48. Избыточные дисковые подсистемы raid.
В основе средств обеспечения отказоустойчивости дисковой памяти лежит общий для всех отказоустойчивых систем принцип избыточности, и дисковые подсистемы RAID являются примером реализации этого принципа. Идея технологии RAID-массивов состоит в том, что для хранения данных используется несколько дисков, даже в тех случаях, когда для таких данных хватило бы места на одном диске.
При оценке эффективности RAID-массивов чаще всего используются следующие критерии:
-степень избыточности хранимой информации;
-производительность операций чтения и записи;
-степень отказоустойчивости.
RAID-массив может быть создан на базе нескольких обычных дисковых устройств, управляемых обычными контроллерами, в этом случае для организации управления всей совокупностью дисков в операционной системе должен быть установлен специальный драйвер. Существуют также различные модели дисковых систем, в которых технология RAID реализуется полностью аппаратными средствами, в этом случае массив дисков управляется общим специальным контроллером.
Различают несколько вариантов RAID-массивов, называемых также уровнями: RAID-0, RAID-1, RAID-2, RAID-3, RAID-4, RAID-5 и некоторые другие.
В логическом устройстве RAID-0 общий для дискового массива контроллер при выполнении операции записи расщепляет данные на блоки и передает их параллельно на все диски, при этом первый блок данных записывается на первый диск, второй — на второй и т. д.
Уровень RAID-0 не обладает избыточностью данных, а значит, не имеет возможности повысить отказоустойчивость. Если при считывании произойдет сбой, то данные будут безвозвратно испорчены. Более того, отказоустойчивость даже снижается, поскольку если один из дисков выйдет из строя, то восстанавливать придется все диски массива. Имеется еще один недостаток — если при работе с RAID-0 объем памяти логического устройства потребуется изменить, то сделать это путем простого добавления еще одного диска к уже имеющимся в RAID-массиве дискам невозможно без полного перераспределения информации по всему изменившемуся набору дисков.
Уровень RAID-1 реализует подход, называемый зеркальным копированием. Логическое устройство в этом случае образуется на основе одной или нескольких пар дисков, в которых один диск является основным, а другой диск (зеркальный) дублирует информацию, находящуюся на основном диске. Если основной диск выходит из строя, зеркальный продолжает сохранять данные, тем самым обеспечивается повышенная отказоустойчивость логического устройства. Все данные хранятся на логическом устройстве RAID-1 в двух экземплярах, в результате дисковое пространство используется лишь на 50%. (избыточность)
При внесении изменений в данные, расположенные на логическом устройстве RAID-1, контроллер (или драйвер) массива дисков одинаковым образом модифицирует и основной, и зеркальный диски. Удвоение количества операций записи снижает, хотя и не очень значительно, производительность дисковой подсистемы, поэтому во многих случаях наряду с дублированием дисков дублируются и их контроллеры. Такое дублирование помимо повышения скорости операций записи, обеспечивает большую надежность системы — данные на зеркальном диске останутся доступными не только при сбое диска, но и в случае сбоя дискового контроллера.
Код Хемминга обеспечивает исправление однократных ошибок и обнаружение двукратных. За счет нескольких дисков, куда записываются коррекции, обеспечивается избыточность.
Достоинством является повышение скорости дисковых операций по сравнению с производительностью одного диска.
Недостаток - минимальное количество дисков, при котором есть смысл его использовать - 7, только начиная с этого количества для него требуется меньше диском, чем для RAID-1.
В массивах RAID-3 используется расщепление данных на массиве дисков с выделением одного диска на весь набор для контроля четности. То есть если имеется массив из N дисков, то запись на N- 1 из них производится параллельно с побайтным расщеплением, а N-й диск используется для записи контрольной информации о четности. Диск четности является резервным. Если какой-либо диск выходит из строя, то Данные остальных дисков плюс данные о четности резервного диск огоа позволяют не только определить, какой из дисководов массива вышел из строя, но и восстановить утраченную информацию.
Минимальное количество дисков, необходимое для создания конфигурации RAID-3, равно трем. В этом случае избыточность достигает максимального значения — 33% (дальше снижается, для 33 дисков - меньше 1%)
Уровень RAID-3 позволяет выполнять одновременное чтение или запись данных на несколько дисков для файлов с длинными записями, однако следует подчеркнуть, что в каждый момент выполняется только один запрос на ввод-вывод, то есть RAID-3 позволяет распараллеливать ввод- вывод в рамках только одного процесса. Таким образом, уровень RAID-3 повышает как надежность, так и скорость обмена информацией.
В Raid-4 за счет распределения блоками может происходить независимый обмен с каждым диском.
В уровне RAID-5 используется метод, аналогичный RAID-4, но данные о контроле четности распределяются по всем дискам массива. При выполнении операции записи требуется в три раза больше оперативной памяти. Каждая команда записи инициирует ту же последовательность «считывание—модификация—запись» в нескольких дисках. Выигрыш в производительности при чтении.
