RAID - RAID

RAID ( / r d / ; " Edullisten levyjen redundanttinen joukko " tai " Riippumattomien levyjen redundanttinen joukko ") on tietojen tallennuksen virtualisointitekniikka, joka yhdistää useita fyysisen levyaseman komponentteja yhdeksi tai useammaksi loogiseksi yksiköksi tietojen redundanssia varten , suorituskyvyn parantaminen tai molemmat. Tämä oli ristiriidassa edellisen erittäin luotettavien keskusyksikköasemakäsitteiden kanssa, joihin viitattiin nimellä "yksi suuri kallis levy" (SLED).

Tiedot jaetaan asemien kesken yhdellä useista tavoista, joita kutsutaan RAID-tasoiksi, tarvittavan redundanssin ja suorituskyvyn mukaan. Eri järjestelmät tai tiedonjakeluasettelut on nimetty sanalla "RAID", jota seuraa numero, esimerkiksi RAID 0 tai RAID 1. Jokainen järjestelmä tai RAID-taso tarjoaa erilaisen tasapainon keskeisten tavoitteiden välillä: luotettavuus , käytettävyys , suorituskyky ja kapasiteetti . RAID 0: ta suuremmat RAID-tasot suojaavat sektorin lukuvirheiltä, ​​joita ei voida palauttaa , sekä kokonaisten fyysisten asemien vikoilta.

Historia

Termi "RAID" keksi David Patterson , Garth A. Gibson , ja Randy Katz on University of California, Berkeley vuonna 1987. heidän kesäkuu 1988, julkaisu "Kotelo Turhat Array Halpaa Levyt (RAID)", esiteltiin SIGMOD konferenssissa, he väittivät, että parhaiten menestyvät mainframe levyasemat ajasta voisi kisko suorituskykyä joukko edullinen asemia, jotka oli kehitetty kasvaville henkilökohtainen tietokone markkinoilla. Vaikka viat kasvaisivat suhteessa asemien määrään, määrittelemällä redundanssia varten matriisin luotettavuus voi ylittää huomattavasti minkä tahansa suuren yksittäisen aseman luotettavuuden.

Vaikka ei vielä käytetä tätä terminologiaa, kesäkuun 1988 julkaisussa mainittujen RAID-tasojen tekniikoita käytettiin useissa tuotteissa ennen lehden julkaisua, mukaan lukien seuraavat:

  • Peilaus (RAID 1) oli vakiintunut 1970-luvulla, mukaan lukien esimerkiksi Tandem NonStop Systems .
  • Vuonna 1977 Norman Ken Ouchi IBM: llä jätti patentin, joka paljasti RAID 4: n.
  • Noin 1983 DEC aloitti peilattujen RA8X-levyasemien (nykyisin RAID 1) toimittamisen osana HSC50-alijärjestelmään.
  • Vuonna 1986 Clark et ai. IBM: llä jätti patentin, josta käy ilmi RAID 5.
  • Noin vuoden 1988 aikana Thinking Machinesin DataVault käytti virheenkorjauskoodeja (tunnetaan nykyisin nimellä RAID 2) levyasemien ryhmässä. Vastaavaa lähestymistapaa käytettiin 1960-luvun alussa IBM 353: ssa .

Teollisuuden valmistajat määrittivät myöhemmin RAID-lyhenteen uudelleen sanoiksi "Redundant Array of Independent Disks".

Yleiskatsaus

Monissa RAID-tasoissa käytetään virhesuojausjärjestelmää, jota kutsutaan " pariteetiksi ", joka on yleisesti käytetty tekniikka tietotekniikassa vikasietoisuuden tarjoamiseksi tietyssä tietojoukossa. Useimmat käyttävät yksinkertaista XOR-ohjelmaa , mutta RAID 6 käyttää kahta erillistä pariteettia, jotka perustuvat vastaavasti summaamiseen ja kertomiseen tietyssä Galois-kentässä tai Reed-Salomon -virhekorjauksessa .

RAID voi myös tarjota tietoturvan SSD-asemilla ilman SSD-järjestelmän kustannuksia. Esimerkiksi nopea SSD voidaan peilata mekaanisella asemalla. Jotta tämä kokoonpano tarjoaisi merkittävän nopeuden edun, tarvitaan asianmukainen ohjain, joka käyttää nopeaa SSD: tä kaikissa lukutoiminnoissa. Adaptec kutsuu tätä "hybrid RAIDiksi".

Vakiotasot

Tallennuspalvelimet, joissa kussakin 24 kiintolevyasemaa ja sisäänrakennetut RAID-ohjaimet, jotka tukevat erilaisia ​​RAID-tasoja

Alun perin RAID: llä oli viisi vakiotasoa, mutta monia muunnelmia on kehittynyt, mukaan lukien useita sisäkkäisiä tasoja ja monia epätyypillisiä tasoja (enimmäkseen omia ). RAID-tasot ja niihin liittyvät datamuodot on standardisoinut SNIA ( Storage Networking Industry Association ) Common RAID Disk Drive Format (DDF) -standardissa:

RAID 0 koostuu raidoituksesta , mutta ei peilaus tai pariteetti . Verrattuna rajattuun äänenvoimakkuuteen RAID 0 -levyn kapasiteetti on sama; se on sarjan taajuusmuuttajien kapasiteettien summa. Mutta koska raidoitus jakaa jokaisen tiedoston sisällön sarjan kaikkien asemien kesken, minkä tahansa aseman vika aiheuttaa koko RAID 0 -levyn ja kaikkien tiedostojen häviämisen. Vertailun vuoksi tarkkailtu asema säilyttää tiedostot vikaantumattomissa asemissa. RAID 0: n etuna on, että luku- ja kirjoitusoperaatioiden läpimeno mihin tahansa tiedostoon kerrotaan asemien lukumäärällä, koska toisin kuin ulotetut volyymit, lukeminen ja kirjoittaminen tapahtuu samanaikaisesti . Kustannukset ovat lisääntynyt haavoittuvuus aseman vikojen varalta - koska mikä tahansa RAID 0 -asennuksen vikaantunut asema aiheuttaa koko äänenvoimakkuuden menettämisen, äänenvoimakkuuden keskimääräinen vikaantumisaste nousee liitettyjen asemien määrän mukana.

RAID 1 koostuu tietojen peilaamisesta ilman pariteettia tai raitoja. Tiedot kirjoitetaan identtisesti kahteen tai useampaan asemaan, jolloin saadaan "peilattu joukko" asemia. Siten mikä tahansa lukupyyntö voidaan palvella millä tahansa sarjan asemalla. Jos pyyntö lähetetään jokaiselle ryhmän asemalle, sitä voidaan palvella taajuusmuuttajalla, joka käyttää tietoja ensin (sen hakuajan ja pyörimisviiveen mukaan ), mikä parantaa suorituskykyä. Jatkuva lukunopeus, jos ohjain tai ohjelmisto on optimoitu sitä varten, lähestyy sarjan kaikkien asemien läpimenojen summaa, aivan kuten RAID 0: lla. Useimpien RAID 1 -toteutusten todellinen lukunopeus on hitaampi kuin nopein asema. Kirjoitusteho on aina hitaampaa, koska jokainen asema on päivitettävä, ja hitain asema rajoittaa kirjoittamista. Matriisi toimii niin kauan kuin ainakin yksi asema toimii.

RAID 2 koostuu bittitason raidoituksesta, jolla on oma Hamming- koodipariteetti. Kaikki levykaran kierto on synkronoitu ja data on raidoitettu siten, että kukin peräkkäinen bitti on eri asemassa. Hamming-koodin pariteetti lasketaan vastaavien bittien yli ja tallennetaan vähintään yhteen pariteettiasemaan. Tällä tasolla on vain historiallinen merkitys; vaikka sitä käytettiin joissakin varhaisissa koneissa (esimerkiksi Thinking Machines CM-2), vuodesta 2014 lähtien sitä ei käytetä missään kaupallisesti saatavissa olevassa järjestelmässä.

RAID 3 koostuu tavutason raidoituksesta, jolla on oma pariteetti. Kaikki levykaran kierto on synkronoitu ja data on raidoitettu siten, että kukin peräkkäinen tavu on eri asemassa. Pariteetti lasketaan vastaavilla tavuilla ja tallennetaan erilliselle pariteettiasemalle. Vaikka toteutuksia on olemassa, RAID 3: ta ei käytetä yleisesti käytännössä.

RAID 4 koostuu lohkotason raidoituksesta, jolla on oma pariteetti. Tätä tasoa käytti aiemmin NetApp , mutta se on nyt suurelta osin korvattu RAID 4: n omalla toteutuksella kahdella pariteettilevyllä, nimeltään RAID-DP . RAID 4: n tärkein etu RAID 2: een ja 3: een nähden on I / O-rinnakkaisuus: RAID 2: ssa ja 3: ssa yksi luettu I / O-toiminto vaatii koko data-asemien ryhmän lukemisen, kun taas RAID 4: ssä yksi I / O-lukutoiminto ei ei tarvitse levitä kaikkiin tietolevyihin. Tämän seurauksena useampi I / O-operaatio voidaan suorittaa samanaikaisesti, mikä parantaa pienten siirtojen suorituskykyä.

RAID 5 koostuu lohkotason raidoituksesta, jossa on hajautettu pariteetti. Toisin kuin RAID 4, pariteettitiedot jaetaan asemien kesken, ja niiden käyttö edellyttää kaikkien asemien lukuun ottamatta yhtä. Yhden aseman vikaantuessa seuraavat lukemat voidaan laskea hajautetusta pariteetista siten, että tietoja ei menetetä. RAID 5 vaatii vähintään kolme levyä. Kuten kaikki yhden pariteetin käsitteet, myös suuret RAID 5 -toteutukset ovat alttiita järjestelmän vikoille johtuen matriisien uudelleenrakennusaikaa koskevista suuntauksista ja aseman vikaantumismahdollisuuksista uudelleenrakennuksen aikana (katso alla oleva " Uudelleenrakennusajan ja vikatodennäköisyyden lisääminen " -osa). Taulukon uudelleenrakentaminen edellyttää kaikkien tietojen lukemista kaikilta levyiltä, ​​mahdollisuuden toisen aseman vikaantumiseen ja koko ryhmän menetykseen.

RAID 6 koostuu lohkotason raidoituksesta, jossa on kaksinkertainen hajautettu pariteetti. Kaksinkertainen pariteetti tarjoaa vikasietoisuuden jopa kahteen epäonnistuneeseen asemaan. Tämä tekee suuremmista RAID-ryhmistä käytännöllisempi, erityisesti korkean käytettävyyden järjestelmissä, koska suurikapasiteettisten asemien palauttaminen kestää kauemmin. RAID 6 vaatii vähintään neljä levyä. Kuten RAID 5: ssä, yhden aseman vika johtaa koko ryhmän suorituskyvyn heikkenemiseen, kunnes viallinen asema on korvattu. RAID 6 -ryhmän avulla useista lähteistä ja valmistajilta tulevia asemia käyttämällä on mahdollista lieventää suurinta osaa RAID 5: een liittyvistä ongelmista. Mitä suurempi aseman kapasiteetti ja mitä suurempi ryhmän koko, sitä tärkeämmäksi tulee valita RAID 6 RAID 10 myös minimoi nämä ongelmat.

Sisäkkäinen (hybridi) RAID

Alun perin nimeltään hybridi-RAID , monet tallennusohjaimet sallivat RAID-tasojen sisäkkäisyyden. RAID- elementit voivat olla joko yksittäisiä asemia tai itse taulukoita. Taulukot ovat harvoin sisäkkäisiä useamman kuin yhden tason syvyydessä.

Viimeinen taulukko tunnetaan ylimmänä ryhmänä. Kun ylempi matriisi on RAID 0 (kuten RAID 1 + 0 ja RAID 5 + 0), useimmat toimittajat jättävät merkin "+" pois (jolloin saadaan RAID 10 ja RAID 50, vastaavasti).

  • RAID 0 + 1: luo kaksi raitaa ja peilaa ne. Jos tapahtuu yksi aseman vika, yksi peileistä on epäonnistunut, tässä vaiheessa se toimii tehokkaasti RAID 0: na ilman redundanssia. Uudelleenrakennuksen aikana syntyy huomattavasti suurempi riski kuin RAID 1 + 0, koska kaikki jäljellä olevan raidan kaikkien asemien kaikki tiedot on luettava pikemminkin kuin yhdestä asemasta, mikä lisää palautumattoman lukuvirheen (URE) mahdollisuutta ja pidentää merkittävästi uudelleenikkuna.
  • RAID 1 + 0: (katso: RAID 10 ) luo raidallisen sarjan peilattuja asemia. Matriisi voi kestää useita taajuusmuutoksia niin kauan kuin mikään peili ei menetä kaikkia asemiaan.
  • JBOD RAID N + N: JBOD: n ( vain joukko levyjä ) avulla on mahdollista ketjuttaa levyt, mutta myös levyt, kuten RAID-sarjat. Suuremmilla asemakapasiteeteilla kirjoitusviive ja uudelleenrakennusaika kasvavat dramaattisesti (erityisesti, kuten edellä on kuvattu, RAID 5: n ja RAID 6: n kanssa). Jakamalla suurempi RAID N -joukko pienempiin osajoukoihin ja ketjutamalla ne lineaarisella JBOD: lla, kirjoittamisen ja uudelleenrakennuksen aika lyhenee. Jos laitteisto-RAID-ohjain ei pysty pesimään lineaarista JBOD: ta RAID N: n kanssa, lineaarinen JBOD voidaan saavuttaa käyttöjärjestelmän tason RAID-ohjelmistolla yhdessä erillisten RAID N -alaryhmien kanssa, jotka on luotu yhdessä tai useammassa RAID-ohjaimessa. Nopean nopeuden lisäyksen lisäksi tämä tarjoaa myös merkittävän edun: mahdollisuuden käynnistää lineaarinen JBOD pienillä levyjoukoilla ja pystyä laajentamaan koko sarjaa erikokoisilla levyillä myöhemmin (ajoissa suurempien levyjen kanssa) saatavana markkinoilla). On myös toinen etu hätäpalautumisen muodossa (jos RAID N -alaryhmä sattuu epäonnistumaan, muiden RAID N -alaryhmien tiedot eivät häviä, mikä vähentää palautusaikaa).

Epätyypilliset tasot

Monet muut kokoonpanot kuin perusnumeroidut RAID-tasot ovat mahdollisia, ja monet yritykset, organisaatiot ja ryhmät ovat luoneet omat epätyypilliset kokoonpanonsa, jotka on usein suunniteltu vastaamaan pienen markkinarakoryhmän erikoistarpeita. Tällaisia ​​kokoonpanoja ovat seuraavat:

  • Linux MD RAID 10 tarjoaa yleisen RAID-ohjaimen, joka "lähes" -asettelussaan oletusasetuksena on tavallinen RAID 1, jossa on kaksi asemaa, ja tavallinen RAID 1 + 0, jossa on neljä asemaa; se voi kuitenkin sisältää minkä tahansa määrän asemia, myös parittomia numeroita. MD RAID 10: n "kaukana" -asettelunsa ansiosta se voi toimia sekä raidoitettuna että peilattuna, vaikka f2asettelussa olisi vain kaksi asemaa ; tämä suorittaa peilaus raidallisilla lukuilla, mikä antaa RAID 0: n lukutehon. Säännöllinen RAID 1, kuten Linux-ohjelmisto RAID tarjoaa , ei raita lukuja, mutta voi suorittaa lukemia rinnakkain.
  • Hadoopilla on RAID-järjestelmä, joka luo pariteettitiedoston tai tekemällä lohkojen raidan yhteen HDFS-tiedostoon.
  • BeeGFS: llä , rinnakkaisella tiedostojärjestelmällä, on sisäiset raidoitus (verrattavissa tiedostopohjaiseen RAID0: een) ja replikointi (verrattavissa tiedostopohjaiseen RAID0: een) vaihtoehdot yhdistää useiden palvelimien läpimeno ja kapasiteetti, ja se perustuu tyypillisesti taustalla olevan RAID: n päälle levyn muodostamiseksi epäonnistumiset läpinäkyvät.
  • Heikentynyt RAID hajottaa kaksi (tai useampaa) kopiota tiedoista kaikista tallennusalijärjestelmän levyistä (mahdollisesti sadoista) samalla, kun se vie tarpeeksi vapaata kapasiteettia muutamien levyjen vikaantumiseen. Sironta perustuu algoritmeihin, jotka antavat mielivaltaisuuden vaikutelman. Kun yksi tai useampi levy epäonnistuu, puuttuvat kopiot rakennetaan uudelleen kyseiseen varaosaan mielivaltaisesti. Koska uudelleenrakennus tehdään kaikilta jäljellä olevilta levyiltä ja kaikille niille, se toimii paljon nopeammin kuin perinteisillä RAID-tiedostoilla, mikä vähentää tallennusjärjestelmän asiakkaisiin kohdistuvia kokonaisvaikutuksia.

Toteutukset

Tietojen jakamista useille asemille voidaan hallita joko erillisellä tietokonelaitteistolla tai ohjelmistolla . Ohjelmistoratkaisu voi olla osa käyttöjärjestelmää, osa laiteohjelmistoa ja ohjaimia, jotka toimitetaan tavallisen asemaohjaimen (ns. "Laitteistoavusteisen ohjelmiston RAID") kanssa, tai se voi sijaita kokonaan RAID-ohjaimessa.

Laitteistopohjainen

Laitteiston RAID-määritys

RAID-laitteisto-ohjaimet voidaan määrittää kortin BIOS: n tai Optio-ROM-levyn kautta ennen käyttöjärjestelmän käynnistämistä, ja kun käyttöjärjestelmä on käynnistetty, jokaisen ohjaimen valmistajalta on saatavana omia määritysapuohjelmia. Toisin kuin verkkoliitännän ohjaimet ja Ethernet , jota voidaan yleensä konfiguroida ja huoltaa kokonaan läpi yhteisen käyttöjärjestelmän paradigmoja kuten ifconfig vuonna Unix , ilman tarvetta kolmannen osapuolen työkaluja, kukin valmistaja kunkin RAID-ohjaimen yleensä tarjoaa omia vapaita ohjelmia työkalut jokaiselle käyttöjärjestelmälle, jota he pitävät tukemana, varmistamalla toimittajan lukitus ja myötävaikuttamalla luotettavuusongelmiin.

Esimerkiksi FreeBSD : ssä Adaptec RAID -ohjainten kokoonpanoon pääsemiseksi käyttäjien on sallittava Linux-yhteensopivuuskerros ja käytettävä Adaptecin Linux-työkaluja, mikä saattaa vaarantaa asetusten vakauden, luotettavuuden ja turvallisuuden, etenkin kun otetaan pitkän aikavälin näkymä.

Jotkut muut käyttöjärjestelmät ovat ottaneet käyttöön omat yleiset kehyksensä kaikkien RAID-ohjainten käyttämistä varten ja tarjoavat työkaluja RAID-äänenvoimakkuuden tilan seurantaan sekä aseman tunnistamisen helpottamiseen LED-merkkivalojen vilkkumisen, hälytysten hallinnan ja käyttöjärjestelmän sisäisten varalevymerkintöjen avulla täytyy käynnistää uudelleen kortin BIOSiin. Esimerkiksi, tämä oli lähestymistavan OpenBSD vuonna 2005 ja sen bio (4) pseudo-laitteen ja bioctl apuohjelma, joka antaa aseman tilan, ja mahdollistaa LED / hälytys / hotspare ohjaus, sekä anturit (mukaan lukien asema-anturi ) terveyden seurantaan; tämän lähestymistavan on myöhemmin omaksunut ja laajentanut NetBSD myös vuonna 2007.

Ohjelmistopohjainen

Ohjelmistojen RAID-toteutukset tarjoavat monet modernit käyttöjärjestelmät . Ohjelmisto RAID voidaan toteuttaa seuraavasti:

  • Kerros, joka abstracts useita laitteita, jolloin saadaan yksi virtuaalinen laite (kuten Linux-ydintä n md ja OpenBSD n softraid)
  • Yleisempi looginen volyyminhallinta (toimitettu useimmille palvelinluokan käyttöjärjestelmille, kuten Veritas tai LVM )
  • Tiedostojärjestelmän komponentti (kuten ZFS , Spectrum Scale tai Btrfs )
  • Taso, joka sijaitsee minkä tahansa tiedostojärjestelmän yläpuolella ja tarjoaa pariteettisuojauksen käyttäjätiedoille (kuten RAID-F)

Jotkin edistyneet tiedostojärjestelmät on suunniteltu järjestämään tiedot suoraan useille tallennuslaitteille ilman kolmannen osapuolen loogisen volyyminhallinnan apua:

  • ZFS tukee RAID 0: n, RAID 1: n, RAID 5: n (RAID-Z1) yhden pariteetin, RAID 6: n (RAID-Z2) kaksoispariteetin ja kolminkertaisen pariteetin version (RAID-Z3), joihin viitataan myös nimellä RAID 7, vastaavuudet Koska se raitaa aina ylätason vdevs: n yli, se tukee 1 + 0, 5 + 0 ja 6 + 0 sisäkkäisten RAID-tasojen ekvivalentteja (samoin kuin raidallisia kolmipariteettisarjoja), mutta ei muita sisäkkäisiä yhdistelmiä. ZFS on natiivi tiedostojärjestelmä Solariksessa ja illumosissa , ja se on saatavana myös FreeBSD: llä ja Linuxilla. Avoimen lähdekoodin ZFS-toteutuksia kehitetään aktiivisesti OpenZFS- sateenvarjoprojektissa.
  • Spectrum Scale , jonka IBM on alun perin kehittänyt median suoratoistoon ja skaalautuvaan analytiikkaan, tukee piilotettuja RAID- suojausjärjestelmiä n + 3: een saakka. Erityinen piirre on dynaamisen uudelleenrakennuksen prioriteetti, joka kulkee vähän vaikutusta taustalla, kunnes datapalaa saavuttaa n + 0 redundanssin, jolloin tämä osa rakennetaan nopeasti vähintään n + 1: ksi. Lisäksi Spectrum Scale tukee metroetäisyyden RAID 1: tä.
  • Btrfs tukee RAID 0, RAID 1 ja RAID 10 (RAID 5 ja 6 ovat kehitteillä).
  • XFS on alun perin suunniteltu tarjoamaan integroitu äänenvoimakkuuden hallinta, joka tukee useiden fyysisten tallennuslaitteiden ketjutusta, peilaamista ja raitoja. XFS: n käyttöönotosta Linux-ytimessä puuttuu kuitenkin integroitu volyyminhallinta.

Monet käyttöjärjestelmät tarjoavat RAID-toteutuksia, mukaan lukien seuraavat:

  • Hewlett-Packard : n OpenVMS- käyttöjärjestelmä tukee RAID 1. peilattu levyjä, kutsutaan 'varjo asetettu', voi olla eri paikoissa auttaa toipumissuunnitelma.
  • Applen macOS ja macOS Server tukevat RAID 0, RAID 1 ja RAID 1 + 0.
  • FreeBSD tukee RAID 0, RAID 1, RAID 3 ja RAID 5 sekä kaikkia sisäkkäisyyksiä GEOM- moduulien ja cd: n kautta .
  • Linux : n MD tukee RAID 0, RAID 1, RAID 4, RAID 5, RAID 6, ja kaikki nestings. Tiettyjä muotoiluja / koon muuttamista / laajentamista tuetaan myös.
  • Microsoft Windows tukee RAID 0: ta, RAID 1: tä ja RAID 5: tä erilaisilla ohjelmistototeutuksilla. Windows 2000: n kanssa käyttöönotettu looginen levynhallinta mahdollistaa RAID 0-, RAID 1- ja RAID 5 -taltioiden luomisen dynaamisilla levyillä , mutta tämä rajoittui vain Windowsin ammattimaisiin ja palvelinversioihin Windows 8 : n julkaisemiseen saakka . Windows XP voidaan muokata avaamaan RAID 0, 1 ja 5 -tuki. Windows 8 ja Windows Server 2012 esittivät RAID-tyyppisen ominaisuuden, joka tunnetaan nimellä Storage Spaces , jonka avulla käyttäjät voivat myös määrittää peilaus, pariteetti tai ei redundanssia kansioon -kansioittain. Nämä vaihtoehdot ovat samanlaisia ​​kuin RAID 1 ja RAID 5, mutta ne toteutetaan korkeammalla abstraktiotasolla.
  • NetBSD tukee RAID 0-, 1, 4- ja 5-ohjelmistoja RAIDframe-nimisen ohjelmiston avulla.
  • OpenBSD tukee RAID 0-, 1- ja 5-ohjelmistotoimintoja, nimeltään softraid.

Jos käynnistysasema epäonnistuu, järjestelmän on oltava riittävän hienostunut, jotta se voidaan käynnistää jäljellä olevasta asemasta tai asemista. Tarkastellaan esimerkiksi tietokonetta, jonka levy on määritetty RAID 1: ksi (peilattuja asemia); Jos ryhmän ensimmäinen asema epäonnistuu, ensimmäisen vaiheen käynnistyslatain ei välttämättä ole riittävän kehittyneempi yrittämään ladata toisen vaiheen käynnistyslatainta toisesta asemasta varajärjestelmänä. FreeBSD: n toisen vaiheen käynnistyslatain pystyy lataamaan ytimen tällaisesta taulukosta.

Laiteohjelmisto- ja ohjainpohjainen

SATA 3.0 -ohjain, joka tarjoaa RAID toiminnot omilla firmware ja ajurit

Ohjelmistolla toteutettu RAID ei ole aina yhteensopiva järjestelmän käynnistysprosessin kanssa, ja se on yleensä epäkäytännöllinen Windowsin työpöytäversioille. Laitteiden RAID-ohjaimet ovat kuitenkin kalliita ja omistettuja. Tämän aukon täyttämiseksi otettiin käyttöön halvat "RAID-ohjaimet", jotka eivät sisällä omistettua RAID-ohjainsirua, vaan yksinkertaisesti vakioaseman ohjainpiirin, jolla on oma firmware ja ohjaimet. Varhaisen käynnistyksen aikana laiteohjelmisto toteuttaa RAID: n, ja kun käyttöjärjestelmä on ladattu täydellisesti, ohjaimet ottavat hallinnan. Näin ollen tällaiset ohjaimet eivät välttämättä toimi, kun ohjaintukea ei ole saatavana isäntäkäyttöjärjestelmälle. Esimerkkinä voidaan mainita Intel Rapid Storage Technology , joka on toteutettu monilla kuluttajatason emolevyillä.

Koska mukana on vähän laitteistotukea, tätä toteutusta kutsutaan myös "laitteistoavusteiseksi ohjelmisto-RAIDiksi", "hybridimalliksi" RAIDiksi tai jopa "väärennetyksi RAIDiksi". Jos RAID 5 on tuettu, laitteisto voi tarjota laitteiston XOR-kiihdyttimen. Tämän mallin etu puhtaaseen ohjelmistojen RAIDiin verrattuna on, että jos käytetään redundanssitilaa, käynnistysasema on suojattu häiriöiltä (laiteohjelmistosta johtuen) käynnistysprosessin aikana jo ennen käyttöjärjestelmän ohjainten hallintaa.

Rehellisyys

Tietojen pesu (johon viitataan joissakin ympäristöissä partiolukuna ) käsittää RAID-ohjaimen säännöllisen lukemisen ja tarkistamisen ryhmän kaikki lohkot, mukaan lukien ne, joita ei muuten käytetä. Tämä havaitsee virheelliset lohkot ennen käyttöä. Tietojen pesu tarkistaa virheelliset lohkot jokaisessa tallennuslaitteessa matriisissa, mutta käyttää myös ryhmän redundanssia palauttaakseen vialliset lohkot yhdelle asemalle ja kohdistaakseen palautetut tiedot varaosalohkoihin muualla asemassa.

Usein RAID-ohjain on määritetty "pudottamaan" komponenttiasema (eli olettamaan, että komponenttiasema on epäonnistunut), jos asema ei ole vastannut noin kahdeksan sekuntia; matriisiohjain saattaa pudottaa hyvän aseman, koska tälle asemalle ei ole annettu riittävästi aikaa sisäisen virheen palautusprosessin suorittamiseen. Tästä syystä kuluttajien markkinoimien asemien käyttö RAID: n kanssa voi olla riskialtista, ja niin kutsutut "yritysluokan" asemat rajoittavat virheen palautumisaikaa vähentääkseen riskiä. Western Digitalin työpöytäasemilla oli aiemmin tietty korjaus. WDTLER.exe-niminen apuohjelma rajoitti aseman virheiden palautumisaikaa. Apuohjelma mahdollisti TLER: n (aikarajoitetun virheenpalautuksen) , joka rajoittaa virheen palautumisajan seitsemään sekuntiin. Noin syyskuussa 2009 Western Digital poisti tämän ominaisuuden käytöstä työasemasemissaan (kuten Caviar Black -viiva), minkä vuoksi tällaiset asemat eivät sovellu käytettäväksi RAID-kokoonpanoissa. Western Digital -yritysluokan asemat toimitetaan kuitenkin tehtaalta, kun TLER on käytössä. Samanlaisia ​​tekniikoita käyttävät Seagate, Samsung ja Hitachi. Muuhun kuin RAID-käyttöön yritysluokan asema, jolla on lyhyt virheenpalautuksen aikakatkaisu, jota ei voida muuttaa, on siksi vähemmän sopiva kuin työpöytäasema. Loppuvuodesta 2010 Smartmontools- ohjelma alkoi tukea ATA-virheiden palautuksen hallinnan määrityksiä, jolloin työkalu konfiguroi useita työpöydäluokan kiintolevyjä käytettäväksi RAID-asetuksissa.

Vaikka RAID voi suojata aseman fyysisiltä vikoilta, tiedot altistuvat edelleen operaattoreille, ohjelmistoille, laitteistoille ja viruksille. Monissa tutkimuksissa operaattorin vika mainitaan yleisenä toimintahäiriön lähteenä, kuten palvelinoperaattori, joka korvaa virheellisen aseman viallisessa RAID-laitteessa ja poistaa järjestelmän käytöstä (jopa väliaikaisesti) prosessissa.

Ryhmä voi olla hukkunut katastrofaalisesta epäonnistumisesta, joka ylittää sen palautumiskyvyn, ja koko joukko on vaarassa fyysisten tulipalojen, luonnonkatastrofien ja ihmisen voimien aiheuttamasta vahingosta, mutta varmuuskopiot voidaan tallentaa paikan ulkopuolelle. Taulukko on myös altis ohjaimen vikaantumiselle, koska sitä ei ole aina mahdollista siirtää uuteen, eri ohjaimeen ilman tietojen menetystä.

Heikkoudet

Vastaavat viat

Käytännössä taajuusmuuttajat ovat usein samanikäisiä (samanlaisen kulumisen kanssa) ja samassa ympäristössä. Koska monet taajuusmuuttajaviat johtuvat mekaanisista ongelmista (jotka ovat todennäköisempiä vanhemmissa asemissa), tämä rikkoo oletuksia riippumattomasta, identtisestä vikataajuudesta asemien keskuudessa; epäonnistumiset korreloivat itse asiassa tilastollisesti. Käytännössä toisen vian mahdollisuudet ennen kuin ensimmäinen on palautettu (aiheuttaen tietojen menetystä), ovat suuremmat kuin satunnaisvikojen mahdollisuudet. Noin 100 000 taajuusmuuttajan tutkimuksessa todennäköisyys, että kaksi samassa ryhmässä olevaa asemaa epäonnistuu tunnin sisällä, oli neljä kertaa suurempi kuin eksponentiaalinen tilastollinen jakauma ennusti - mikä kuvaa prosesseja, joissa tapahtumia tapahtuu jatkuvasti ja itsenäisesti vakiona keskimääräisellä nopeudella. Kahden vian todennäköisyys samalla 10 tunnin jaksolla oli kaksi kertaa niin suuri kuin eksponentiaalijakauma ennusti.

Palauttamattomat lukuvirheet uudelleenrakennuksen aikana

Palauttamattomat lukuvirheet (URE) esiintyvät sektorin lukuvirheinä, joita kutsutaan myös piileviksi sektorivirheiksi (LSE). Tähän liittyvä media-arviointimenetelmä, palautumaton bittivirhe (UBE), on tyypillisesti taattu vähemmän kuin yksi bitti 10 15 : stä yritystason asemille ( SCSI , FC , SAS tai SATA) ja alle yksi bitti 10 14 : lle työpöydän luokan asemat (IDE / ATA / PATA tai SATA). Asemakapasiteetin kasvu ja suuret RAID 5 -ilmentymät ovat johtaneet siihen, että maksimivirhesuhteet eivät ole riittäviä takaamaan onnistunutta palautusta johtuen suuresta todennäköisyydestä, että tällainen virhe esiintyy yhdessä tai useammassa jäljellä olevassa asemassa RAID-sarjan uudelleenrakennuksen aikana. Uudelleenrakennuksessa pariteettipohjaiset järjestelmät, kuten RAID 5, ovat erityisen alttiita URE: n vaikutuksille, koska ne vaikuttavat paitsi alaan, jolla ne esiintyvät, myös rekonstruoituihin lohkoihin, jotka käyttävät kyseistä sektoria pariteettilaskennassa.

Kaksinkertaisen suojauksen pariteettiin perustuvat järjestelmät, kuten RAID 6, yrittävät ratkaista tämän ongelman tarjoamalla redundanssin, joka sallii kaksoisaseman viat; haittapuolena tällaiset järjestelmät kärsivät korotetusta kirjoitusrangaistuksesta - kuinka monta kertaa tallennusvälineeseen on päästävä käsiksi yhden kirjoitusoperaation aikana. Järjestelmillä, jotka kopioivat (peilaa) tietoja asemalta toiselle -menetelmällä, kuten RAID 1 ja RAID 10, on pienempi riski URE: ltä kuin pariteettilaskentaa käyttävillä tai raidoitettujen sarjojen peilausohjelmilla. Data pesee , tausta prosessi, voidaan käyttää havaitsemaan ja toipua Ures tehokkaasti vähentää riskiä niistä tapahtuu aikana RAID uusintoihin ja aiheuttaa kaksinkertaisen ajaa epäonnistumisia. URE-tiedostojen palauttaminen sisältää kyseisten levyn alojen uudelleen kartoittamisen hyödyntämällä aseman sektorin uudelleenmuokkauspoolia; jos taustatoiminnossa havaitaan URE: itä, täysin toimivan RAID-sarjan tarjoama tietojen redundanssi mahdollistaa puuttuvien tietojen rekonstruoinnin ja uudelleenkirjoitetun sektorin uudelleenkirjoittamisen.

Lisääntyvä uudelleenrakennusaika ja vikatodennäköisyys

Taajuusmuuttajan kapasiteetti on kasvanut paljon nopeammin kuin siirtonopeus, ja virhetasot ovat laskeneet vain vähän verrattuna. Siksi suurempikapasiteettisten asemien uudelleenrakentaminen voi kestää tunteja, ellei päiviä. Tänä aikana muut asemat voivat epäonnistua tai vielä huomaamattomat lukuvirheet voivat nousta pinnalle. Uudelleenrakennusaika on myös rajoitettu, jos koko ryhmä on edelleen toiminnassa alennetulla kapasiteetilla. Kun annetaan vain yksi redundantti asema (joka koskee RAID-tasoja 3, 4 ja 5 sekä "klassista" kahden aseman RAID 1: tä), toinen aseman vika aiheuttaisi matriisin täydellisen vian. Vaikka yksittäisten asemien keskimääräinen vikaväli (MTBF) on kasvanut ajan myötä, tämä lisäys ei ole pysynyt tahdissa asemien lisääntyneen tallennuskapasiteetin kanssa. Matriisin uudelleenrakennusaika yhden aseman vian jälkeen, samoin kuin toisen vian mahdollisuus uudelleenrakennuksen aikana, ovat kasvaneet ajan myötä.

Jotkut kommentaattorit ovat todenneet, että RAID 6 on tässä suhteessa vain "bändin tuki", koska se potkaisee ongelmaa vain hieman pidemmälle. Berrimanin ym. Vuoden 2006 NetApp- tutkimuksen mukaan epäonnistumismahdollisuus pienenee kuitenkin noin 3800 kertoimella (suhteessa RAID 5: een) RAID 6: n asianmukaisen toteutuksen kannalta, jopa käytettäessä hyödykeasemia. Siitä huolimatta, jos tällä hetkellä havaitut tekniikan trendit pysyvät muuttumattomina, vuonna 2019 RAID 6 -ryhmällä on samat mahdollisuudet epäonnistua kuin sen RAID 5 -vastapuolella vuonna 2010.

Peilijärjestelmillä, kuten RAID 10, on rajoitettu palautumisaika, koska ne edellyttävät yhden epäonnistuneen aseman kopiota verrattuna pariteettijärjestelmiin, kuten RAID 6, jotka vaativat kopion kaikista taajuusjoukon asemien lohkoista. Kolminkertaisia ​​pariteettijärjestelmiä tai kolminkertaisia ​​peilausmenetelmiä on ehdotettu yhtenä lähestymistapana parantamaan joustavuutta ylimääräiseen aseman vikaantumiseen tämän suuren uudelleenrakennusajan aikana.

Atomisuus

Järjestelmän kaatuminen tai muu kirjoitusoperaation keskeytys voi johtaa tiloihin, joissa pariteetti on ristiriidassa tietojen kanssa kirjoitusprosessin ei-atomisuuden vuoksi, niin että pariteettia ei voida käyttää palautukseen levyvian tapauksessa. Tätä kutsutaan yleisesti RAID 5 -kirjoitusreikäksi. RAID-kirjoitusreikä on tiedossa oleva vanhojen ja matalien RAID-tiedostojen vioittumisongelma, joka johtuu levylle kirjoitettujen tiedostojen keskeytyksestä. Kirjoitusreikä voidaan korjata kirjoittamalla eteenpäin -kirjauksella . Tämä korjattiin mdadm: ssä ottamalla käyttöön erillinen kirjauslaite (suorituskykyisen rangaistuksen välttämiseksi yleensä SSD: t ja NVM: t ovat edullisia) tätä tarkoitusta varten.

Tämä on vähän ymmärretty ja harvoin mainittu vikatila redundanteille tallennusjärjestelmille, jotka eivät käytä transaktio-ominaisuuksia. Tietokantatutkija Jim Gray kirjoitti "Päivitetty paikalla on myrkkyomena" relaatiotietokantojen kaupallistamisen alkuaikoina.

Kirjoitusvälimuistin luotettavuus

Kirjoitusvälimuistin luotettavuudesta on huolta, erityisesti laitteissa, joissa on takaisinottovälimuisti , joka on välimuistijärjestelmä, joka raportoi tiedot kirjoitettuna heti, kun ne on kirjoitettu välimuistiin, toisin kuin silloin, kun ne kirjoitetaan muille kuin välimuistille. - haihtuva väliaine. Jos järjestelmässä tapahtuu virtakatko tai muu suuri vika, data voi kadota peruuttamattomasti välimuistista ennen haihtumattoman tallennustilan saavuttamista. Tästä syystä hyvät takaisin-välimuistin toteutukset sisältävät mekanismeja, kuten redundantin akkuvirran, välimuistin sisällön säilyttämiseksi järjestelmävikojen (mukaan lukien virtakatkokset) ja välimuistin huuhtelemisen järjestelmän uudelleenkäynnistyshetkellä.

Katso myös

Viitteet

Ulkoiset linkit