RAID (ang. Redundant Array of Independent Disks, Nadmiarowa macierz niezależnych dysków)
– polega na współpracy dwóch lub więcej dysków twardych w taki sposób, aby zapewnić dodatkowe możliwości, nieosiągalne przy użyciu jednego dysku jak i kilku dysków podłączonych jako oddzielne.
RAID używa się w następujących celach:
Projektowanie
Zapewnienie wysokiej dostępności do dysków wymaga dołączenia tych dysków do oddzielnych kanałów SCSI/SATA albo zastosowania droższych 2-portowych dysków FC i podłączenia ich do odpowiedniego kontrolera (lub kontrolerów). Spotykane są zarówno rozwiązania programowe, gdy odpowiedni moduł systemu operacyjnego zajmuje się odczytem/zapisem danych w macierzy, jak również sprzętowe, w których stosuje się dedykowane sprzętowe kontrolery RAID dołączane do systemów za pomocą redundantnych magistral (SCSI) lub kanałów komunikacyjnych (Fibre Channel).
Każde z wymienionych rozwiązań ma swoje zalety i wady.
RAID sprzętowy|RAID programowy
\większa wydajność poprzez zmniejszenie obciążenia CPU, gdyż przeliczaniem sum kontrolnych zajmuje się wówczas dedykowany kontroler|relatywnie mniejsza wydajność związana z większym obciążeniem CPU, gdyż przeliczaniem sum kontrolnych zajmuje się jednostka centralna
\możliwość bezpośredniego startu systemu z macierzy dyskowej w związku z przezroczystością macierzy dyskowej dla systemu operacyjnego|partycja startowa powinna znajdować się poza macierzą, co wiąże się z koniecznością zastosowania dodatkowego nośnika wyłącznie do celu ładowania systemu
\większa kompatybilność z mniej popularnymi systemami operacyjnymi; konfiguracja macierzy odbywa się poprzez menu podobne do menu BIOS, dostępne jeszcze przed startem systemu operacyjnego, dla którego sama macierz jest zupełnie przezroczysta, przez co z punktu widzenia OS zachowuje się ona jak każdy inny dysk twardy|nie wszystkie systemy operacyjne obsługują technologię RAID, co czasami może oznaczać instalację dodatkowego oprogramowania dedykowanego dla danego systemu
\niestandardowy sposób zapisu danych na nośnikach wykorzystujący własnościowe protokoły i struktury danych inne dla każdego producenta, a nawet mogące się różnić w obrębie różnych modeli kontrolerów tego samego producenta, co w przypadku uszkodzenia kontrolera może uniemożliwić odzyskanie danych pomimo sprawnie działających dysków twardych|standardowy (często również otwarty) sposób zapisu danych pozwalający na korzystanie z macierzy dyskowej po podłączeniu do innego systemu obsługującego ten standard|możliwość łączenia różnych interfejsów takich jak ATA, SCSI, SATA, USB w obrębie jednej macierzyIstnieją też rozwiązania łączące obydwie metody np. FakeRAID, gdzie BIOS wspomaga ustawianie macierzy, monitorowanie wykonane jest w oprogramowaniu, a odbudowę macierzy czy obliczanie sum sprawdzających podczas zapisu zleca się głównym procesorom komputera.
Możliwości, jakie daje RAID, nie należy mylić z kopią zapasową danych (data backup), która jest zupełnie odrębnym zagadnieniem. Utrata ważnych danych może nastąpić nie tylko z powodu awarii fizycznego nośnika, ale również z powodu błędów systemu operacyjnego, działalności wirusów komputerowych lub innego szkodliwego oprogramowania, jak również na skutek umyślnej lub nieumyślnej działalności użytkowników danego systemu. Z powyższych powodów nie należy rezygnować z regularnego wykonywania kopii zapasowych danych wyłącznie dlatego, że wdrożyliśmy technologię RAID w naszym systemie.
Niezawodność
Wyróżnia się dwa wskaźniki określające prawdopodobieństwo wystąpienia awarii MTTF oraz MTBF. Chcąc zwiększyć czas działania ciągłego macierzy, zwiększa się liczbę komponentów, co powoduje wzrost prawdopodobieństwa awarii jednego z nich. Macierze są wyposażone często w dużą liczbę dysków. W przypadku awarii jednego z nich traci się nadmiarowość i znacznie rośnie ryzyko awarii całego urządzenia. Aby jak najszybciej przywrócić układ do stanu optymalnego stosuje się dyski zapasowe Hot Spare. Taki dysk nie pracuje do czasu awarii. Kiedy ona nastąpi, wtedy natychmiast zastępuje uszkodzony element, a dane są na niego replikowane.
Standardowe poziomy RAID
Poziom RAID|Minimalna liczba dysków (N)|Dostępna przestrzeń|Maksymalna liczba dysków, które mogą ulec awarii bez utraty danych
\RAID 0|2|N|0
\RAID 1|2|1|N – 1
\RAID 2|3|N – log N|1
\RAID 3|3|N – 1|1
\RAID 4|3|N – 1|1
\RAID 5|3|N – 1|1
\RAID 6|4|N – 2|2
\RAID 0+1|4|zależnie od konfiguracji|zależnie od konfiguracji
\RAID 1+0|4|zależnie od konfiguracji|zależnie od konfiguracji
RAID 0 (STRIPING)
Obraz|Opis
\
|
Korzyści:
Trzy dyski po 500 GB zostały połączone w RAID 0. Powstała przestrzeń ma rozmiar 1,5 TB. Szybkość zapisu i odczytu jest prawie trzykrotnie większa niż na pojedynczym dysku. Sumaryczna szybkość jest 3-krotnością szybkości najwolniejszego z dysków, gdyż kontroler raid podczas zapisu/odczytu musi poczekać na najwolniejszy dysk. Stąd też sugeruje się stosowanie dysków o identycznej szybkości i pojemności.
Przykład 2
Trzy dyski: 160 GB, 500 GB i 80 GB zostały połączone w RAID 0. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar taki jak N*rozmiar najmniejszego z dysków, czyli 3·80 GB = 240 GB. Szybkość jest ograniczona szybkością najwolniejszego dysku, analogicznie do poprzedniego przykładu.
Zastosowanie RAID 0
Rozwiązanie do budowy tanich i wydajnych macierzy, służących do przetwarzania dużych plików multimedialnych. Przechowywanie danych na macierzy RAID 0 wiąże się jednak ze zwiększonym ryzykiem utraty tych danych – w przypadku awarii jednego z dysków tracimy wszystkie dane.
Podobne korzyści kosztem mniejszej wydajności możemy uzyskać stosując technologię LVM, która charakteryzuje się mniejszym ryzykiem utraty danych – w przypadku awarii jednego z dysków istnieje teoretyczna możliwość odzyskania danych znajdujących się na sprawnym dysku, gdyż – w przeciwieństwie do RAID 0 – LVM nie przeplata danych pomiędzy wieloma dyskami.
RAID 1
Obraz|Opis
\
|
Szybkość zapisu i odczytu zależy od zastosowanej strategii:
Korzyści:
Trzy dyski po 250GB zostały połączone w RAID 1. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar 250 GB. Jeden lub dwa dyski w pewnym momencie ulegają uszkodzeniu. Cała macierz nadal działa.
RAID 2
Obraz|Opis
\[brak]|Korzyści:
RAID 3
Obraz|Opis
\
|
Korzyści:
Pięć dysków po 250GB zostało połączonych w RAID 3. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar 1TB (250 GB zarezerwowane na sumy kontrolne). Jeden dysk w pewnym momencie ulega uszkodzeniu. Cała macierz nadal działa. Po włożeniu nowego dysku na miejsce uszkodzonego jego zawartość odtwarza się.
RAID 4
Obraz|Opis
\
|
RAID 5
Obraz|Opis
\
|
Macierz składa się z 3 lub więcej dysków. Przy macierzy liczącej N dysków jej objętość wynosi N – 1 dysków. Przy łączeniu dysków o różnej pojemności otrzymujemy objętość najmniejszego dysku razy N – 1. Sumy kontrolne danych dzielone są na N części, przy czym każda część składowana jest na innym dysku, a wyliczana jest z odpowiedniego fragmentu danych składowanych na pozostałych N-1 dyskach.
Korzyści:
Pięć dysków po 250GB zostaje połączonych w RAID 5. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar 1 TB. Jeden dysk w pewnym momencie ulega uszkodzeniu. Cała macierz nadal działa. Po wymianie uszkodzonego dysku na nowy jego zawartość zostaje odtworzona.
RAID 6
Obraz|Opis
\
|
Korzyści:
RAID 0+1
Obraz|Opis
\
|
Korzyści:
Wady:
RAID 1+0
Obraz|Opis
\
|
Korzyści:
Matrix RAID
Obraz|Opis
\
|
Korzyści wynikają z połączenia zalet poszczególnych trybów RAID:
Dwa identyczne dyski 10 GB zostały połączone w Matrix RAID. Utworzono na nich dwie partycje – każda zajmuje połowę każdego dysku. Pierwsza polega na dzieleniu danych (striping) więc ma pojemność 10 GB, druga polega na duplikowaniu (mirroring) ma więc 5 GB.
Pierwsza z nich charakteryzuje się teoretycznie dwukrotną prędkością wykonywania na niej operacji zarówno przy odczycie jak i zapisie danych. Druga zaś gwarantuje bezpieczeństwo danych w razie awarii jednego z dysków, podwójną prędkość odczytu oraz pojedynczą prędkość zapisu.
Wydajność
Wydajność macierzy RAID zależy od ilości dysków, ich szybkości, poziomu macierzy i wykonywanej operacji. Obliczając jej wydajność zakłada się pewne uproszczenia, że wszystkie jej dyski są tej samej wydajności, a dane są równomiernie rozmieszczone na wszystkich dyskach. W operacjach odczytu kontroler rozkłada obciążenie na wszystkie dyski zawierające dane. Zatem wydajność macierzy jest iloczynem wydajności pojedynczego dysku i ilości dysków. W operacjach zapisu należy uwzględnić dodatkowe operacje. Dla macierzy poziomu 0 nie zapisujemy dodatkowych danych. Dla poziomów 1, 1+0, 0+1 zapisujemy dane w dwóch miejscach. Macierze poziomu 3,4,5,6 muszą odczytać stare dane i sumy kontrolne, które mają być zastąpione nowymi danymi. Następnie te dane i sumy kontrolne muszą być zapisane. Wyliczając wydajność macierzy w konkretnym środowisku należy uwzględnić stosunek ilości zapisów do odczytów. Wydajność macierzy uzależniona jest od wydajności kontrolera, nie można wobec tego dodawać dysków w nieskończoność.
Niestandardowe poziomy RAID
RAID 5E, 5EE
Obraz|Opis
\[brak]|
RAID 6E, 6EE
– polega na współpracy dwóch lub więcej dysków twardych w taki sposób, aby zapewnić dodatkowe możliwości, nieosiągalne przy użyciu jednego dysku jak i kilku dysków podłączonych jako oddzielne.
RAID używa się w następujących celach:
- zwiększenie niezawodności (odporność na awarie),
- przyspieszenie transmisji danych,
- powiększenie przestrzeni dostępnej jako jedna całość.
Projektowanie
Zapewnienie wysokiej dostępności do dysków wymaga dołączenia tych dysków do oddzielnych kanałów SCSI/SATA albo zastosowania droższych 2-portowych dysków FC i podłączenia ich do odpowiedniego kontrolera (lub kontrolerów). Spotykane są zarówno rozwiązania programowe, gdy odpowiedni moduł systemu operacyjnego zajmuje się odczytem/zapisem danych w macierzy, jak również sprzętowe, w których stosuje się dedykowane sprzętowe kontrolery RAID dołączane do systemów za pomocą redundantnych magistral (SCSI) lub kanałów komunikacyjnych (Fibre Channel).
Każde z wymienionych rozwiązań ma swoje zalety i wady.
\większa wydajność poprzez zmniejszenie obciążenia CPU, gdyż przeliczaniem sum kontrolnych zajmuje się wówczas dedykowany kontroler|relatywnie mniejsza wydajność związana z większym obciążeniem CPU, gdyż przeliczaniem sum kontrolnych zajmuje się jednostka centralna
\możliwość bezpośredniego startu systemu z macierzy dyskowej w związku z przezroczystością macierzy dyskowej dla systemu operacyjnego|partycja startowa powinna znajdować się poza macierzą, co wiąże się z koniecznością zastosowania dodatkowego nośnika wyłącznie do celu ładowania systemu
\większa kompatybilność z mniej popularnymi systemami operacyjnymi; konfiguracja macierzy odbywa się poprzez menu podobne do menu BIOS, dostępne jeszcze przed startem systemu operacyjnego, dla którego sama macierz jest zupełnie przezroczysta, przez co z punktu widzenia OS zachowuje się ona jak każdy inny dysk twardy|nie wszystkie systemy operacyjne obsługują technologię RAID, co czasami może oznaczać instalację dodatkowego oprogramowania dedykowanego dla danego systemu
\niestandardowy sposób zapisu danych na nośnikach wykorzystujący własnościowe protokoły i struktury danych inne dla każdego producenta, a nawet mogące się różnić w obrębie różnych modeli kontrolerów tego samego producenta, co w przypadku uszkodzenia kontrolera może uniemożliwić odzyskanie danych pomimo sprawnie działających dysków twardych|standardowy (często również otwarty) sposób zapisu danych pozwalający na korzystanie z macierzy dyskowej po podłączeniu do innego systemu obsługującego ten standard|możliwość łączenia różnych interfejsów takich jak ATA, SCSI, SATA, USB w obrębie jednej macierzy
Możliwości, jakie daje RAID, nie należy mylić z kopią zapasową danych (data backup), która jest zupełnie odrębnym zagadnieniem. Utrata ważnych danych może nastąpić nie tylko z powodu awarii fizycznego nośnika, ale również z powodu błędów systemu operacyjnego, działalności wirusów komputerowych lub innego szkodliwego oprogramowania, jak również na skutek umyślnej lub nieumyślnej działalności użytkowników danego systemu. Z powyższych powodów nie należy rezygnować z regularnego wykonywania kopii zapasowych danych wyłącznie dlatego, że wdrożyliśmy technologię RAID w naszym systemie.
Niezawodność
Wyróżnia się dwa wskaźniki określające prawdopodobieństwo wystąpienia awarii MTTF oraz MTBF. Chcąc zwiększyć czas działania ciągłego macierzy, zwiększa się liczbę komponentów, co powoduje wzrost prawdopodobieństwa awarii jednego z nich. Macierze są wyposażone często w dużą liczbę dysków. W przypadku awarii jednego z nich traci się nadmiarowość i znacznie rośnie ryzyko awarii całego urządzenia. Aby jak najszybciej przywrócić układ do stanu optymalnego stosuje się dyski zapasowe Hot Spare. Taki dysk nie pracuje do czasu awarii. Kiedy ona nastąpi, wtedy natychmiast zastępuje uszkodzony element, a dane są na niego replikowane.
Standardowe poziomy RAID
\RAID 0|2|N|0
\RAID 1|2|1|N – 1
\RAID 2|3|N – log N|1
\RAID 3|3|N – 1|1
\RAID 4|3|N – 1|1
\RAID 5|3|N – 1|1
\RAID 6|4|N – 2|2
\RAID 0+1|4|zależnie od konfiguracji|zależnie od konfiguracji
\RAID 1+0|4|zależnie od konfiguracji|zależnie od konfiguracji
RAID 0 (STRIPING)
\
Polega na połączeniu ze sobą dwóch lub więcej dysków fizycznych tak, aby były widziane jako jeden dysk logiczny. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar taki jak N*rozmiar najmniejszego z dysków. Dane są przeplecione pomiędzy dyskami. Dzięki temu uzyskuje się znaczne przyśpieszenie operacji zapisu i odczytu ze względu na równoległe wykonywanie operacji na wszystkie dyski w macierzy. Warunkiem uzyskania takiego przyśpieszenia jest operowanie na blokach danych lub sekwencjach bloków danych większych niż pojedynczy blok danych macierzy RAID 0 – ang. stripe unit size.
- przestrzeń wszystkich dysków jest widziana jako całość,
- przyspieszenie zapisu i odczytu w porównaniu do pojedynczego dysku.
- brak odporności na awarię dysków,
- N*rozmiar najmniejszego z dysków (zwykle łączy się jednakowe dyski),
- zwiększenie awaryjności. Awaria pojedynczego dysku powoduje utratę wolumenu, a szansa na awarię jednego z N dysków rośnie wraz z N.
Trzy dyski po 500 GB zostały połączone w RAID 0. Powstała przestrzeń ma rozmiar 1,5 TB. Szybkość zapisu i odczytu jest prawie trzykrotnie większa niż na pojedynczym dysku. Sumaryczna szybkość jest 3-krotnością szybkości najwolniejszego z dysków, gdyż kontroler raid podczas zapisu/odczytu musi poczekać na najwolniejszy dysk. Stąd też sugeruje się stosowanie dysków o identycznej szybkości i pojemności.
Przykład 2
Trzy dyski: 160 GB, 500 GB i 80 GB zostały połączone w RAID 0. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar taki jak N*rozmiar najmniejszego z dysków, czyli 3·80 GB = 240 GB. Szybkość jest ograniczona szybkością najwolniejszego dysku, analogicznie do poprzedniego przykładu.
Zastosowanie RAID 0
Rozwiązanie do budowy tanich i wydajnych macierzy, służących do przetwarzania dużych plików multimedialnych. Przechowywanie danych na macierzy RAID 0 wiąże się jednak ze zwiększonym ryzykiem utraty tych danych – w przypadku awarii jednego z dysków tracimy wszystkie dane.
Podobne korzyści kosztem mniejszej wydajności możemy uzyskać stosując technologię LVM, która charakteryzuje się mniejszym ryzykiem utraty danych – w przypadku awarii jednego z dysków istnieje teoretyczna możliwość odzyskania danych znajdujących się na sprawnym dysku, gdyż – w przeciwieństwie do RAID 0 – LVM nie przeplata danych pomiędzy wieloma dyskami.
RAID 1
\
Polega na replikacji pracy dwóch lub więcej dysków fizycznych. Powstała przestrzeń ma rozmiar najmniejszego nośnika. RAID 1 jest zwany również lustrzanym (ang. mirroring).
- Zapis:
- zapis sekwencyjny na kolejne dyski macierzy – czas trwania operacji równy sumie czasów trwania wszystkich operacji
- zapis równoległy na wszystkie dyski macierzy – czas trwania równy czasowi trwania operacji na najwolniejszym dysku
- Odczyt:
- odczyt sekwencyjny z kolejnych dysków macierzy (ang. round-robin) – przy pewnej charakterystyce odczytów możliwe osiągnięcie szybkości takiej jak w RAID 0
- odczyt wyłącznie ze wskazanych dysków – stosowane w przypadku znacznej różnicy w szybkościach odczytu z poszczególnych dysków
Korzyści:
- odporność na awarię N – 1 dysków przy N-dyskowej macierzy
- możliwe zwiększenie szybkości odczytu
- możliwe zmniejszenie czasu dostępu
- możliwa zmniejszona szybkość zapisu
- utrata pojemności (całkowita pojemność jest taka jak pojemność najmniejszego dysku)
Trzy dyski po 250GB zostały połączone w RAID 1. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar 250 GB. Jeden lub dwa dyski w pewnym momencie ulegają uszkodzeniu. Cała macierz nadal działa.
RAID 2
\[brak]|
Dane na dyskach są paskowane. Zapis następuje po 1 bicie na pasek. Potrzebujemy minimum 8 powierzchni do obsługi danych oraz dodatkowe dyski do przechowywania informacji generowanych za pomocą kodu Hamminga potrzebnych do korekcji błędów. Liczba dysków używanych do przechowywania tych informacji jest proporcjonalna do logarytmu liczby dysków, które są przez nie chronione. Połączone dyski zachowują się jak jeden duży dysk. Dostępna pojemność to suma pojemności dysków przechowujących dane.
- każdy dowolny dysk (zarówno z danymi jak i z kodem Hamminga) może w razie uszkodzenia zostać odbudowany przez pozostałe dyski
- konieczność dokładnej synchronizacji wszystkich dysków zawierających kod Hamminga (w przeciwnym wypadku dezorganizacja i całkowita nieprzydatność tych dysków)
- długotrwałe generowanie kodu Hamminga przekładające się na wolną pracę całego systemu
RAID 3
\
Dane składowane są na N-1 dyskach. Ostatni dysk służy do przechowywania sum kontrolnych. Działa jak striping (RAID 0), ale w macierzy jest dodatkowy dysk, na którym zapisywane są kody parzystości obliczane przez specjalny procesor.
- odporność na awarię 1 dysku
- zwiększona szybkość odczytu
- zmniejszona szybkość zapisu z powodu konieczności kalkulowania sum kontrolnych (eliminowana poprzez zastosowanie sprzętowych kontrolerów RAID)
- w przypadku awarii dysku dostęp do danych jest spowolniony z powodu obliczeń sum kontrolnych
- odbudowa macierzy po wymianie dysku jest operacją kosztowną obliczeniowo i powoduje spowolnienie operacji odczytu i zapisu
- pojedynczy, wydzielony dysk na sumy kontrolne zazwyczaj jest wąskim gardłem w wydajności całej macierzy
Pięć dysków po 250GB zostało połączonych w RAID 3. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar 1TB (250 GB zarezerwowane na sumy kontrolne). Jeden dysk w pewnym momencie ulega uszkodzeniu. Cała macierz nadal działa. Po włożeniu nowego dysku na miejsce uszkodzonego jego zawartość odtwarza się.
RAID 4
\
RAID 4 jest bardzo zbliżony do RAID 3, z tą różnicą, że dane są dzielone na większe bloki (16, 32, 64 lub 128 kBajtów). Takie pakiety zapisywane są na dyskach podobnie do rozwiązania RAID 0. Dla każdego rzędu zapisywanych danych blok parzystości zapisywany jest na dysku parzystości.
Przy uszkodzeniu dysku dane mogą być odtworzone przez odpowiednie operacje matematyczne. Parametry RAID 4 są bardzo dobre dla sekwencyjnego zapisu i odczytu danych (operacje na bardzo dużych plikach). Jednorazowy zapis małej porcji danych potrzebuje modyfikacji odpowiednich bloków parzystości dla każdej operacji I/O. W efekcie, za każdym razem przy zapisie danych system czekałby na modyfikacje bloków parzystości, co przy częstych operacjach zapisu bardzo spowolniłoby pracę systemu.
Przy uszkodzeniu dysku dane mogą być odtworzone przez odpowiednie operacje matematyczne. Parametry RAID 4 są bardzo dobre dla sekwencyjnego zapisu i odczytu danych (operacje na bardzo dużych plikach). Jednorazowy zapis małej porcji danych potrzebuje modyfikacji odpowiednich bloków parzystości dla każdej operacji I/O. W efekcie, za każdym razem przy zapisie danych system czekałby na modyfikacje bloków parzystości, co przy częstych operacjach zapisu bardzo spowolniłoby pracę systemu.
RAID 5
\
Poziom piąty pracuje bardzo podobnie do poziomu czwartego z tą różnicą, iż bity parzystości nie są zapisywane na specjalnie do tego przeznaczonym dysku, lecz są rozpraszane po całej strukturze macierzy. RAID 5 umożliwia odzyskanie danych w razie awarii jednego z dysków przy wykorzystaniu danych i kodów korekcyjnych zapisanych na pozostałych dyskach (zamiast tak jak w 3. na jednym specjalnie do tego przeznaczonym, co nieznacznie zmniejsza koszty i daje lepsze gwarancje bezpieczeństwa). RAID 5 oferuje większą prędkość odczytu niż lustrzany (ang. mirroring) ale przy jego zastosowaniu nieznacznie spada prędkość zapisu. Poziom piąty jest bezpieczny dla danych – w razie awarii system automatycznie odbuduje utracone dane, tak by mogły być odczytywane, zmniejszając jednak bieżącą wydajność macierzy. Spowolnienie ma charakter przejściowy, zaś jego czas zależy od obciążenia macierzy i pojemności dysku. Po zamontowaniu nowego dysku i odbudowaniu zawartości dysku wydajność macierzy wraca do normy.
Korzyści:
- odporność na awarię jednego dysku
- zwiększona szybkość odczytu – porównywalna do macierzy RAID 0 złożonej z N-1 dysków
- zmniejszona szybkość zapisu z powodu konieczności kalkulowania sum kontrolnych (eliminowana poprzez zastosowanie sprzętowego kontrolera RAID5)
- w przypadku awarii dysku dostęp do danych jest spowolniony z powodu obliczeń sum kontrolnych
- odbudowa macierzy po wymianie dysku jest operacją kosztowną zarówno w sensie obliczeniowym jak i I/O, co powoduje spowolnienie operacji odczytu i zapisu. Wraz ze wzrostem pojemności pojedynczego dysku staje się to coraz większym problemem, gdyż rosnący czas odbudowy grupy RAID zwiększa ryzyko utraty danych w wyniku awarii kolejnego dysku w tym czasie.
Pięć dysków po 250GB zostaje połączonych w RAID 5. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar 1 TB. Jeden dysk w pewnym momencie ulega uszkodzeniu. Cała macierz nadal działa. Po wymianie uszkodzonego dysku na nowy jego zawartość zostaje odtworzona.
RAID 6
\
Macierz z podwójną parzystością, realizowana np. jako 5+2, albo 13+2. Kosztowniejsza w implementacji niż RAID 5, ale dająca większą niezawodność. Awaria dwóch dowolnych dysków w tym samym czasie nie powoduje utraty danych.
- odporność na awarię maksimum 2 dysków
- szybkość pracy większa niż szybkość pojedynczego dysku.
RAID 0+1
\
Macierz realizowana jako RAID 1, którego elementami są macierze RAID 0. Macierz taka posiada zarówno zalety macierzy RAID 0 – szybkość w operacjach zapisu i odczytu – jak i macierzy RAID 1 – zabezpieczenie danych w przypadku awarii pojedynczego dysku. Pojedyncza awaria dysku powoduje, że całość staje się w praktyce RAID 0. Potrzebne są minimum 4 dyski o tej samej pojemności.
- szybkość macierzy RAID 0
- zyskuje się dużą dowolność w kwestii wielkości dysków fizycznych składających się na dyski logiczne. W szczególności:
- można stworzyć dwa dyski logiczne z trzech dysków. np 1 x 500GB i 2x250GB, i potem połączyć RAID 1. W efekie RAID 0 + 1 daje nam 500GB przestrzeni dyskowej
- jeżeli fizyczne składają się na różne wielkości dysków logicznych. np pierwszy dysk logiczny składa się z 2 dysków 500GB, a drugi dysk logiczny z 4 dysków 200GB to w efekcie połączenia ich RAID 1 uzyskamy 800GB przestrzeni dyskowej RAID 0+1
- znacznie prostsza w implementacji niż RAID 3, 5 i 6
Wady:
- tworzymy lustrzaną kopię dysku logicznego. Jeżeli pada jeden dysk fizyczny, cały dysk logiczny który tworzył zostaje wyłączony.
- większy koszt przechowywania danych niż w przypadku RAID 0,2,3,4,5,6
RAID 1+0
\
Nazywana także RAID 10. Macierz realizowana jako RAID 0, którego elementami są macierze RAID 1. W porównaniu do swojego poprzednika (RAID 0+1) realizuje tę samą koncepcję połączenia zalet RAID 0 (szybkość) i RAID 1 (bezpieczeństwo) lecz w odmienny sposób. Stripingowi podlegają relatywnie niewielkie bloki danych, które są zapisane na dwóch dyskach, dzięki czemu podczas wymiany uszkodzonego dysku odbudowywany jest tylko fragment całej macierzy.
- szybkość macierzy RAID 0
- klonowanie następuje na poziomie poszczególnych dysków fizycznych a nie logicznych. Pad jednego dysku powoduje wyłączenie jedynie tego dysku a nie całego dysku logicznego jak to się dzieje w RAID 0 + 1.
- w szczególnym przypadku przetrwa pady N - 1 dysków (N - liczba dysków fizycznych mirrorów) z każdego mirrora składającego się na RAID 0
- znacznie prostsza w implementacji niż RAID 3, 5 i 6
- RAID 1 powinien łączyć dyski o tej samej wielkości a najlepiej i szybkości zapisu. w przeciwnym wypadku uzyskuje się mirror o pojemności najmniejszego dysku i szybkości zapisu najwolniejszego. Znacząco potrafi to zwiększyć koszty w porównaniu do RAID 0 + 1
- większy koszt przechowywania danych niż w przypadku RAID 0,2,3,4,5,6. Współczynnik nadmiarowości wynosi tu 100% (potrzebne są 2GB przestrzeni dyskowej na zapisanie 1GB danych).
Matrix RAID
\
Polega na połączeniu ze sobą dwóch dysków fizycznych tak, aby część dysku działała jak RAID 0 (striping), a inna część jak RAID 1 (mirroring) (szczegóły działania macierzy RAID 0 i RAID 1 znajdziesz powyżej). De facto sprowadza się to do tworzenia układów RAID na poziomie logicznych partycji dyskowych niezależnie dla każdej z partycji. Przykładem implementacji może być macierz HP EVA oferująca m.in. RAID1 i RAID5 na tych samych dyskach fizycznych jednocześnie.
- ważne pliki, takie jak dokumenty czy inne informacje, których odtworzenie w razie awarii byłoby zbyt kosztowne, czasochłonne lub wręcz niemożliwe, mogą być zduplikowane na obu dyskach (np. katalogi /home, /var, C:\Documents and Settings),
- mniej istotne dane, na których często wykonywane są operacje dyskowe, pliki i biblioteki systemu operacyjnego (np. /usr, C:\WINDOWS), pliki wykonywalne bądź biblioteki zainstalowanych aplikacji (np. /usr, C:\Program Files), pliki wymiany, partycja SWAP), mogą być wykonywane ze zwiększoną szybkością.
- częściowy spadek pojemności (część mirrorowana)
- część danych jest podatna na awarię (część w stripingu)
Dwa identyczne dyski 10 GB zostały połączone w Matrix RAID. Utworzono na nich dwie partycje – każda zajmuje połowę każdego dysku. Pierwsza polega na dzieleniu danych (striping) więc ma pojemność 10 GB, druga polega na duplikowaniu (mirroring) ma więc 5 GB.
Pierwsza z nich charakteryzuje się teoretycznie dwukrotną prędkością wykonywania na niej operacji zarówno przy odczycie jak i zapisie danych. Druga zaś gwarantuje bezpieczeństwo danych w razie awarii jednego z dysków, podwójną prędkość odczytu oraz pojedynczą prędkość zapisu.
Wydajność
Wydajność macierzy RAID zależy od ilości dysków, ich szybkości, poziomu macierzy i wykonywanej operacji. Obliczając jej wydajność zakłada się pewne uproszczenia, że wszystkie jej dyski są tej samej wydajności, a dane są równomiernie rozmieszczone na wszystkich dyskach. W operacjach odczytu kontroler rozkłada obciążenie na wszystkie dyski zawierające dane. Zatem wydajność macierzy jest iloczynem wydajności pojedynczego dysku i ilości dysków. W operacjach zapisu należy uwzględnić dodatkowe operacje. Dla macierzy poziomu 0 nie zapisujemy dodatkowych danych. Dla poziomów 1, 1+0, 0+1 zapisujemy dane w dwóch miejscach. Macierze poziomu 3,4,5,6 muszą odczytać stare dane i sumy kontrolne, które mają być zastąpione nowymi danymi. Następnie te dane i sumy kontrolne muszą być zapisane. Wyliczając wydajność macierzy w konkretnym środowisku należy uwzględnić stosunek ilości zapisów do odczytów. Wydajność macierzy uzależniona jest od wydajności kontrolera, nie można wobec tego dodawać dysków w nieskończoność.
Niestandardowe poziomy RAID
RAID 5E, 5EE
\[brak]|
Jest to RAID 5 z rozproszonym dyskiem zapasowym Hot Spare. Różnica polega na tym, że nie ma wyznaczonego dysku zapasowego Hot Spare tylko jest on rozdystrybuowany na wszystkie dyski tak jak parzystość, dzieki temu wzrasta liczba pracujących dysków i wydajność. Organizacja zapisu jest jak w RAID 5, czyli jedna parzystość. Z ogólnej ilości dysków pojemność jednego tracimy na parzystość, a drugiego na Hot Spare.
RAID 6E, 6EE
