|
|
1. Oversikt over RAID
I 1988 foreslo University of California, Berkeley konseptet RAID (RedundantArrayofInexpensiveDisks Cheap Redundant Disk Arrays), med kontinuerlig reduksjon av kostnadene for disker, ble RAID (Redundant Array of Independent Disks Independent Disks), men substansen har ikke endret seg. SNIA, Berkeley og andre organisasjoner har satt de syv nivåene av RAID0 ~ RAID6 som standard RAID-nivåer, og standard RAID kan kombineres for å danne andre RAID-nivåer, mens de mest brukte nivåene i praksis er RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 og RAID10.RAID Hvert nivå representerer en implementeringsmetode og teknologi, og det er ingen forskjell mellom nivåene. I praktiske applikasjoner bør brukeren velge riktig RAID-nivå og den spesifikke implementeringsmetoden i henhold til egenskapene til dataprogrammet, med tanke på tilgjengelighet, ytelse og kostnad.
Fra implementeringssynspunktet er RAID hovedsakelig delt inn i myk RAID, hard RAID og myk og hard hybrid RAID tre. Soft RAID har alle funksjoner som utføres av operativsystemet og CPU-en, noe som naturligvis er minst effektivt. Hard RAID er utstyrt med spesiell RAID-kontroll / prosesseringsbrikke og I / O-prosesseringsbrikke og arraybuffer, tar ikke opp CPU-ressurser, men kostnadene er veldig høye. Myk og hard hybrid RAID er utstyrt med RAID-kontroll / prosesseringsbrikke, men mangler I / O-prosesseringsbrikke, som trenger CPU og driver for å fullføre, ytelsen og kostnaden ligger mellom myk RAID og hard RAID.
2. grunnleggende prinsipp
RAID er et diskundersystem som består av flere uavhengige høyytelsesdiskstasjoner for å gi høyere lagringsytelse og dataredundans enn en enkelt disk. RAID er en klasse av multidiskadministrasjonsteknologi som gir vertsmiljøer lagring med høy ytelse til moderate kostnader og høy datapålitelighet. de to viktigste målene med RAID er å forbedre datapåliteligheten og I / O-ytelsen. I en diskmatrise er dataene spredt over flere disker, men fungerer likevel som én enkelt disk for datasystemet. Redundans oppnås ved å skrive de samme dataene til flere disker samtidig (typisk som speiling), eller ved å skrive beregnede sjekksumdata til matrisen, som garantert ikke fører til datatap når en enkelt disk svikter.
Det finnes tre hovedkonsepter og -teknologier i RAID: speiling (Mirroring), datastriping (DataStripping) og dataverifisering (Dataparity):
Speiling, kopiering av data til flere disker, kan på den ene siden forbedre påliteligheten, og på den andre siden kan data leses samtidig fra to eller flere kopier for å forbedre leseytelsen. Det er klart at skriveytelsen ved speiling er noe lavere, og det krever mer tid å sikre at data skrives riktig til flere disker.
Datastriping, der dataslices lagres på flere forskjellige disker og flere dataslices til sammen utgjør en komplett kopi av dataene, er noe annet enn speiling av flere kopier og brukes ofte av ytelseshensyn. Datastriping har høyere samtidighetskornularitet og gir mulighet for svært store I/O-ytelsesgevinster ved tilgang til data ved samtidig utførelse av lese- og skriveoperasjoner på data som ligger på forskjellige disker.
Datavalidering, deteksjon og reparasjon av datafeil ved hjelp av redundante data, som vanligvis beregnes ved hjelp av algoritmer som Hemming-kode og heteroskedastiske operasjoner for å oppnå. Påliteligheten, robustheten og feiltoleransen til diskarrayer kan forbedres betraktelig ved hjelp av sjekksumfunksjonen. Kontrollsummering av data krever imidlertid at data leses fra flere steder og at det utføres beregninger og sammenligninger, noe som kan påvirke systemytelsen.
Ulike RAID-nivåer bruker én eller flere av de tre teknikkene for å oppnå ulik datapålitelighet, tilgjengelighet og I/O-ytelse. Når det gjelder hvilken type RAID som skal utformes (eller til og med et nytt nivå eller en ny type) eller hvilken RAID-modus som skal brukes, er det nødvendig å ta et fornuftig valg basert på en grundig forståelse av systemkravene, og å ta et kompromissvalg ved å foreta en omfattende evaluering av pålitelighet, ytelse og kostnader.
Samlet sett er de viktigste fordelene med RAID: høy kapasitet, høy ytelse, pålitelighet og håndterbarhet.
3. RAID-nivå
JBOD (JustaBunchOfDisks) er ikke et standard RAID-nivå, det brukes vanligvis til å indikere en samling disker uten kontrollprogramvare for å gi koordinert kontroll. JBOD vil være et antall fysiske disker i serie for å gi en enorm logisk disk. Lagringsytelsen er nøyaktig lik ytelsen til en enkelt disk, og det tilbys ingen datasikkerhetsbeskyttelse. Den tilgjengelige lagringskapasiteten er lik summen av lagringsplassen på alle medlemsdiskene.
RAID 0 kalles striping og er en enkel datastriping-teknikk uten datasjekksummer. Ytelsen er den høyeste av alle RAID-nivåene. Gir ingen form for redundansstrategi. 100 % av lagringsplassen utnyttes.
RAID 1 er kjent som speiling, som skriver data til arbeidsdisken og den speilvendte disken hver for seg på samme måte. 50 % av diskplassen utnyttes. Det påvirker ytelsen når data skrives, men ikke når data leses. Gir den beste databeskyttelsen: Hvis det oppstår feil på arbeidsdisken, leser systemet automatisk data fra speilingsdisken uten at det påvirker brukerens arbeid.
RAID2 kalles Hemming Code Array, og designideen er å bruke Hemming Code for å oppnå datasjekksumredundans. Jo større databredde, desto høyere utnyttelsesgrad av lagringsplassen, men samtidig kreves det også flere disker. Det har sin egen feilrettingskapasitet, men dataredundansoverheadet til Hemming-koden er for stort, og datarekonstruksjon er svært tidkrevende, så RAID2 brukes sjelden i praksis.
RAID3 kalles en dedikert paritetsstripe, som bruker en dedikert disk som paritetsdisk og resten av diskene som datadisker, og dataene lagres bit for bit på de ulike datadiskene.RAID3 krever minst tre disker.
RAID4 er omtrent det samme prinsippet som RAID3. Det gir svært god leseytelse, men dårligere skriveytelse. Og etter hvert som antallet medlemsdisker øker, vil systemets flaskehals på kontrolldisken bli mer fremtredende. Det er sjelden brukt i praktiske applikasjoner, og vanlige lagringsprodukter bruker sjelden RAID4-beskyttelse.
RAID5 kalles Distributed Parity Stripe, og er det vanligste RAID-nivået for tiden. Prinsippet er det samme som for RAID4, men det er ikke noe problem med flaskehalser på kontrolldiskens ytelse under samtidige skriveoperasjoner i RAID4.
RAID6 kalles double parity stripe, som introduserer konseptet med dobbel paritet for å løse dataintegritetsproblemet med to disker som svikter samtidig, og som ikke kan løses av andre RAID-nivåer. Kostnadene er imidlertid mye høyere enn for RAID5, skriveytelsen er også dårligere, og utformingen og implementeringen er svært kompleks. Derfor brukes RAID6 sjelden i praksis og er generelt et økonomisk alternativ til RAID10-løsninger.
Standard RAID-nivåer har sine egne styrker og svakheter. Ved å kombinere flere RAID-nivåer kan man oppnå komplementære fordeler og kompensere for hverandres svakheter, og dermed oppnå høyere ytelse, datasikkerhet og andre indikatorer for RAID-systemet. Selvfølgelig er kostnadene ved å kombinere RAID-nivåer generelt veldig dyre og brukes bare i noen få spesifikke applikasjoner. Bare RAID01 og RAID10 er mye brukt.
RAID01 er striping og deretter speiling, som i hovedsak speiler de fysiske diskene, mens RAID10 er speiling og deretter striping, som speiler de virtuelle diskene. Med samme konfigurasjon har RAID01 vanligvis bedre feiltoleranse enn RAID10. RAID01 kombinerer fordelene med RAID0 og RAID1, og den samlede diskutnyttelsesgraden er bare 50 %.
4. Sammenligning av vanlige RAID-nivåer
RAID-konfigurasjon
Nivå/Beskrivelse | Feiltoleranse | Fordeler | Ulemper |
RAID 0 Tilordner data på tvers av disker for å opprette store virtuelle disker. Siden hver fysiske disk bare håndterer en del av forespørslene, kan det gi høyere ytelse. Hvis én stasjon svikter, blir imidlertid den virtuelle disken (VD) utilgjengelig, og data vil gå tapt permanent.
| Ingen | Bedre ytelse
Ekstra lagringsplass | Bør ikke brukes til kritiske data |
RAID 1 speiler data og lagrer dem redundant på to stasjoner. Hvis den ene disken svikter, vil den andre ta over og fungere som primærdisk.
| Diskfeil
Feil på én enkelt disk | Høy leseytelse
Rask gjenoppretting etter en diskfeil
Redundans i data | Høyt diskoverhead
Begrenset kapasitet |
RAID 5 tilordner data på tvers av disker og lagrer paritetsbiten for hver datastripe på en annen disk i VD-en. Paritetsbitene inneholder informasjon som kan brukes til å gjenoppbygge data fra en disk som feiler, fra andre disker i tilfelle feil på én disk.
| Diskfeil
Individuell diskfeil | Effektiv bruk av diskkapasiteten
Høy leseytelse
Middels høy skriveytelse | Middels store konsekvenser av diskfeil
Lengre gjenoppbyggingstid på grunn av omberegnet paritet |
RAID 6 tilordner data på tvers av disker og lagrer paritetsbitene for hver datastripe på en annen disk i VD-enheten. I motsetning til RAID 5 utfører RAID 6 to paritetsberegninger (P og Q), noe som gjør den robust mot feil på to disker.
| Redundans for data
Høy leseytelse | Diskfeil
Feil på to disker | Redusert skriveytelse på grunn av to paritetsberegninger
Ekstra kostnader på grunn av at to disker brukes til paritet |
RAID 10 Striping på speilvendte sett. Diskomkostningene er høye, men det er en utmerket løsning for behov for høy ytelse, redundans og rask gjenoppretting i tilfelle en diskfeil.
| Diskfeil
Én diskfeil per speilingssett | Høy leseytelse
Støtter RAID-sett med opptil 192 stasjoner | Høyeste kostnad |
RAID 50
Striping på RAID 5-sett. RAID 5-ytelsen kan økes, avhengig av konfigurasjonen, ved å redusere antall disklesninger per paritetsberegning.
| Diskfeil
Én diskfeil per span | Høy leseytelse
Middels til høy skriveytelse
Støtter RAID-grupper med opptil 192 stasjoner | Middels påvirkning av diskfeil
Lengre gjenoppbyggingstid på grunn av ny beregning av paritet |
RAID 60 Striping på RAID 6-sett. Ytelsen kan forbedres med RAID 6 ved å redusere antall disklesninger per paritetsberegning, avhengig av konfigurasjonen.
| Diskfeil
To diskfeil per span | Høy leseytelse
Støtter RAID-grupper med opptil 192 stasjoner | Redusert skriveytelse på grunn av doble paritetsberegninger
Ekstra kostnader på grunn av at to disker brukes til paritet |
5. Forskjeller mellom RAID-maskinvare og -programvare
Myk RAID
Soft RAID har ingen dedikert kontrollerbrikke eller I/O-brikke, og det er helt opp til operativsystemet og CPU-en å implementere RAID-funksjonene. Moderne operativsystemer gir i utgangspunktet støtte for soft RAID ved å legge til et programvarelag i driveren for diskenheten for å skape et abstraksjonslag mellom fysiske og logiske stasjoner. De vanligste RAID-nivåene som støttes av operativsystemer i dag, er RAID0, RAID1, RAID10, RAID01 og RAID5. Windows Server støtter for eksempel RAID0, RAID1 og RAID5, Linux støtter RAID0, RAID1, RAID4, RAID5, RAID6 osv., og operativsystemer som Mac OS X Server, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, Solaris osv. støtter også de tilsvarende RAID-nivåene. Operativsystemer som Mac OS X Server, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, Solaris osv. støtter også tilsvarende RAID-nivåer.
Konfigurasjonsstyringen og datagjenoppretting av soft RAID er relativt enkel, men behandlingen av alle RAID-oppgaver utføres fullstendig av CPU-en, for eksempel beregning av paritetsverdien, så utførelseseffektiviteten er relativt lav, og denne metoden krever en stor mengde databehandlingsressurser, og det er vanskelig å bli mye brukt ettersom færre RAID-moduser støttes.
Soft RAID implementeres av operativsystemet, slik at partisjonen der systemet er plassert, ikke kan brukes som den logiske medlemsplaten i RAID, og soft RAID kan ikke beskytte systemplate D. For noen operativsystemer er RAID ikke et godt valg. For noen operativsystemer lagres konfigurasjonsinformasjonen for RAID i systeminformasjonen i stedet for i en egen fil på disken. Dermed går RAID-informasjonen tapt når systemet krasjer uventet og må installeres på nytt. I tillegg er feiltolerant teknologi for disker ikke det samme som full støtte for online-utskifting, hot-swapping eller hot-swapping; muligheten til å støtte hot-swapping av feil disker er relatert til operativsystemimplementeringen, og noen operativsystemer hot-swapper.
Hard RAID
Hard RAID har sin egen RAID-kontrollbehandling og I/U-prosesseringsbrikke, og til og med matrisebuffer, CPU-belegg og generell ytelse er den beste blant de tre typene implementeringer, men implementeringskostnadene er også de høyeste. Hard RAID støtter vanligvis hot-swap-teknologi for å erstatte defekte disker mens systemet kjører.
Hard RAID består av et RAID-kort og en RAID-brikke som er integrert på hovedkortet, og de fleste serverplattformene bruker RAID-kort. RAID-kortet består av fire deler: RAID-kjerneprosessorbrikken (CPU-en på RAID-kortet), porter, hurtigbuffer og batteri. Porten refererer til typen diskgrensesnitt som støttes av RAID-kortet, for eksempel IDE/ATA, SCSI, SATA, SAS, FC og andre grensesnitt.
Blandet hard og myk RAID
Mykt RAID har dårlig ytelse og beskytter ikke systempartisjoner, noe som gjør det vanskelig å bruke i stasjonære systemer. Hard RAID er svært kostbart, og de ulike RAID-løsningene er uavhengige av hverandre og ikke kompatible. Derfor har man valgt en kombinasjon av programvare og maskinvare for å implementere RAID for å oppnå et kompromiss mellom ytelse og kostnad, det vil si et bedre forhold mellom pris og ytelse.
Selv om denne typen RAID bruker en prosessorkontrollbrikke, men for å spare kostnader er brikken ofte relativt billig og svak prosessorkraft, og RAID-oppgavebehandlingen gjøres fortsatt for det meste av CPU-en gjennom fastvaredriveren.
6. valg av RAID-applikasjon
Det er tre hovedfaktorer ved valg av RAID-nivå: datatilgjengelighet, I/O-ytelse og kostnad. Hvis tilgjengelighet ikke er nødvendig, velger du RAID 0 for høy ytelse. Hvis tilgjengelighet og ytelse er viktig, og kostnaden ikke er en viktig faktor, velger du RAID 1 i henhold til antall disker. Hvis tilgjengelighet, kostnad og ytelse er like viktig, velger du RAID 3 eller RAID 5 i henhold til den generelle dataoverføringen og antall disker. I praksis må du velge riktig RAID-nivå i henhold til egenskapene til brukerens dataprogram og de spesifikke omstendighetene for den omfattende vurderingen av tilgjengelighet, ytelse og kostnad. RAID-nivå.
|
Forrige: Linux-miljø regelmessig sikkerhetskopiering av ekstern MySQL-databaseNeste:Docker MySQL løser problemet med for mange tilkoblinger
|
2021-10-3 20:57:56 | 2021-10-3 20:57:56
f 
