Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Все о RAID

Даррин Вудс

В этой статье речь пойдет не об известном средстве для уничтожения насекомых, а о массивах недорогих дисков с избыточностью (Redundant Array of Inexpensive Disks — RAID), которые широко применяются на крупных предприятиях и в небольших компаниях. Их подключают и к мэйнфреймам, и к настольным ПК.

Рождение RAID

Местом рождения RAID-технологии является Калифорнийский университет в г. Беркли. В 1987 г. его специалисты опубликовали статью с описанием принципов объединения многочисленных дисковых накопителей с целью построения высокопроизводительных и надежных систем хранения данных.

Первоначально было определено шесть уровней RAID (0—5), но по мере развития этой технологии появились дополнительные уровни. Технология RAID становится все более важной для работы предприятий: дисковые массивы RAID используются в сетях SAN (Storage Area Networks), популярность которых растет. Эти сети обеспечивают многочисленным пользователям возможность совместной работы с данными, как-будто последние хранятся не в удаленном массиве, а на их локальных дисках.

Массив RAID состоит из некоторого числа дисков, подключенных к контроллеру. Несмотря на то, что с помощью ПО, распределяющего сегменты данных по дискам, такой массив можно реализовать на основе обычного контроллера SCSI или Fibre Channel, компании Adaptec, American Megatrends и другие производители компьютерного оборудования выпускают контроллеры, специально предназначенные для организации массивов RAID. Программное решение дешевле решения, основанного на специальном контроллере, но оно, как правило, поддерживает только RAID-уровни 0 и 1. Если вы не хотите самостоятельно собирать свой RAID-массив, то обратите внимание на продукцию таких фирм, как Medea, которые выпускают массивы, соответствующие самым разным требованиям и совместимые с самыми разными компьютерными платформами. Компании Hewlett-Packard, Sun Microsystems и другие крупные производители компьютеров предлагают массивы RAID, работающие с их системами.

Технология RAID базируется на трех основных методах записи и защиты информации: распределение последовательности сегментов данных по дискам с определенной циклической очередностью (поочередное размещение); зеркальное отражение дисков; вычисление контрольных сумм. Поочередное размещение позволяет создавать большие тома и ускорять выполнение операций ввода-вывода; зеркальное отражение накопителей и вычисление контрольных сумм приводят к появлению избыточной информации, обеспечивающей восстановление утраченных в случае сбоя данных.

Поочередное размещение

Идея создания больших томов путем объединения дискового пространства не нова. Объемы баз данных на крупных предприятиях всегда превышали емкости одиночных дисков, поэтому поочередное размещение широко использовалось для создания больших логических томов, состоящих из нескольких физических дисков.

При поочередном размещении сегменты данных распределяются по дискам массива. До появления этого метода информация сначала записывалась на один диск, а затем, когда на нем заканчивалось свободное пространство, — на другой. При таком подходе к размещению информации тоже можно создавать большие тома, но никакого ускорения работы дисковой подсистемы не происходит.

Реализуемое в системах RAID поочередное размещение предполагает запись первого сегмента данных на первый диск, второго — на второй и т. д. В этом случае производительность массива повышается, поскольку компьютер начинает записывать очередной сегмент данных (на следующий диск) до того, как закончил запись предыдущего сегмента. Дальнейшее повышение производительности дисковых систем обеспечивается за счет подключения разных групп дисков к отдельным контроллерам.

Зеркальное отражение

Резервное копирование данных, осуществляемое на многих предприятиях ежедневно или несколько раз в неделю, не обеспечивает быстрое восстановление информации и оперативную защиту новых данных, созданных после последнего сеанса копирования. Эти задачи решаются с помощью зеркального отражения дисков, при котором все, что записывается на первый диск, дублируется на второй. В случае поломки первого диска или, что более вероятно, записи данных в испорченный сектор его дискового пространства, они будут считаны с “зеркального” (второго) диска.

И никакой головной боли с поиском ленты, содержащей последнюю резервную копию данных, и восстановлением последних! Данные можно зеркально копировать сразу на несколько дисков, что повышает степень надежности их защиты.

Контроль четности применяется в компьютерных системах уже довольно давно, с тех самых пор, когда для хранения одного байта в ОЗУ стали использовать 9 битов. Девятый бит (называемый контрольным, или битом четности) необходим для контроля целостности информации в ОЗУ.

Метод контроля четности работает следующим образом: все информационные биты в байте складываются по модулю 2 и если число единиц в нем четное, то контрольный бит устанавливается в ноль, а если нечетное, то — в единицу. При считывании данных информационные разряды снова суммируются, и полученный результат сравнивается со значением контрольного бита. Если они совпадают, данные, скорее всего, верны, а если нет, значения одного или нескольких разрядов ошибочные.

Первые шесть уровней RAID

Некоторые специалисты полагают, что систему RAID уровня 0 не следует относить к массивам RAID, поскольку она не является отказоустойчивой. Тем не менее этот RAID-уровень используется гораздо шире других уровней RAID. Принцип работы систем RAID уровня 0 очень прост — в них происходит только поочередное размещение сегментов данных на дисках. Они применяются в тех случаях, когда повышенная надежность хранения данных не имеет очень большого значения. Дело в том, что выход из строя одного диска приводит к потере всей хранящейся в массиве информации. Эти системы идеально подходят для редактирования видеоизображений и поддержания других приложений, требующих большой емкости массива и высокой скорости выполнения операций ввода-вывода. Подобно системе RAID уровня 1, для реализации конфигурации RAID уровня 0 нужно иметь как минимум два диска.

Тем, кому нужна отказоустойчивая система, подойдет технология RAID уровня 1. Это не что иное, как зеркальное отражение дисков: данные записываются на два диска (или большее их число) одновременно. При этом образуется более одной копии данных, а уровень информационной избыточности (при записи на два диска) составляет 100%. Если конкретная реализация дискового массива поддерживает одновременное выполнение операций считывания разных порций данных, то при работе с этим массивом скорость считывания будет выше, чем при использовании одиночного диска. К недостаткам систем RAID уровня 1 относятся самый высокий уровень избыточности и возможность возникновения проблем с “горячей” заменой вышедшего из строя диска, когда функциональность RAID реализуется программно, а не с помощью специального контроллера. Кроме того, для нормальной работы многих систем RAID уровня 1 требуются диски одинаковой емкости, выпущенные одним и тем же производителем.

Нередко в семьях средние по возрасту дети получают меньше родительского внимания, чем младшие и старшие. Что-то подобное произошло и с технологией RAID уровня 2, коммерческие реализации которой практически отсутствуют.

В этой технологии предусмотрена защита данных с помощью корректирующего ошибки кода Хэминга. Записываемые данные распределяются по нескольким дискам, а затем контрольные суммы ECC (Error-Correction Code) записываются на отдельный диск или на несколько отдельных дисков. Недостатком данного подхода является большая доля ECC-дисков в массиве, что делает реализацию данной архитектуры довольно дорогостоящим делом. Кроме того, в секторах многих современных дисков уже хранится ECC-информация, поэтому вряд ли стоит использовать конфигурацию RAID уровня 2, которая не предполагает ничего, кроме сосредоточения этой информации на отдельных устройствах.

Для реализации системы RAID уровня 3 нужны, как минимум, три диска (два для хранения данных и один для хранения контрольных сумм). В этой системе данные распределяются по информационным дискам и для каждой “полосы” данных (совокупности сегментов данных, расположенных в одних и тех же секторах на разных физических дисках) определяется контрольная сумма (или код четности), которая записывается на отдельный диск. Системы RAID уровня 3 обеспечивают высокую скорость передачи данных при выполнении операций чтения и записи, и по сравнению с системами RAID уровня 2 им требуется меньшее число дисков для хранения контрольных сумм. Этот уровень RAID довольно сложен и должен реализовываться только аппаратным способом.

Архитектура RAID уровня 4 очень похожа на архитектуру RAID уровня 3, но отличается от нее распределением данных. Если в системе RAID уровня 3 происходит поочередное размещение очень коротких сегментов данных, то в системе RAID уровня 4 по дискам распределяются информационные блоки значительного размера. Это дает возможность выполнять несколько разных запросов на чтение одновременно. (В массиве RAID уровня 2 или 3 из-за очень небольшого размера записываемых сегментов данных каждый файл распределяется равномерно по всем информационным дискам, и каждый диск участвует во всех операциях чтения или записи, поэтому невозможно выполнять две или более названные операции одновременно. — Прим. ред.) Поскольку в массиве RAID уровня 4 вся контрольная информация сосредоточена на одном (последнем) диске, данный массив не может осуществлять несколько операций записи одновременно, ведь в каждой такой операции участвует не только информационный, но и контрольный диск, на который записываются новые контрольные суммы.

RAID-уровень 5 — самый сложный из первых шести уровней. Подобно системе RAID уровня 4, на дисках системы RAID уровня 5 поочередно размещаются большие блоки данных, но в отличие от системы предыдущего уровня контрольная информация распределяется по всем дискам массива. Для первой “полосы” сегментов данных код четности может быть записан на последнем диске массива, для второй — на предпоследнем и т. д. Это позволяет выполнять несколько операций записи одновременно. Массивы RAID уровня 5 обладают высокой производительностью при выполнении операций чтения и записи и хорошо подходят для реализации Интернет- и файл-серверов. Для организации системы RAID уровня 4 или 5 необходимы минимум три диска.

Следующие пять уровней

Эти уровни не описаны в первоначальных спецификациях на технологию RAID. Они разработаны с целью повышения степени надежности хранения данных, и их реализация обходится довольно дорого. RAID-уровень 6 — это расширенный вариант RAID-уровня 5, в котором предусмотрен двойной контроль четности хранимой информации. При этом для хранения контрольной информации требуется два диска. Разработанная для критически важных приложений, архитектура RAID уровня 6 имеет очень низкую производительность записи в связи с необходимостью расчета дополнительных контрольных сумм.

RAID уровня 7 — это фирменное решение компании Storage Computer. Оно отличается от остальных уровней RAID тем, что предполагает асинхронность работы своих компонентов (включая канал связи с хост-машиной) и независимость управления ими. По этой причине контроллер системы RAID уровня 7 должен работать под управлением ОС реального времени. Эти системы обладают более высокой производительностью по сравнению с массивами RAID других уровней. В них данные распределяются по информационным дискам, а контрольная информация хранится на отдельном диске. С целью повышения производительности операции чтения и записи централизованно кэшируются. Чтобы не потерять содержимое кэш-памяти во время сбоев по питанию, систему, о которой идет речь, следует подключить к ИБП.

В архитектурах RAID уровней 10 и 0+1 зеркальное отражение дисков, как в системе RAID уровня 1, сочетается с поочередным размещением сегментов данных, предусмотренным в массиве RAID уровня 0. Эти архитектуры разработаны для тех случаев, когда нужна большая производительность, чем та, которую обеспечивает массив RAID уровня 1. Для реализации системы RAID уровня 10 или 0+1 требуется минимум четыре диска. Эти системы стоят довольно дорого и плохо масштабируются.

RAID-уровень 53 стоило бы назвать RAID-уровнем 03, так как в нем комбинируются архитектуры RAID уровней 0 и 3. Для реализации такого дискового массива нужно не менее пяти жестких дисков. В этой конфигурации система RAID уровня 53 поочередно записывает небольшие сегменты данных на первые два диска, а информацию о четности — на третий диск. Последние два диска (четвертый и пятый) содержат те же самые данные, поочередно записанные большими блоками без контроля четности, как это делается в системе RAID уровня 0.





  
12 '2001
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• В ожидании кибертеррора

бизнес

• Nortel теряет в весе, но надеется на выздоровление

• Может ли CIO стать CEO

• В чем сила Cisco?

локальные сети

• Инструменты для быстрой диагностики сети

• Снимите завесу таинственности с заземления

• Все о RAID

• Медиаконверторы

корпоративные сети

• Системы CRM на пути к агрегированию корпоративных данных

• Тестируем серверы Web-приложений

• Система ERP: они возвращаются

• Подготовка к внедрению ERP: глаза боятся, а руки делают

• Тестируем сети SAN

услуги сетей связи

• Спутниковые телекоммуникационные технологии и дистанционное образование в современном гуманитарном институте

системы учрежденческой связи

• УАТС. Три десятилетия развития

защита данных

• Верую в PKI

• Безопасная удаленная консоль - своими руками

электронная коммерция

• Как заставить пользователей делать покупки в Интернет

новые продукты

• Компания EMC анонсирует новые системы хранения данных; Акселерация впереди маршрутизатора; Проект в электронном виде; Объединяя серверы


• Калейдоскоп



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх