Этот класс устройств используется как массив недорогих независимых дисков с избыточностью
В этой главе будут подробно описаны характеристики технических решений RAID (избыточный массив независимых дисков), а также будет рассмотрено фактическое развертывание резервных дисков RAID 10, RAID 5+ и других решений, чтобы более интуитивно оценить мощные эффекты RAID, чтобы дальнейшее удовлетворение Производственная среда требует скорости чтения и записи операций ввода-вывода жестких дисков и механизма резервного копирования данных
5.1 Развертывание дискового массива
Резервный массив независимых дисков (RAID, избыточный массив независимых дисков) - это метод хранения одних и тех же данных в разных местах (следовательно, с избыточностью) на нескольких жестких дисках. Помещая данные на несколько жестких дисков, операции ввода и вывода могут сбалансировано перекрываться, повышая производительность. Поскольку несколько жестких дисков увеличивают среднее время наработки на отказ (MTBF), хранение избыточных данных также увеличивает отказоустойчивость.
Файлы и команды, задействованные в RAID:
/etc/mdadm.conf: // предыдущая информация о RAID загружается при включении дискового массива
/ proc / mdstat: // информация о дисковом хранилище RAID
Команда mdadm используется для управления программным массивом жестких дисков RAID в системе Linux,
Формат: «mdadm [режим] [параметр] [имя устройства-члена]».
Общие параметры и функции команды mdadm | |
---|---|
параметр | эффект |
-a | Название испытательного оборудования |
-n | Укажите количество дисков |
-l | Укажите уровень RAID |
-C | Создать дисковый массив RAID |
-v | Показать процесс |
-x | Добавить дополнительное количество резервных дисков |
-Q | Просмотр сводной информации |
-D | проверьте подробную информацию |
-r | Удалить устройство |
-f | Имитация повреждения оборудования |
-S | Остановите дисковый массив RAID, и информация, связанная с md0, будет удалена после -S / dev / md0. Обратите внимание: если вы продолжите использовать диск RAID, вам необходимо сохранить информацию в /etc/mdadm.conf. |
-A | Включите дисковый массив RAID.Перед включением определенного дискового массива RAID информация о хранении дискового массива требуется в /etc/mdadm.conf |
Файловая система серии ext поддерживает расширение и сокращение
Файловая система XFS поддерживает только расширение
2.RAID 1
Как видно на технической схеме RAID 1, он связывает более двух жестких дисков. При записи данных он записывает данные на несколько жестких дисков одновременно (это можно рассматривать как зеркальное отображение или резервное копирование). При выходе из строя одного из жестких дисков нормальное использование данных, как правило, немедленно восстанавливается с помощью горячей замены.
Хотя это абсолютно безопасно для данных, стоимость также значительно возрастет. Коэффициент использования диска составляет 50%. С четырьмя жесткими дисками по 80 ГБ доступное дисковое пространство составляет всего 160 ГБ. Кроме того, система RAID при отказе жесткого диска перестает быть надежной, и поврежденный жесткий диск следует вовремя заменять, иначе возникнут проблемы с оставшимися зеркальными дисками, тогда вся система рухнет. После замены нового диска синхронизация зеркального отображения исходных данных займет много времени, и внешний доступ к данным не пострадает, но производительность всей системы в это время снизится. Поэтому RAID 1 в основном используется для хранения критических и важных данных.
RAID 1 в основном реализует зеркалирование диска посредством вторичного чтения и записи, поэтому нагрузка на контроллер диска также довольно велика, особенно в среде, где данные должны записываться часто. Чтобы избежать узких мест в производительности, необходимо использовать несколько контроллеров дисков.
Упражнение с RAID:
Разница между разделом диска и RAID-массивом: перед добавлением раздела диска к физическому тому необходимо настроить раздел диска для поддержки RAID. Весь диск можно напрямую добавить к физическому тому.
- 1. Сделайте весь диск / dev / sdb логическим разделом. Разделите и используйте / dev / sdb , 5 разделов для поддержки RAID. Размер 2ГБ.
- 2. Используйте / dev / sdb5, / dev / sdb6, / dev / sdb7 для создания дискового массива RAID5, формат файловой системы - ext4, а каталог монтирования - / mnt / data.
- 3. Используйте / dev / sdb 6, чтобы создать дисковый массив RAID10, имя массива / dev / md0, формат файловой системы ext4, каталог монтирования / mnt / data.
- 4. Задайте 3 вопроса, добавьте / dev / sdb9 в качестве диска горячего резерва в массив / dev / md0 RAID10.
- 5. Используйте / dev / sdb 6, чтобы создать дисковый массив RAID10, / dev / sdb9 добавляется в качестве диска горячего резерва при создании RAID10, файловая система - ext4, а каталог монтирования - / dev / data.
- 6. Ответьте на вопрос 5, остановите RAID10 / dev / md0, а затем запустите RAID10 / dev / md0.
6. Перейдите к шагу 5, остановите и удалите / dev / md0 информацию о RAID10 и больше не используйте RAID10 / dev / md0;
1.RAID 0
Самый простой способ реализовать RAID 0 - подключить N частей одного и того же жесткого диска в виде оборудования через интеллектуальный контроллер диска или использовать драйвер диска в операционной системе в программном обеспечении для создания большого набора томов. При использовании компьютерные данные записываются на каждый жесткий диск по очереди, его самым большим преимуществом является то, что он может увеличить емкость жесткого диска в два раза. Если для создания режима RAID 0 используются три жестких диска по 80 ГБ, емкость диска составит 240 ГБ. С точки зрения скорости, скорость каждого отдельного жесткого диска одинакова. Самым большим недостатком является то, что в случае выхода из строя любого жесткого диска вся система будет разрушена, а надежность составляет только 1 / N от одного жесткого диска.
LVM упражнения:
- 1. Используйте диск / dev / sdc для разделения / dev / sdc1, / dev / sdc2, / dev / sdc3, / dev / sdc5 для поддержки LVM и размер 1 ГБ.
- 2. Создайте логический том LVM; физический том - / dev / sdc1, / dev / sdc2; группа томов - lvm, логический том - с именем example, размер PE - 15M; размер логического тома - 150M; формат файловой системы - ext4, завис Каталог для загрузки - / mnt / lvm.
- 3. Увеличьте размер логического тома / dev / lvm / example до 500 МБ.
- 4. Уменьшите развернутый / dev / lvm / example до 300 МБ.
- 5. Удалите пример логического тома, группу томов lvm, удалите физический том / dev / sdc 1
2. Команды, участвующие в развертывании LVM
7. Дисковый массив + резервный диск
До 50% жестких дисков в дисковом массиве RAID 10 могут выйти из строя, но существует чрезвычайная ситуация, то есть, если все жесткие диски в том же массиве дисков RAID 1 повреждены, данные также будут потерял. Другими словами, в дисковом массиве RAID 10, если один из жестких дисков в RAID 1 выходит из строя, и мы находимся на пути к ремонту, случается, что другой жесткий диск в дисковом массиве RAID 1 также выходит из строя, тогда данные будет полностью потеряно
Восстановите исходное состояние, снова добавьте четыре жестких диска
Теперь создайте дисковый массив RAID 5 + резервный диск. В следующей команде параметр -n 3 представляет количество жестких дисков, необходимых для создания этого дискового массива RAID 5, параметр -l 5 представляет уровень RAID, а параметр -x 1 представляет резервный диск. При просмотре дискового массива / dev / md0 (а именно имени дискового массива RAID 5) можно увидеть, что есть резервный диск, ожидающий
Теперь отформатируйте развернутый дисковый массив RAID 5 в формат файла ext4, затем смонтируйте его в каталог, а затем вы можете использовать его.
Наконец, мы снова перемещаем устройство жесткого диска / dev / sdb из дискового массива, а затем проверяем статус дискового массива / dev / md0, вы обнаружите, что резервный диск был автоматически заменен и началась синхронизация данных.
Технология дисков резервного копирования в RAID очень практична. Она может еще больше повысить надежность данных за счет обеспечения безопасности данных дискового массива RAID. Рекомендуется купить еще один диск резервного копирования для Just в случае
HDD Redundant Array of Inexpensive Disks массив недорогих дисков с избыточностью Дисковый массив, организующий на основе нескольких жестких дисков определенную структуру, призванную повысить надежность либо скорость работы системы.
2 RAID
массив резервных недорогих дисков; группа дисков, работающих как единое устройство; блок дисков с избыточностью информации; дисковый массив
3 redundant array of inexpensive disks
4 RAID
5) Сокращение: Rapid Alerting & Identification Display, Rapid Assessment and Initial Detection [teams] (Chemical warfare. (USA)) , Redundant Array of Independent Disks, Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks
11) Программное обеспечение: Redundant Array of Independent Disks (Избыточный массив независимых дисков. Способ хранения данных разместив их на нескольких дисков, с целью страховки сохранения информации.)
5 raid
5) Сокращение: Rapid Alerting & Identification Display, Rapid Assessment and Initial Detection [teams] (Chemical warfare. (USA)) , Redundant Array of Independent Disks, Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks
11) Программное обеспечение: Redundant Array of Independent Disks (Избыточный массив независимых дисков. Способ хранения данных разместив их на нескольких дисков, с целью страховки сохранения информации.)
6 RAID
(Redundant Array of Inexpensive (Independent) Disks) дисковый массив (матрица), RAID -система внешней памяти, массив недорогих (или независимых) дисков с избыточностью
метод исключения последствий ошибок подсистемы на жёстких дисках, основанный на том, что два или более жёстких дисков работают параллельно под управлением специальной программы. Это повышает производительность и уменьшает риск потери данных. Каждый диск содержит лишь часть данных, необходимых для воссоздания целостного набора данных. Данные для записи на каждый отдельный диск расщепляются на так называемые полосы, размером от одного бита до нескольких мегабайт, и сопровождаются дополнительными битами для коррекции ошибок. Если происходит сбой в работе одного из дисков, данные можно восстановить на новом диске, используя содержимое других дисков массива. Дисковые массивы широко применяются в сетевых серверах и системах хранения данных. Существуют различные способы объединения дисков - уровни RAID: RAID 0, RAID 1, RAID 2, RAID 3, RAID 4, RAID 5 и т. д., каждый со своими достоинствами и недостатками. Комитет RAID Advisory Board в конце 1997 г. заменил уровни RAID 0 - RAID 5 тремя новыми классификациями: DTDS, FRDS, FTDS
Технология RAID (Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых дисков) имеет несколько реализаций, и две из них популярны в настольных системах.
Именно так был представлен RAID своими исследователями Петтерсоном(David A. Patterson), Гибсоном(Garth A. Gibson) и Катцом(Randy H. Katz) в 1987 году.
Пара слов о подключении устройства.
Принцип функционирования : из набора дисковых накопителей создается массив, который управляется специальным контроллером и определяется компьютером как единый логический диск большой емкости. За счет параллельного выполнения операций ввода-вывода обеспечивается высокое быстродействие системы, а повышенная надежность хранения информации достигается дублированием данных или вычислением контрольных сумм. Следует отметить, что применение RAID-массивов защищает от потерь данных только в случае физического отказа жестких дисков.
Различают несколько основных уровней RAID-массивов: RAID 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Также существуют комбинированные уровни, такие как RAID 10, 0+1, 30, 50, 53
Три основных варианта реализации RAID систем:
· аппаратная - шинно-ориентированная (bus-based);
· аппаратная - автономная подсистема (subsystem-based).
Неизвестно что лучше.
Каждая из вышеперечисленных реализаций базируется на исполнении программного кода. Отличаются они фактически тем, где этот код исполняется: в центральном процессоре компьютера (программная реализация) или в специализированном процессоре на RAID контроллере (аппаратная реализация).
Главное преимущество программной реализации - низкая стоимость. Но при этом у нее много недостатков: низкая производительность, загрузка дополнительной работой центрального процессора, увеличение шинного трафика. Программно обычно реализуют простые уровни RAID - 0 и 1, так как они не требуют значительных вычислений. Учитывая эти особенности, RAID системы с программной реализацией используются в серверах начального уровня.
Аппаратные реализации RAID соответственно стоят больше чем программные, так как используют дополнительную аппаратуру для выполнения операций ввода вывода. При этом они разгружают или освобождают центральный процессор и системную шину и соответственно позволяют увеличить быстродействие.
Шинно-ориентированные реализации представляют собой RAID контроллеры, которые используют скоростную шину компьютера, в который они устанавливаются (в последнее время обычно используется шина PCI).
Линейный RAID —представляет собой простое объединение дисков, создающее большой виртуальный диск. В линейном RAID, блоки выделяются сначала на одном диске, включенном в массив, затем, если этот заполнен, на другом и т.д. Такое объединение не даёт выигрыша в производительности, так как скорее всего операции ввода/вывода не будут распределены между дисками. Линейный RAID также не содержит избыточности и, в действительности, увеличивает вероятность сбоя — если всего одни диск откажет, весь массив выйдет из строя. Ёмкость массива равняется суммарной ёмкости всех дисков.
RAID 0 Дисковый массив без отказоустойчивости (Striped Disk Array without Fault Tolerance)
информацию распределяет сразу по всем входящим в массив дискам в виде небольших блоков («страйпов»).
Преимущества:
· наивысшая производительность в приложениях, требующих интенсивной обработки запросов ввода/вывода и данных большого объема;
· максимальная эффективность использования дискового пространства — 100%.
Недостатки:
· не является "настоящим" RAID`ом, поскольку не поддерживает отказоустойчивость;
· отказ одного диска влечет за собой потерю всех данных массива.
RAID 1 Дисковый массив с зеркалированием (Mirroring & Duplexing)
Дисковый массив с дублированием информации (зеркалированием данных). В простейшем случае два накопителя содержат одинаковую информацию и являются одним логическим диском.
Преимущества:
· простота восстановления массива в случае отказа (копирование).
Недостатки:
· высокая стоимость — 100-процентная избыточность;
· невысокая скорость передачи данных.
RAID 2
Отказоустойчивый дисковый массив с использованием кода Хемминга (Hamming Code ECC)
Схема резервирования данных с использованием кода Хэмминга (Hamming code) для коррекции ошибок. Поток данных разбивается на слова — причем размер слова соответствует количеству дисков для записи данных. Для каждого слова вычисляется код коррекции ошибок, который записывается на диски, выделенные для хранения контрольной информации. Их число равно количеству бит в слове контрольной суммы.
RAID 2 не получил коммерческого применения
Если слово состоит из четырех бит, то под контрольную информацию отводится три диска. RAID 2 — один из немногих уровней, позволяющих обнаруживать двойные ошибки и исправлять "на лету" одиночные. При этом он является самым избыточным среди всех уровней с контролем четности. Эта схема хранения данных не получила коммерческого применения, поскольку плохо справляется с большим количеством запросов.
Преимущества:
· достаточно простая реализация;
· коррекция ошибок "на лету";
· очень высокая скорость передачи данных;
· при увеличении количества дисков накладные расходы уменьшаются.
Недостатки:
· низкая скорость обработки запросов;
RAID 3
Отказоустойчивый дисковый массив с параллельной передачей данных и четностью(Parallel Transfer Disks with Parity)
Отказоустойчивый массив с параллельным вводом/выводом данных и диском контроля четности. Поток данных разбивается на порции на уровне байт (хотя возможно и на уровне бит) и записывается одновременно на все диски массива, кроме одного. Один диск предназначен для хранения контрольных сумм, вычисляемых при записи данных. Поломка любого из дисков массива не приведет к потере информации.
В RAID 3 информация разбивается на порции одинакового размера
Этот уровень имеет намного меньшую избыточность, чем RAID 2. Во втором рэйде большинство дисков, хранящих контрольную информацию, нужны для определения неисправного разряда. Как правило, RAID-контроллеры могут получить данные об ошибке с помощью механизмов отслеживания случайных сбоев. За счет разбиения данных на порции RAID 3 имеет высокую производительность. Поскольку при каждой операции ввода/вывода производится обращение практически ко всем дискам массива, то одновременная обработка нескольких запросов невозможна.
Этот уровень подходит для приложений с файлами большого объема и малой частотой обращений (в основном это сфера мультимедиа). Использование только одного диска для хранения контрольной информации объясняет тот факт, что коэффициент использования дискового пространства достаточно высок (как следствие этого — относительно низкая стоимость). Для реализации массива требуется не меньше трех винчестеров.
Преимущества:
· отказ диска мало влияет на скорость работы массива;
· высокая скорость передачи данных;
· высокий коэффициент использования дискового пространства.
Недостатки:
низкая производительность при большой интенсивности запросов данных небольшого объема.
RAID 4
Отказоустойчивый массив независимых дисков с общим диском четности (Independent Data Disks with Shared Parity Disk)
Этот массив очень похож на уровень RAID 3. Поток данных разделяется не на уровне байтов, а на уровне блоков информации, каждый из которых записывается на отдельный диск. После записи группы блоков вычисляется контрольная сумма, которая записывается на выделенный для этого диск.
В RAID 4 поток данных разделяется на блоки
У RAID 4 возможно одновременное выполнение нескольких операций чтения. Этот массив повышает производительность передачи файлов малого объема (за счет распараллеливания операции считывания). Но поскольку при записи должна изменяться контрольная сумма на выделенном диске, одновременное выполнение операций невозможно (налицо асимметричность операций ввода и вывода). Этот уровень имеет почти все недостатки RAID 3 и не обеспечивает преимущества в скорости при передаче данных большого объема. Схема хранения разрабатывалась для приложений, в которых данные изначально разбиты на небольшие блоки, поэтому нет необходимости разбивать их дополнительно. Эта схема хранения данных имеет невысокую стоимость, но ее реализация достаточно сложна, как и восстановление данных при сбое.
Преимущества:
· высокая скорость передачи данных;
· отказ диска мало влияет на скорость работы массива;
· высокий коэффициент использования дискового пространства.
Недостатки:
· достаточно сложная реализация;
· очень низкая производительность при записи данных;
· сложное восстановление данных.
RAID 5
Отказоустойчивый массив независимых дисков с распределенной четностью(Independent Data Disks with Distributed Parity Blocks)
Самый распространенный уровень. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, отсутствует выделенный диск для хранения информации о четности, нет асимметричности конфигурации дисков.
В случае RAID 5 все диски массива имеют одинаковый размер — но один из них невидим для операционной системы. Например, если массив состоит из пяти дисков емкостью 10 Гб каждый, то фактически размер массива будет равен 40 Гб — 10 Гб отводится на контрольные суммы. В общем случае полезная емкость массива из N дисков равна суммарной емкости N–1 диска.
В RAID 5 отсутствует выделенный диск для хранения информации о четности
Самый большой недостаток уровней RAID от 2-го до 4-го — это наличие отдельного диска (или дисков), хранящего информацию о четности. Скорость выполнения операций считывания достаточно высока, так как не требует обращения к этому диску. Но при каждой операции записи на нем изменяется информация, поэтому схемы RAID 2-4 не позволяют проводить параллельные операции записи. RAID 5 не имеет этого недостатка, так как контрольные суммы записываются на все диски массива, что делает возможным выполнение нескольких операций чтения или записи одновременно. RAID 5 имеет достаточно высокую скорость записи/чтения и малую избыточность.
Преимущества:
высокая скорость записи данных;
достаточно высокая скорость чтения данных;
высокая производительность при большой интенсивности запросов чтения/записи данных;
высокий коэффициент использования дискового пространства.
Недостатки:
· низкая скорость чтения/записи данных малого объема при единичных запросах;
· достаточно сложная реализация;
· сложное восстановление данных.
RAID 6
Отказоустойчивый массив независимых дисков с двумя независимыми распределенными схемами четности (Independent Data Disks with Two Independent Distributed Parity Schemes)
RAID 6 — это отказоустойчивый массив независимых дисков с распределением контрольных сумм, вычисленных двумя независимыми способами. Этот уровень во многом схож с RAID 5. Только в нем используется не одна, а две независимые схемы контроля четности, что позволяет сохранять работоспособность системы при одновременном выходе из строя двух накопителей. Для вычисления контрольных сумм в RAID 6 используется алгоритм, построенный на основе кода Рида-Соломона (Reed-Solomon).
RAID 6 использует две независимые схемы контроля четности
Этот уровень имеет очень высокую отказоустойчивость, большую скорость считывания (данные хранятся блоками, нет выделенных дисков для хранения контрольных сумм). В то же время из-за большого объема контрольной информации RAID 6 имеет низкую скорость записи. Он очень сложен в реализации, характеризуется низким коэффициентом использования дискового пространства: для массива из пяти дисков он составляет всего 60%, но с ростом числа дисков ситуация исправляется.
RAID 6 по многим характеристикам проигрывает другим уровням, поэтому на сегодня не получил коммерческого применения.
Преимущества:
· достаточно высокая скорость обработки запросов;
Недостатки:
· низкая скорость чтения/записи данных малого объема при единичных запросах;
· очень сложная реализация;
· сложное восстановление данных;
· низкая скорость записи данных.
RAID 7
Отказоустойчивый массив, оптимизированный для повышения производительности (Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates)
Блок вычисления контрольных сумм интегрирован с блоком буферизации; для хранения информации о четности используется отдельный диск, который может быть размещен на любом канале. RAID 7 имеет высокую скорость передачи данных и обработки запросов, хорошую масштабируемость. Самым большим недостатком этого уровня является стоимость его реализации.
Преимущества:
· очень высокая скорость передачи данных и высокая скорость обработки запросов (в 1,5…6 раз выше других стандартных уровней RAID);
· значительно возросшая (благодаря наличию кэша) скорость чтения данных небольшого объема;
· отсутствие необходимости в дополнительной передаче данных для вычисления четности.
Недостатки:
· собственность одной компании;
· очень высокая стоимость на единицу объема;
· не может обслуживаться пользователем;
· необходимость использования блока бесперебойного питания для предотвращения потери данных из кэш-памяти;
· короткий гарантийный срок.
RAID 1 Enhanced (RAID 1E) комбинирует mirroring и data striping. Эта смесь уровней 0 и 1 устроена следующим образом. Данные в ряду распределяются точь-в-точь так, как в RAID 0. То есть ряд данных не имеет никакой избыточности. Следующий ряд блоков данных копирует предыдущий со сдвигом на один блок. Таким образом как и в стандартном режиме RAID 1 каждый блок данных имеет зеркальную копию на одном из дисков, поэтому полезный объем массива равен половине суммарного объема входящих в массив жестких дисков. Для работы RAID 1E требуется объединение трех или более дисков.
RAID 5 Enhanced (RAID 5E). Это то же самое что и RAID5, только со встроенным в массив резервным диском spare drive. Это встраивание производится следующим образом: на всех дисках массива оставляется свободным 1/N часть пространства, которая при отказе одного из дисков используется в качестве горячего резерва. За счет этого RAID5E демонстрирует наряду с надежностью лучшую производительность, так как чтение/запись производится параллельно с бОльшего числа накопителей одновременно и spare drive не простаивает, как в RAID5. Полезный объем логического тома вычисляется по формуле N-2.
RAID 10.
Суть этого уровня в том, что диски массива объединяются парами в "зеркала" (RAID 1), а затем все эти зеркальные пары в свою очередь объединяются в общий массив с чередованием (RAID 0). Именно поэтому его иногда обозначают как RAID 1+0. Важный момент - в RAID 10 можно объединить только четное количество дисков (минимум - 4, максимум - 16). Достоинства: от "зеркала" наследуется надежность, от "нуля" - производительность как на чтение, так и на запись.
RAID 1Е0.
Этот уровень реализуется так: мы создаем "нулевой" массив из массивов RAID1E. Следовательно, общее количество дисков должно быть кратно трем: минимум три и максимум - шестьдесят! Преимущество в скорости при этом мы вряд ли получим, а сложность реализации может неблагоприятно отразиться на надежности. Главное достоинство - возможность объединить в один массив очень большое (до 60) количество дисков.
RAID 1+0, RAID 3+0, RAID 5+0 - фактически это массив RAID 0, но вместо дисков используются массивы RAID 1, 3, 5 соответственно.
В основе средств обеспечения отказоустойчивости дисковой памяти лежит общий для всех отказоустойчивых систем принцип избыточности, и дисковые подсистемы RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks, дословно — «избыточный массив недорогих дисков») являются примером реализации этого принципа. Идея технологии RAID-массивовсостоит в том, что для хранения данных используется несколько дисков, даже в тех случаях, когда для таких данных хватило бы места на одном диске.
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.
При оценке эффективности RAID-массивов чаще всего используются следующие критерии:
· степень избыточности хранимой информации;
· производительность операций чтения и записи;
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. Различные варианты реализации технологии RAID-0 могут отличаться размерами блоков данных.
По сравнению с одиночным диском, в котором данные записываются и считываются с диска последовательно, производительность дисковой конфигурации RAID-0 значительно выше за счет одновременности операций записи/чтения по всем дискам массива.
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.
Рисунок 31. Организация массива RAID-0
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%.
При внесении изменений в данные, расположенные на логическом устройстве RAID-1, контроллер (или драйвер) массива дисков одинаковым образом модифицирует и основной, и зеркальный диски, при этом дублирование операций абсолютно прозрачно для пользователя и приложений. 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.
Рисунок 32. Организация массива RAID-1
Уровень RAID-2 расщепляет данные побитно: первый бит записывается на первый диск, второй бит — на второй диск й т. д. Отказоустойчивость реализуется в RAID-2 путем использования для кодирования данных корректирующего кода Хэмминга, который обеспечивает исправление однократных ошибок и обнаружение двукратных ошибок. Избыточность обеспечивается за счет нескольких дополнительных дисков, куда записывается код коррекции ошибок. Так, массив с числом основных дисков от 16 до 32 должен иметь три дополнительных диска для хранения кода коррекции. RAID-2 обеспечивает высокую производительность и надежность, но он применяется в основном в мэйнфреймах и суперкомпьютерах. В сетевых файловых серверах этот метод в настоящее время практически не используется из-за высокой стоимости его реализации.
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 диска позволяют не только определить, какой из дисководов массива вышел из строя, но и восстановить утраченную информацию. Это восстановление может выполняться динамически, по мере поступления запросов, или врезультате выполнения специальной процедуры восстановления, когда содержимое отказавшего диска заново генерируется и записывается на резервный диск.
Минимальное количество дисков, необходимое для создания конфигурации RAID-3, равно трем. В этом случае избыточность достигает максимального значения — 33 %. При увеличении числа дисков степень избыточности снижается, так, для 33 дисков она составляет менее 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.
Рисунок 33.Организация массивов RAID-3
Организация RAID-4 аналогична RAID-3, за тем исключением, что данные рас-пределяются на дисках не побайтно, а блоками. За счет этого может происходить независимый обмен с каждым диском. Для хранения контрольной информации также используется один дополнительный диск. Эта реализация удобна для файлов с очень короткими записями и большей частотой операций чтения по сравнению с операциями записи, поскольку в этом случае при подходящем размере блоков диска возможно одновременное выполнение нескольких операций чтения.
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, как и в методе RAID-4. Наибольший выигрыш в производительности достигается при операциях чтения. Поскольку информация о четности может быть считана и записана на несколько дисков одновременно, скорость записи по сравнению с уровнем RAID-4 увеличивается, однако она все еще гораздо ниже скорости отдельного диска метода RAID-1 или RAID-3.
Рисунок 34. Организация массива RAID-5
Кроме рассмотренных выше имеются еще и другие варианты организации совместной работы избыточного набора дисков, среди них можно особо отметит» технологию RAID-10, которая представляет собой комбинированный способ, при котором данные «расщепляются» (RAID-0) и зеркально копируются (RAID-1) без вычисления контрольных сумм.
Дисковые массивы также могут использовать концепцию проверки четности. Когда любой жесткий диск в массиве выходит из строя, данные все еще могут быть прочитаны. Когда данные восстанавливаются, данные пересчитываются на новый жесткий диск.
4.RAID10
Ввиду того, что технология RAID 5 ставит под угрозу скорость чтения / записи и производительность безопасности данных из-за стоимости оборудования жесткого диска, большинство компаний больше заботятся о стоимости самих данных, чем о цене жесткого диска, поэтому в основном используется в производственной среде с технологией RAID 10.
Как следует из названия, технология RAID 10 представляет собой «комбинацию» технологии RAID 1 + RAID 0. Как показано на рис. 7-4, для создания технологии RAID 10 требуется как минимум 4 жестких диска. Сначала создайте два дисковых массива RAID 1, соответственно, для обеспечения безопасности данных; затем примените технологию RAID 0 на двух дисковых массивах RAID 1. Дальнейшее улучшение чтения и скорость записи жестких дисков. Таким образом, теоретически, если не все жесткие диски в одной группе повреждены, до 50% жестких дисков могут быть повреждены без потери данных. Поскольку технология RAID 10 наследует высокую скорость чтения и записи RAID 0 и безопасность данных RAID 1, производительность RAID 10 превышает производительность RAID 5 независимо от стоимости, поэтому в настоящее время это широко используемая технология хранения.
Ссылка на ссылку:Энциклопедия Baidu
3.RAID 5
Технология RAID5 сохраняет информацию о четности данных с жесткого диска на другие жесткие диски. Информация о четности данных в группе дискового массива RAID 5 не хранится отдельно на определенном жестком диске, а хранится на каждом другом жестком диске, кроме самого себя. Преимущество состоит в том, что ни одно из устройств не будет повреждено после повреждения. Возникает фатальный дефект; часть четности на рис. 7-3 хранит информацию о четности данных. Другими словами, технология RAID 5 фактически не выполняет резервное копирование информации реальных данных на жестком диске, а передает четность после жесткого диска. проблема с дисковым устройством. Проверьте информацию, чтобы попытаться восстановить поврежденные данные. Технические особенности, такие как "компромисс" RAID, чтобы учесть скорость чтения и записи, безопасность данных и стоимость хранения на жестких дисках.
Технология RAID5 сохраняет информацию о четности данных с жесткого диска на другие жесткие диски. Информация о четности данных в группе дискового массива RAID 5 не хранится отдельно на определенном жестком диске, а хранится на каждом другом жестком диске, кроме самого себя. Преимущество состоит в том, что ни одно из устройств не будет повреждено после повреждения. Возникает фатальный дефект; часть четности на рис. 7-3 хранит информацию о четности данных. Другими словами, технология RAID 5 фактически не выполняет резервное копирование информации реальных данных на жестком диске, а передает четность после жесткого диска. проблема с дисковым устройством. Проверьте информацию, чтобы попытаться восстановить поврежденные данные. Технические особенности, такие как "компромисс" RAID, чтобы учесть скорость чтения и записи, безопасность данных и стоимость хранения на жестких дисках.
1. Знания, связанные с LVM
Хотя ранее изученная технология управления жестким диском может эффективно улучшить скорость чтения и записи жесткого диска и безопасность данных, изменить размер раздела жесткого диска непросто после того, как жесткий диск разбит на разделы или развернут как дисковый массив RAID. Другими словами, когда пользователи хотят отрегулировать размер разделов жесткого диска по мере изменения фактических потребностей, они будут ограничены «гибкостью» жесткого диска. На данный момент вам необходимо использовать еще одну очень популярную технологию управления ресурсами жесткого диска - LVM (Logical Volume Manager). LVM позволяет пользователям динамически настраивать ресурсы жесткого диска.
Диспетчер логических томов - это механизм, используемый системой Linux для управления разделами жесткого диска. Теоретически он надежен. Его первоначальная цель - решить проблему создания устройства жесткого диска после создания раздела. Дефекты. Хотя теоретически возможно принудительно увеличить или уменьшить традиционный раздел жесткого диска, это может привести к потере данных. Технология LVM добавляет логический уровень между разделом жесткого диска и файловой системой и предоставляет абстрактную группу томов, которая может объединять несколько жестких дисков. Таким образом, пользователям не нужно заботиться о базовой архитектуре и структуре физического жесткого диска, и они могут реализовать динамическую настройку разделов жесткого диска. Техническая архитектура LVM представлена на рисунке.
Физический объемНа самом низком уровне LVM это можно понимать как физический жесткий диск, раздел жесткого диска или дисковый массив RAID, и все это в порядке.
Группа томовНа основе физических томов группа томов может содержать несколько физических томов, и новые физические тома могут быть добавлены к ней после создания группы томов.
Логический объемОн создается со свободными ресурсами в группе томов, и логический том может динамически расширять или сжимать пространство после его создания. Это основная идея LVM.
5. Разверните дисковый массив.
Во-первых, вам нужно добавить к виртуальной машине 4 жестких диска, чтобы создать дисковый массив RAID 10.
параметр | эффект |
---|---|
-a | Название испытательного оборудования |
-n | Укажите количество устройств |
-l | Укажите уровень RAID |
-C | Создайте |
-v | Показать процесс |
-f | Имитация повреждения оборудования |
-r | Удалить устройство |
-Q | Просмотр сводной информации |
-D | проверьте подробную информацию |
-S | Остановить дисковый массив RAID |
Затем используйте команду mdadm для создания RAID 10 с именем «/ dev / md0».
Используйте параметры в mdadm, параметр -C представляет создание карты массива RAID; параметр -v показывает процесс создания и в то же время добавляет имя устройства / dev / md0, так что / dev / md0 является имя дискового массива RAID после создания; -A параметр yes представляет автоматическое создание файлов устройств; -n 4 параметр представляет использование 4 жестких дисков для развертывания этого дискового массива RAID; и -l 10 параметр представляет схему RAID 10 ; наконец, добавьте имена 4 жестких дисков
Затем отформатируйте подготовленный дисковый массив RAID в формат ext4.
Наконец, проверьте подробную информацию, указанную на диске / dev / md0, и запишите ее в файл конфигурации, чтобы сделать ее постоянной.
6. Поврежденный дисковый массив и его ремонт.
После подтверждения того, что физический жесткий диск поврежден и не может продолжать нормально использоваться, вы должны использовать команду mdadm, чтобы удалить его, а затем проверить статус дискового массива RAID, вы можете обнаружить, что статус изменился
Используйте команду mdadm, чтобы заменить диск, перезагрузить систему, а затем добавить новый жесткий диск в массив дисков RAID.
Классификация RAID:
Шкафы с внешними дисковыми массивами чаще всего используются на больших серверах и имеют функцию «горячей замены», но эти продукты очень дороги.
Карта внутреннего дискового массива дешевая, но требует высоких технологий установки, подходящих для использования и эксплуатации техническим персоналом. Аппаратный массив может обеспечивать такие функции, как онлайн-расширение, динамическое изменение уровня массива, автоматическое восстановление данных, роуминг диска и сверхвысокую скорость буферизации.
- Используйте программное обеспечение для моделирования
Использование программного моделирования означает, что несколько жестких дисков на подключенной общей карте SCSI конфигурируются в логические диски для формирования массива с помощью функции управления дисками, предоставляемой самой сетевой операционной системой. Программный массив может обеспечить избыточность данных, но производительность дисковой подсистемы будет снижена, а часть сокращения будет относительно большой, примерно на 30% больше, что снизит скорость машины. Не подходит для серверов с большим трафиком данных.
Общие уровни RAID:
- RAID0: [Повышенная производительность чтения и записи диска, отсутствие отказоустойчивости (избыточность равна 0)]
Несколько физических жестких дисков (по крайней мере, два) подключаются последовательно с помощью оборудования или программного обеспечения, чтобы сформировать большую группу томов, и данные записываются на каждый физический жесткий диск по очереди. Таким образом, теоретически производительность чтения и записи жестких дисков будет значительно улучшена. (Например, RAID0, состоящий из трех жестких дисков, трафик запросов на чтение и запись данных будет равномерно распределен между тремя жесткими дисками), но есть недостаток, то есть при выходе из строя одного из жестких дисков все жесткие диски в этой группе томов будут отключены. Недоступно (данные уничтожены). Хотя избыточность равна 0, производительность чтения и записи самая высокая среди всех уровней RAID.
Резюме RAID0:
Коэффициент использования дискового пространства: 100%, поэтому стоимость самая низкая.
Скорость чтения: NЧтение производительности одного диска
Скорость записи: NПроизводительность записи на один диск
Избыточность: нет, любое повреждение диска приведет к невозможности использования данных.
- RAID1: [производительность резервного копирования, чтения и записи данных не улучшается]
Хотя технология RAID 0 улучшает скорость чтения и записи жестких дисков, она записывает данные на каждый физический жесткий диск по очереди, то есть его данные хранятся отдельно, и любой отказ жесткого диска приведет к повреждению всей системы. данные. Следовательно, если производственная среда не предъявляет высоких требований к скорости чтения и записи жесткого диска, но хочет повысить безопасность данных, необходима технология RAID 1.
RAID1 - это дисковый массив RAID, состоящий из двух жестких дисков, и его емкость равна емкости только одного жесткого диска, поскольку другой используется только как «зеркало» данных. Дисковый массив RAID1, безусловно, является наиболее надежным типом массива, поскольку он всегда поддерживает полную резервную копию данных. Его производительность, естественно, не так хороша, как у дискового массива RAID0, но его чтение данных действительно быстрее, чем у одного жесткого диска, потому что данные будут считываться с более быстрого из двух жестких дисков. Скорость записи дискового массива RAID1 обычно ниже, потому что данные должны быть записаны на два жестких диска и сравнены. Дисковые массивы RAID1 обычно поддерживают «горячую замену», что означает, что удаление или замена жестких дисков в массиве может выполняться во время работы системы без прерывания для выхода из системы. Дисковый массив RAID1 очень безопасен, но это также более дорогое решение для дискового массива RAID, поскольку два жестких диска могут обеспечить емкость только одного жесткого диска. Дисковые массивы RAID1 в основном используются в случаях, когда безопасность данных высока и поврежденные данные можно быстро восстановить.
Здесь следует отметить, что чтение может выполняться только с одного диска, а параллельное чтение выполняться не будет. Производительность зависит от более быстрого диска на жестком диске. Запись обычно медленнее, чем на один диск.Хотя запись ведется параллельно, то есть запись на два диска выполняется одновременно, производительность ниже, чем на один диск, поскольку сравниваются данные на двух жестких дисках.
подводить итоги:
Уровень использования диска составляет 50%, а стоимость высока, но есть резервное копирование данных, что более безопасно. Что касается производительности чтения и записи, операции чтения могут выполняться только на одном из жестких дисков (операции чтения с большей производительностью). Для операций записи они записываются на два диска параллельно, но из-за согласованности данных, Поэтому производительность не такая высокая, как у одного диска.
- RAID5: [Четность хранит данные, компромисс между RAID0 и RAID1]
RAID5 - это компромисс между RAID0 и RAID1. RAID 5 имеет скорость чтения данных, аналогичную RAID 0, но с дополнительной информацией о четности скорость записи данных немного ниже, чем запись на один диск. В то же время, поскольку несколько фрагментов данных соответствуют одной информации о четности, использование дискового пространства RAID 5 выше, чем у RAID 1, а стоимость хранения относительно низкая. Это решение, которое в настоящее время широко используется.
Как показано на рисунке, технология RAID5 сохраняет информацию о четности данных с жесткого диска на другие жесткие диски. Информация о четности данных в группе дискового массива RAID 5 не хранится отдельно на определенном жестком диске, а хранится на всех других жестких дисках, кроме самого себя. Преимущество этого заключается в том, что ни одно из устройств не будет повреждено после повреждения. Возникает фатальный недостаток; часть четности на рисунке хранит информацию о четности данных. Другими словами, технология RAID 5 на самом деле не создает резервную копию реальной информации на жестком диске, а передает информацию о четности, когда на жестком диске есть проблема. Попытаться восстановить поврежденные данные. Технические характеристики, такие как «компромисс» RAID, позволяют учесть скорость чтения и записи жестких дисков, безопасность данных и затраты на хранение.
нота: Емкость всех дисков в массиве raid 5 должна быть одинаковой.Если емкость различна, будет преобладать наименьшая емкость. Лучше всего иметь такую же скорость вращения жесткого диска, иначе это повлияет на производительность, а доступное пространство = количество дисков n-1, Raid 5 не имеет независимого диска проверки четности, вся информация о четности разбросана по всем дискам, занимая только одну емкость диска. Для формирования RAID5 минимум 3 диска.
подводить итоги:
Использование дискового пространства: (N-1) / N, то есть только один диск расходуется для проверки четности.
Производительность чтения: это (n-1) * производительность чтения одного диска, что ближе к производительности чтения RAID0.
Производительность записи. Параллельная запись может быть хуже, чем производительность записи одного диска из-за синтеза и заполнения контрольной информации.
Избыточность: можно повредить только один диск.
Ввиду того, что технология RAID 5 ставит под угрозу скорость чтения / записи и производительность безопасности данных из-за стоимости оборудования жесткого диска, большинство компаний больше заботятся о стоимости самих данных, а не о цене жесткого диска, поэтому он в основном используется в производственной среде. Технология RAID 10.
Как следует из названия, технология RAID 10 представляет собой «комбинацию» технологии RAID 1 + RAID 0. Как показано на рисунке, для создания технологии RAID 10 требуется как минимум 4 жестких диска.Сначала создайте дисковый массив RAID 1 попарно для обеспечения безопасности данных, а затем примените технологию RAID 0 на двух дисковых массивах RAID 1. Повышение скорости чтения и записи жестких дисков. Таким образом, теоретически, если не все жесткие диски в одной группе повреждены, до 50% жестких дисков могут быть повреждены без потери данных. Поскольку технология RAID 10 наследует высокую скорость чтения и записи RAID 0 и безопасность данных RAID 1, производительность RAID 10 превосходит RAID 5 независимо от стоимости, поэтому в настоящее время это широко используемая технология хранения.
подводить итоги:
Использование дискового пространства: 50%.
Скорость чтения: N / 2Чтение производительности одного жесткого диска
Эффективность записи: N / 2Производительность записи на один жесткий диск
Избыточность: пока можно использовать один диск из пары зеркальных дисков, проблем нет.
RAID 01/10: Согласно комбинации, он делится на RAID 10 и RAID 01. Фактически это продукт объединения стандартов RAID 0 и RAID 1. Он непрерывно разделяет данные на биты или байты и читает / записывает несколько дисков параллельно. Диск используется для зеркалирования диска в целях резервирования. Его преимущество состоит в том, что он обладает как необычайной скоростью RAID 0, так и высокой надежностью данных RAID 1, но при этом загрузка ЦП выше, а использование диска относительно низкое. RAID 1 + 0 сначала зеркалирует, а затем разделяет данные, а затем делит все жесткие диски на две группы, что считается самой низкой комбинацией RAID 0, а затем обрабатывает эти две группы как операцию RAID 1. RAID 0 + 1 противоположен процедуре RAID 1 + 0. Он разбивает на разделы, а затем зеркально копирует данные на два набора жестких дисков. Он делит все жесткие диски на две группы, что становится самой низкой комбинацией RAID 1, и обрабатывает два жестких диска как RAID 0. Что касается производительности, RAID 0 + 1 имеет более высокие скорости чтения и записи, чем RAID 1 + 0. Что касается надежности, при повреждении одного жесткого диска в RAID 1 + 0 оставшиеся три жестких диска продолжат работу. RAID 0 + 1 Пока один жесткий диск поврежден, другой жесткий диск в той же группе RAID 0 также перестанет работать, в результате чего будут работать только два жестких диска, что менее надежно. Поэтому RAID 10 используется гораздо чаще, чем RAID 01. Большинство розничных материнских плат поддерживают RAID 0/1/5/10, но не RAID 01. Как показано:
Читайте также: