Дисковые массивы и уровни raid
Производительность любого отдельно взятого физического устройства хранения данных ограничена как технологически, так и приемлемой ценой. Тем не менее, в ряде случаев, требуются системы хранения данных с «запредельными» параметрами:
емкостью хранилища, превышающей емкость физического устройства;
скоростью передачи данных, превышающей внутреннюю скорость устройства;
надежностью системы, превышающей надежность физического устройства.
Такую систему можно получить за счет избыточности – параллельного использования множества обычных устройств.
Высокопроизводительные системы, как правило, очень дороги. Однако, можно добиться высокой производительности за приемлемую стоимость путем объединения нескольких недорогих устройств, работающих параллельно. Отсюда получают акроним для избыточных матриц недорогих дисков RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks). Существует несколько способов объединения дисков RAID. Каждый уровень представляет свой компромисс между пропускной способностью ввода/вывода и емкостью диска, предназначенной для хранения избыточной информации. Одновременное использование нескольких дисков позволяет не только увеличить объем, но и повысить быстродействие и надежность.
Когда какой-либо диск отказывает, предполагается, что в течение короткого интервала времени он будет заменен и информация будет восстановлена на новом диске с использованием избыточной информации. Это время называется средним временем восстановления (Mean time to repair - MTTR). Этот показатель можно уменьшить, если в систему входят дополнительные диски в качестве "горячего резерва": при отказе диска резервный диск подключается аппаратно-программными средствами. Периодически оператор вручную заменяет все отказавшие диски. Четыре основных этапа этого процесса состоят в следующем:
определение отказавшего диска,
устранение отказа без останова обработки;
восстановление потерянных данных на резервном диске;
периодическая замена отказавших дисков на новые.
Существует несколько разных конфигураций, отвечающих различным задачам.
Raid 0: Базовая конфигурация.
Это базовая конфигурация дискового массива без избыточности и отказоустойчивости, простейшее средство повышения производительности. Один большой файл разбивается на несколько частей, которые записываются на разные диски. Научно, но менее понятно – виртуальный диск разбивается на полосы (strips), которые равномерно распределяются по всем дискам массива.
Disk 0
Ф
айл
Параллельно
Strips 0
Strips 1
Strips 2
Disk 1
Disk
2
«расслоение данных»
Рис. 7.3 Базовая конфигурация
Как следует из Рис. 7.3 при обращении к такому файлу для чтения диски могут передавать данные параллельно, так что общее время его пересылки уменьшается. Однако время доступа к конкретному диску, т.е. задержки на поиск и позиционирование не уменьшается. Это простейший способ функционирования дискового массива, при котором уменьшается только время пересылки данных.