaga matrice până când este înlocuită. Prin utilizarea unităților din diferite surse, este posibil să se atenueze cele mai comune probleme legate de RAID 5. Cu cât este mai mare capacitatea unității și cu cât numărul de matrice este mai mare, cu atât devine mai puțin vital să alegeți RAID 6.

Software RAID

Este esențial să înțelegeți că un controler RAID este partea centrală a unui sistem RAID. Joacă o funcție esențială în distribuirea datelor între matricele de discuri RAID care includ fiecare RAID hardware și RAID software.

Software RAID utilizează capabilitățile oferite de software RAID. Este software-ul RAID sau driverul RAID care este încorporat în sistemul de operare al serverelor. Această metodă nu necesită hardware suplimentar pentru a conecta dispozitivele de stocare. Ar putea, totuși, să adauge încărcătura totală de procesare pe servere și ar putea duce la calcule RAID lente și alte funcții care rulează de gadget.

Multe sisteme de operare pentru servere sunt capabile să accepte configurații RAID, cum ar fi cele care sunt de la Microsoft, Apple și diferite versiuni de sisteme Unix/Linux. De cele mai multe ori, Software RAID depinde de sistemul de operare utilizat. Prin urmare, nu este recomandat pentru diviziuni care sunt partajate între mai multe sisteme de operare.

Avantaje

• Putem crea o configurație RAID pentru același sistem de operare (de exemplu, Ubuntu) și apoi o aplicăm altor sisteme similare.
• Instalarea software-ului RAID este rentabilă, deoarece nu necesită echipament hardware suplimentar.
• Re-configurarea nivelurilor RAID este posibilă deoarece configurațiile sunt flexibile și nu complexe.
• Majoritatea sistemelor de operare sunt compatibile cu configurațiile software RAID, ceea ce facilitează instalarea și finalizarea sarcinilor de configurare care ajută la rezolvarea diferitelor probleme.
• Software-ul RAID este cel mai potrivit pentru procesarea RAID de bază 0, 1 și 10 care nu creează încărcare suplimentară pe sistem.

Dezavantaje

• Eșecurile sistemului de pe servere ar putea avea un efect negativ asupra integrității datelor.
• Implementarea software-ului RAID nu este benefică dacă există mai multe drivere pe sistem, deoarece pot apărea anumite conflicte.
• Anumite sisteme de operare acceptă doar anumite game de RAID.
• Software-ul RAID are potențialul de a avea un impact semnificativ asupra încărcării sistemului atunci când se realizează o configurație RAID complexă.
• Nu există prea multe oportunități de a utiliza RAID pe un sistem de operare care este în cluster.
• Repararea unui disc eșuat ar putea fi complexă.
• Software-ul RAID este susceptibil la malware și viruși, deoarece rulează în sistemul de operare al serverului care este utilizat pentru serverele primare.

Ne uităm la Software RAID și unele dintre punctele sale forte și punctele slabe. Putem concluziona că această abordare poate fi utilizată pentru proiecte mici cu bugete limitate și pentru situații în care computere eficiente din punct de vedere energetic și securitatea datelor. Recuperarea discului și datele rapide nu sunt priorități de top.

Este vital să fii conștient de faptul că acestea sunt doar sugestii generale, deoarece opțiunile depind de nevoile proiectului și de lucrările care trebuie finalizate.

RAID hardware

RAID hardware înseamnă că toate unitățile se conectează la controlerul RAID hardware care se află pe o placă RAID individuală sau pe un server sau integrat în placa de bază. Controlerele RAID hardware gestionează setările și matricele RAID. Poate suporta mai multe niveluri de RAID.

În anumite situații, controlerul RAID poate funcționa ca o versiune în miniatură a computerelor. Este așa pentru că sunt echipați cu procesoare special concepute pentru a-și finaliza munca.

În instalarea Hardware RAID, unitățile se conectează direct între ele prin intermediul plăcii de control RAID. Acest lucru nu se limitează la serverele mari, ci și la computerele desktop. Procesare hardware RAID este o referință la controlere separate (cum ar fi ATA RAID, SATA, DELTA PLCetc.) la sistemul de stocare.

Deoarece RAID-ul este controlat și procesat de placa controlerului, nu există încărcare suplimentară pentru procesorul serverului. RAID hardware poate oferi, de asemenea, câteva alte funcții suplimentare, cum ar fi opțiunea de a schimba discurile în cazul unei singure defecțiuni de disc. În plus, Hardware RAID este mai scump decât software RAID, dar este mai eficient și are o compatibilitate funcțională mai bună.

Avantaje

• Este ușor să mutați cutia între servere, computere și sistemul de operare.
• Un nivel ridicat de eficiență a sistemului este crucial pentru sistemele mai vechi care nu pot crește puterea de calcul a computerelor.
• Protecția împotriva coruperii și pierderii datelor ar putea apărea în cazul unei întreruperi de alimentare în timpul producerii copiilor de rezervă, deoarece RAID hardware utilizează bateriile de rezervă și memoria flash internă.
• Există mai puține probleme la utilizarea sistemelor RAID în procesul de creare a copiilor de rezervă, precum și în procesul de recuperare a datelor.
• Hardware RAID folosește memoria cache pentru a crea copii de rezervă și pentru a recupera datele.
• Flexibilitatea de a configura RAID care este dificil de realizat fără echipamentul potrivit.
• Pot fi utilizate mai multe niveluri RAID, dar vor necesita resurse mai mari.
• Funcționează bine pe toate tipurile de discuri.
• Compatibilitate cu o varietate de sisteme de operare.

Dezavantaje:

• De asemenea, este mai costisitor, deoarece necesită mai multe echipamente.
• Un lucru interesant este că Hardware RAID poate avea un raport de eficiență mai scăzut pentru anumite proiecte și sarcini, având în vedere costul său.
• Când controlerul RAID eșuează, acesta trebuie înlocuit cu un model de înlocuire pentru a preveni defecțiunile. Dacă un controler de înlocuire nu este disponibil imediat, pot apărea întârzieri de performanță a sistemului.
• Cu Hardware RAID, este posibil să întâmpinați dificultăți la instalarea HDD-urilor de la diferiți producători sau la instalarea unităților SSD și HDD.

Analizând avantajele/dezavantajele Hardware RAID, vedem că este o opțiune viabilă pentru a ajuta la proiecte mai scumpe care nu au limitări bugetare. În plus, este o opțiune ideală atunci când securitatea datelor și puterea de calcul sunt esențiale. În unele cazuri, Hardware RAID poate fi mai potrivit pentru proiectele care sunt conectate la dispozitive tehnice, deoarece interacțiunea cu dispozitivele de stocare poate cauza probleme.

RAID hibrid

În anumite cazuri, este posibil ca o ofertă RAID hibrid să fie mai bună. De exemplu, dacă este cazul în care RAID poate fi integrat cu BIOS-ul plăcii de bază, ar putea furniza date redundante suplimentare atunci când sistemul este pornit și ar putea ajuta la oprirea corupției datelor.

Avantaje

• În multe cazuri, sistemele RAID hibride sunt echipate cu o interfață grafică de utilizator care poate fi utilizată pentru a ajuta la configurarea RAID.
• RAID hibrid costă puțin și este ideal pentru o varietate de proiecte.
• RAID hibrid poate funcționa de obicei pe mai multe sisteme care rulează același sistem de operare.
• RAID hibrid poate proteja împotriva defecțiunii sistemului de pornire în timpul pornirii, care ar putea fi cauzată de o eroare de sistem sau de erori similare.

Dezavantaje

• Există, de asemenea, probleme legate de schimburile de unități, precum și de recuperarea datelor.
• Un RAID hibrid ar putea cauza încărcare excesivă pe servere care poate afecta productivitatea.
• Unele sisteme de operare (în special cele mai recente) pot necesita actualizarea regulată a driverelor pentru RAID. Acest lucru ar putea provoca conflicte între șoferi.
• Deoarece software-ul RAID este susceptibil la viruși, ar putea avea un model de amenințare mai puțin sigur.

Hybrid RAID este, totuși, o alegere excelentă, dar poate avea unele particularități. Acesta este motivul pentru care este ideal pentru o varietate de proiecte. Este recomandat să selectați Hybrid RAID dacă știți dinainte ce probleme ar putea apărea și cele mai bune modalități de a rezolva aceste probleme.

În plus, ar putea fi o alegere ideală dacă proiectul dumneavoastră necesită atât RAID software, cât și hardware. Dar, aceste proiecte sunt de obicei foarte specifice. În cele din urmă, este vital să rețineți că decizia finală se va baza exclusiv pe obiectivele și cerințele unice ale proiectului dumneavoastră.