Дисковые системы RAID 2
Сравнение уровней RAID
Первые работы в области создания RAID, проводившиеся в 80-е годы в Беркли, определили 5 различных уровней RAID, которые обладают различными характеристиками и алгоритмами. Уже после завершения этих первый исследований был добавлен еще один, шестой уровень. Со временем был принят и широко признан еще один уровень RAID - нулевой. В следующих разделах Мы рассмотрим уровни RAID, с нулевого по шестой.
Консультативный комитет RAID
Консультативный комитет RAID (RAB - The RAID Advisory Board) - это промышленная ассоциация разработчиков и пользователей RAID, работающих вместе над совершенствованием и продвижением технологии RAID. Комитет ставит перед собой четыре основные цели:
- продвижение технологии RAID на рынок
- определение стандартизированной терминологии, классификаций и показателей
- обмен ресурсами внутри сообщества RAID
- способствование развитию смежных технологий для дальнейшего развития RAID
Консультативный комитет RAID предъявляет ряд требований к каждому уровню RAID. Мы не будем приводить все эти требования в ходе обсуждения уровней RAID, но все желающие могут узнать их на сайте Комитета www.raid-advisory.com.
RAID Уровень 0: Расслоение
Нулевой уровень RAID это просто расслоение диска, без резервного копирования. Это по существу и не RAID, потому что он не обеспечивает никакого резервного копирования. Если на нулевом уровне отказывает диск, вы теряете свои данные. Единственная возможность восстановить данные в таком случае - скопировать их с резервной копии на магнитной ленте или зеркальной копии.
На нулевом уровне RAID обычно используется расслоение с независимым доступом к дискам-участникам, в отличие от метода параллельного доступа. Это позволяет одновременно обрабатывать множество операций ввода-вывода. Из-за отсутствия служебных данных расчета четности, это массив с самой высокой производительностью среди всех типов массивов.
Массивы RAID нулевого уровня подходят для тех приложений, где огромное значение имеет скорость проведения операций и минимальное - защита данных. Приложения для создания мультимедийных программ, например, фильмов или видео, могут использовать массивы RAID нулевого уровня для хранения данных в процессе обработки. Среди других приложений можно привести пример высокоскоростного сбора данных, при котором данные не имеют никакой ценности, если их нельзя получить полностью на очень высокой скорости. В этом случае лучше обеспечить производительность, чтобы быстро собрать все данные, а затем сделать копии на других запоминающих средах и устройствах для защиты данных.
Отображение данных на нулевом уровне RAID
Рисунок 6 показывает, как виртуальное устройство для массива RAID нулевого уровня отображается на отдельных дисках-участниках массива. Емкость массива равна сумме емкостей составляющих его дисков.
RAID Уровень 1: Зеркальное отображение
Говоря языком RAID, RAID первого уровня - это нечетный уровень RAID. Он обеспечивает отличную защиту данных при хорошей производительности, и при считывании и записи данных не нужно проводить операции XOR (XOR - исключающее ИЛИ).
Отображение данных на первом уровне RAID
Отображение данных на уровне RAID 1 относительно просто. Что происходит с одним диском, происходит и с другим. Виртуальное устройство прямо отображается на узлах зеркальной пары. На рисунке 7 показано отображение данных на уровне RAID 1.
RAID Уровень 2: Параллельный доступ со Специализированными Дисками
Массивы RAID уровня 2 создавались, когда жесткие диски были очень дорогими и не обладали такими сложными схемами как сейчас. Определение второго уровня RAID включает схему устранения ошибок, которое осуществляется контроллером RAID. Сейчас это эффективная и недорогая схема, включенная в любой жесткий диск. Поэтому массивы RAID второго уровня уже не включаются в продукты и обычно игнорируются также и в литературе.
RAID Уровень 3: Синхронный Доступ с Выделенным Диском Четности
Массивами RAID третьего уровня называют RAID с параллельным доступом, о котором мы уже говорили. RAID 3 расслаивает данные по всем дискам массива и записывает контрольные данные на дополнительный паритетный диск.
RAID 3 обычно применяется как подсистема с встроенными контроллерами RAID. Применение подсистем RAID 3 практически сошло на нет в 1999. Большинство преимуществ RAID 3, связанных с повышением производительности, сейчас достигаются с помощью кэшироваия и более высокой скорости вращения дисков.
Хотя в RAID 3 практически всегда используется выделенный диск четности, это необязательно. Например, информация четности разных слоев может находиться на разных дисках массива.
RAID 3 могут использоваться для больших приложений с последовательным доступом к данным, таким как производство фильмов и мультимедиа. В графических системах и системах автоматизированного проектирования CAD, как правило, тоже есть большие файлы с последовательным доступом. Выиграть от повышенной производительности при записи в массивах RAID 3 могут и системы сбора данных для научных исследований.
Отображение данных на третьем уровне RAID
Отображение данных в массивах RAID третьего уровня было показано на рисунке 2.
RAID Уровень 4: Независимый Доступ с Выделенным Диском Четности
Массивы RAID четвертого уровня это реализация RAID с независимым доступом, в которой один диск выделяется для информации четности. В отличие от RAID 3, слои данных в RAID 4 значительно больше, и они позволяют одновременно обрабатывать несколько запросов ввода-вывода. Это дает увеличение производительности при считывании, но при этом для RAID 4 особенно серьезной стала проблема записи, так как к диску четности приходится обращаться дважды в каждом цикле считывания, модификации и записи.
Отображение данных на четвертом уровне RAID
Отображение данных в массивах RAID четвертого уровня показано на рисунке 8. Как и в случае других массивов RAID, их можно разбивать на множество виртуальных дисков.
RAID Уровень 4: Проблема записи
В силу использования выделенного диска для информации четности, неотъемлемым критическим элементом RAID 4 является обработка запросов записи. Это двойной камень преткновения, учитывая уже существующую в RAID проблему записи. Поскольку RAID 4 поддерживает независимый доступ ко всем дискам, на один выделенный для информации четности диск приходится несколько операций считывания и записи контрольных данных. Зависимость всех незаконченных операций записи от выделенного диска информации четности может стать узким местом системы.
Ограничение числа дисков в RAID 4
Следует помнить о том, что по мере увеличения числа дисков в массиве RAID четвертого уровня, усугубляется и проблема записи. В некоторой степени, количество дисков в массиве определяет число операций, совмещаемых в момент времени. Например, массив из трех дисков может одновременно обрабатывать максимум 2 запроса ввода-вывода. Несмотря на использования алгоритмов ускорения процессов обработки, таких как организация очереди команд с помощью меток, головка диска может обработать только один запрос в единицу времени. Поэтому, массив из пяти дисков может поддерживать больше операций ввода-вывода, чем массив с четырьмя дисками, шестидисковый массив способен обрабатывать больше запросов, чем пятидисковый, и так далее.
Может показаться, что добавление в массив новых дисков поможет распределить нагрузку и создать дополнительный параллелизм в подсистеме RAID, но это не всегда верно. Маловероятно, что отображение данных в массиве RAID и характеристики доступа приложения будут так "подогнаны", что обеспечат высоко параллельное распределение рабочей нагрузки на все диски-участники. Тем не менее, в массивах с большим количеством дисков больше и работающих головок дисков, что потенциально может несколько увеличить производительность.
Однако, в RAID 4, "давка", возникающая из-за доступа к диску четности растет с увеличением количества дисков. Поэтому подсистемы RAID 4 некоторым образом ограничены в количестве дисков. Таким образом, гибкость дисковых подсистем RAID 4 и их способность к расширению ограничена. Может быть, поэтому применение RAID 4 ограничено.