RAID je riešenie, ktoré bolo pôvodne vyvinuté pre trh so sieťovými servermi ako prostriedok na vytvorenie veľkého úložného priestoru za nižšie náklady. V podstate by to vyžadovalo niekoľko nižších nákladov na pevné disky a spojilo ich cez regulátor, aby poskytli jednotku s vyššou kapacitou. To je to, čo RAID znamená: redundantné pole lacných diskov alebo diskov. Na dosiahnutie tohto cieľa boli potrebné špecializované softvéry a riadiace jednotky na riadenie rozdeľovania údajov medzi rôzne disky.
Napokon, výkonnosť vášho štandardného počítačového systému umožnila, aby funkcie filtrovali svoju cestu na trh osobných počítačov .
Teraz úložisko RAID môže byť založené na softvéri alebo hardvéri a môže byť použité na tri odlišné účely. Patria medzi ne kapacita, bezpečnosť a výkonnosť. Kapacita je jednoduchá, ktorá sa zvyčajne zaoberá takmer každým typom použitého nastavenia RAID. Napríklad dva pevné disky môžu byť prepojené ako jedna jednotka na operačný systém, čím sa efektívne vytvorí virtuálny disk s dvojnásobnou kapacitou. Výkon je ďalším kľúčovým dôvodom pre použitie nastavenia RAID v osobnom počítači. V rovnakom príklade dvoch jednotiek, ktoré sa používajú ako jedna jednotka, môže riadiaca jednotka rozdeliť dátový blok na dve časti a potom dať každú z týchto častí na samostatný disk. To efektívne zdvojnásobuje výkonnosť zápisu alebo čítania údajov v systéme ukladania dát. Napokon, RAID môže byť použitý pre bezpečnosť dát.
To sa deje pomocou niektorého priestoru na jednotkách, aby sa v podstate klonovali dáta, ktoré sú zapísané do oboch diskov. Opäť, s dvoma jednotkami môžeme urobiť tak, že údaje sú zapísané do oboch diskov. Ak teda jeden disk zlyhá, ten druhý má ešte údaje.
V závislosti od cieľov úložného poľa, ktoré chcete vytvoriť pre váš počítačový systém, použijete jednu z rôznych úrovní RAID na dosiahnutie týchto troch cieľov.
Pre tých, ktorí používajú pevné disky v počítači , bude výkon pravdepodobne viac problémom ako kapacitou. Na druhej strane, používatelia, ktorí používajú polovodičové jednotky, budú pravdepodobne chcieť spôsob, ako prijať menšie disky a prepojiť ich na vytvorenie jedného väčšieho disku. Pozrime sa teda na rôzne úrovne RAID, ktoré možno použiť s osobným počítačom.
RAID 0
Toto je najnižšia úroveň RAID a v skutočnosti neponúka žiadnu formu redundancie, a preto sa odvoláva na úroveň 0. V podstate RAID 0 zaberá dve alebo viac diskov a dá ich dohromady na výrobu väčšej kapacity. Toho sa dosahuje procesorom nazvaným striping. Dátové bloky sú rozdelené do dátových blokov a potom napísané v poriadku naprieč jednotkami. To ponúka vyšší výkon, pretože dáta môžu byť zapisované súčasne do jednotiek riadiacou jednotkou efektívne vynásobením rýchlosti pohonov. Nižšie je uvedený príklad toho, ako by to mohlo fungovať na troch diskoch:
| Disk 1 | Disk 2 | Disk 3 | |
|---|---|---|---|
| Blok 1 | 1 | 2 | 3 |
| Blok 2 | 4 | 5 | 6 |
| Blok 3 | 7 | 8 | 9 |
Aby RAID 0 fungoval efektívne na zvýšenie výkonnosti systému, musíte vyskúšať a mať zodpovedajúce jednotky. Každá jednotka by mala mať rovnakú pamäťovú kapacitu a vlastnosti.
Ak tomu tak nie je, kapacita bude obmedzená na násobok najmenších jednotiek a výkon na najpomalší pohon, pretože musí počkať na to, aby boli všetky pruhy napísané pred prechodom na ďalšiu sadu. Je možné použiť nesprávne pripojené jednotky, avšak v takom prípade môže byť nastavenie JBOD efektívnejšie.
JBOD znamená len veľa jednotiek a efektívne je to len zbierka diskov, ku ktorým je možné pristupovať nezávisle od seba, ale zobrazuje sa ako jedna pamäťová jednotka pre operačný systém. To sa zvyčajne dosiahne tým, že sa dá rozpätie údajov medzi jednotkami. Často sa to označuje ako SPAN alebo BIG.
Účinne ich prevádzka vidí ako jeden disk, ale bloky budú napísané na prvom disku až kým sa nezaplní, potom sa pokrok dosiahne na druhom, potom na treťom atď. Toto je užitočné pri pridávaní dodatočnej kapacity do existujúceho počítačového systému a s jednotkami rôznych veľkostí, ale nezvýši výkonnosť jednotky.
Najväčším problémom pri nastaveniach RAID 0 a JBOD je bezpečnosť dát. Pretože máte viac diskov, zvýšila sa pravdepodobnosť poškodenia dát, pretože máte viac bodov neúspechu . Ak sa niektorá jednotka v mape RAID 0 zlyhá, všetky dáta sa stanú neprístupnými. V súbore JBOD dôjde k zlyhaniu disku v dôsledku straty akýchkoľvek údajov, ktoré sa stali na tejto jednotke. V dôsledku toho je najlepšie, aby tí, ktorí chcú použiť túto metódu ukladania, mali nejaké iné prostriedky na zálohovanie svojich údajov.
RAID 1
Toto je prvá skutočná úroveň RAID, pretože poskytuje úplnú úroveň redundancie údajov uložených v poli. To sa deje prostredníctvom procesu, ktorý sa nazýva zrkadlenie. Účinne sa všetky údaje zapísané do systému skopírujú na každú jednotku v poli s úrovňou 1. Táto forma RAID sa zvyčajne vykonáva len s dvojicou jednotiek, pretože pridanie ďalších jednotiek neprinesie žiadnu dodatočnú kapacitu, len viac redundancie. Ak chcete lepšie ukázať príklad, tu je graf, ktorý ukazuje, ako by to bolo napísané na dve jednotky:
| Disk 1 | Disk 2 | |
|---|---|---|
| Blok 1 | 1 | 1 |
| Blok 2 | 2 | 2 |
| Blok 3 | 3 | 3 |
Aby bolo možné najúčinnejšie využívať nastavenie RAID 1, systém opäť použije porovnané jednotky, ktoré zdieľajú rovnakú kapacitu a výkonnosť.
Ak sa používajú nesúhlasené jednotky, kapacita poľa sa bude rovnať disku s najmenšou kapacitou v poli. Napríklad, ak by bol v poli RAID 1 použitý jeden a pol terabajtu a jeden terabajtový disk, kapacita tohto poľa v systéme by bola iba jeden terabajt.
Táto úroveň RAID je vysoko efektívna pre bezpečnosť dát, pretože obe jednotky sú efektívne rovnaké. Ak jedna z dvoch jednotiek zlyhá, druhá má úplné údaje druhej jednotky. Problém s týmto typom inštalácie zvyčajne určuje, ktorý z jednotiek je zlyhaný, pretože často sa ukladanie stane nedostupným, keď jeden z dvoch zlyhá a nebude dostatočne obnovený dovtedy, kým nebude vložená nová jednotka namiesto neúspešného a obnovenie proces je spustený. Ako už bolo uvedené, z tohto nie je ani zisk z výkonu. V skutočnosti dôjde k miernemu poklesu výkonnosti z režijných nákladov radiča pre RAID.
RAID 1 + 0 alebo 10
Toto je pomerne zložitá kombinácia úrovní RAID 0 aj úrovne 1 . V skutočnosti bude regulátor potrebovať minimálne štyri jednotky, aby fungoval v tomto režime, pretože to, čo urobí, je vytvoriť dva páry jednotiek. Prvá sada jednotiek je zrkadlové pole, ktoré klonuje dáta medzi týmito dvoma. Druhá sada jednotiek je tiež zrkadlová, ale nastavená ako prúžok prvej. Poskytuje tak redundanciu údajov, ako aj zvýšenie výkonnosti. Nižšie je uvedený príklad toho, ako by sa údaje napísali na štyroch jednotkách pomocou tohto typu inštalácie:
| Disk 1 | Disk 2 | Disk 3 | Disk 4 | |
|---|---|---|---|---|
| Blok 1 | 1 | 1 | 2 | 2 |
| Blok 2 | 3 | 3 | 4 | 4 |
| Blok 3 | 5 | 5 | 6 | 6 |
Aby som bol úprimný, nie je to žiadaný režim RAID, ktorý by fungoval v počítači. Zatiaľ čo to prináša určitú výkonnosť, nie je to tak dobré kvôli obrovskému množstvu réžie v systéme. Okrem toho je to obrovské plytvanie, pretože pohonné pole bude mať len polovicu kapacity všetkých pohonov kombinovaných. Ak sa používajú nesprávne pohony, výkon bude obmedzený na najpomalší pohony a kapacita bude len dvojnásobok najmenšieho pohonu.
RAID 5
Toto je najvyššia úroveň RAID, ktorá sa nachádza v počítačových systémoch spotrebiteľov, a je oveľa účinnejšou metódou na zvýšenie kapacity a nadbytočnosti. Dosahuje to prostredníctvom procesu strijovania údajov s paritou. Minimálne tri jednotky sú potrebné na to, pretože údaje sú rozdelené na pruhy na niekoľkých jednotkách, ale potom je jeden blok cez pruh určený pre paritu. Aby ste to lepšie vysvetlili, najskôr sa pozrite na to, ako sa dá napísať na troch diskoch:
| Disk 1 | Disk 2 | Disk 3 | |
|---|---|---|---|
| Blok 1 | 1 | 2 | p |
| Blok 2 | 3 | p | 4 |
| Blok 3 | p | 5 | 6 |
Riadiaca jednotka disku v podstate zaberá množstvo dát, ktoré sa majú zapísať do všetkých jednotiek v poli. Prvý bit údajov je umiestnený na prvom disku a druhý je umiestnený na druhom disku. Tretia jednotka získa paritný bit, ktorý je v podstate porovnaním binárnych údajov na prvom a druhom. V binárnej matematike máte len 0 a 1. Booleovský matematický proces sa robí na porovnanie bitov. Ak tieto dva pridajú párne číslo (0 + 0 alebo 1 + 1), paritný bit bude nulový. Ak oba pripočítajú nepárne číslo (1 + 0 alebo 0 + 1), paritný bit bude jeden. Dôvodom je, že ak jedno z jednotiek zlyhá, potom môže kontrolór zistiť, aké sú chýbajúce dáta. Napríklad, ak jednotka 1 zlyhá, ponechá len dve a tri jednotky a jednotka dva má dátový blok jedného a jednotka tri má paritný blok jedného, potom chýbajúci dátový blok na jednotke musí byť nula.
To poskytuje efektívnu redundanciu údajov, ktorá umožňuje obnoviť všetky údaje v prípade zlyhania disku. Teraz pre väčšinu spotrebiteľských nastavení porucha bude mať za následok, že systém nebude, pretože nie je v funkčnom stave. Na to, aby systém fungoval, je potrebné vymeniť zlyhanú jednotku za novú jednotku. Potom sa musí vykonať proces rekonštrukcie údajov na úrovni riadiacej jednotky, ktorá potom vykoná funkciu spätného boolea, aby znovu vytvorila údaje o chýbajúcom disku. Môže to chvíľu trvať, najmä pri diskoch s väčšou kapacitou, ale je to aspoň možné obnoviť.
Teraz kapacita poľa RAID 5 závisí od počtu jednotiek v poli a ich kapacity. Opäť platí, že pole je obmedzené najmenej kapacitou jednotky v poli, takže je najlepšie použiť porovnateľné jednotky. Efektívny úložný priestor sa rovná počtu jednotiek, znížených o jeden krát najnižšiu kapacitu. Takže v matematických termínoch je to (n-1) * Capacitymin . Ak máte tri disky s kapacitou 2 GB v poli RAID 5, celková kapacita by bola 4 GB. Ďalšie pole RAID 5, ktoré používalo štyri disky s kapacitou 2 GB, malo 6 GB kapacity.
Teraz výkonnosť pre RAID 5 je o niečo zložitejšia než niektoré z iných foriem RAID kvôli booleovskému procesu, ktorý musí byť vykonaný na vytvorenie paritného bitu, keď sú dáta zapisované do jednotiek. To znamená, že výkon zápisu bude menší ako pole RAID 0 s rovnakým počtom jednotiek. Čítanie výkonnosti na druhej strane netrpí rovnako ako písanie, pretože booleovský proces nie je vykonaný, pretože číta priame dáta z jednotiek.
Veľký problém so všetkými nastaveniami RAID
Diskutovali sme o rôznych výhodách a nevýhodách každej úrovne RAID, ktorá môže byť použitá v osobných počítačoch, ale existuje aj ďalší problém, ktorý mnohí ľudia neuvedomujú, keď príde na vytvorenie nastavení jednotky RAID. Predtým, ako sa dá použiť RAID nastavenie, musí byť najprv skonštruované softvérom hardvérového ovládača alebo v rámci softvéru operačného systému. Toto v podstate inicializuje špeciálne formátovanie, ktoré je potrebné na správne sledovanie toho, ako sa budú na jednotke zapisovať a čítať dáta.
To pravdepodobne neznie ako problém, ale dokonca je potrebné, aby ste zmenili spôsob konfigurácie vášho poľa RAID. Napríklad povedzme, že používate nízke údaje a chcete pridať ďalšiu jednotku pre pole RAID 0 alebo RAID 5. Vo väčšine prípadov nebudete môcť bez toho, aby ste najskôr prekonfigurovali pole RAID, ktoré tiež odstráni všetky dáta, ktoré boli uložené v týchto jednotkách. To znamená, že musíte úplne zálohovať svoje údaje, pridať novú jednotku, prekonfigurovať pole disku, formátovať diskové pole a potom obnoviť pôvodné údaje späť na jednotku. To môže byť veľmi bolestivý proces. V dôsledku toho sa uistite, že ste naozaj nastavili pole tak, ako to chcete po prvý raz urobiť.