RAID (redundantes Array unabhängiger Disks), ursprünglich als redundantes Array kostengünstiger Scheiben bekannt, wurde erstmals von Professor Da Patterson von der University of California, Berkeley, in der Zeitung "Ein Fall einer redundanten Reihe von kostengünstigen Scheiben" im Jahr 1988 vorgeschlagen. Zeit, große Kapazitätsdisketten waren teuer. Als die Kosten und der Preis für Festplatten weiter gingen, wurde der Begriff "kostengünstig" bedeutungslos, und das Raid Advisory Board (RAB) beschloss, "günstig" durch "Independent" zu ersetzen.
Diese Designidee von RAID wurde schnell von der Branche übernommen. Die RAID-Technologie als Hochleistungs- und sehr zuverlässige Speichertechnologie wurde weit verbreitet. RAID verwendet hauptsächlich Datenstreifen, Spiegelung und Datenparitätstechnologien, um RAID zu erzielen, bietet mehrere bemerkenswerte Vorteile. Erstens bietet es große Kapazitäten. RAID -Systeme, die mehrere Festplatten umfassen, können die Speicher von Pb -Ebenen erreichen, da einzelne Festplatten jetzt 1 TB überschreiten, obwohl die verfügbare Kapazität aufgrund von Redundanzaufwand weniger als die Gesamtsumme liegt, was normalerweise zwischen 50% und 90% liegt. Zweitens wird eine hohe Leistung über die Datenstreifen erzielt, die E/A über Festplatten hinweg verteilt und den Engpass der Single-Disk-Leistung überwindet. Drittens wird die Zuverlässigkeit verbessert. Entgegen der theoretischen Sorge der Unzuverlässigkeit von Multi-Disk-Unzuverlässigkeit verwendet RAID Spiegelungs- und Datenparität, um die Datenverfügbarkeit zu gewährleisten, selbst wenn mehrere Festplatten fehlschlagen. Schließlich wird die Verwaltbarkeit vereinfacht. Als Virtualisierungstechnologie erscheint RAID als ein logisches Laufwerk für Host -Systeme, sodass eine einfache Datenorganisation für Benutzer und die Reduzierung von Verwaltungsaufgaben mit Funktionen wie dynamischen Festplattenwechsel und automatisierten Datenprozessen reduziert werden kann. hohe Leistung, Zuverlässigkeit, Fehlertoleranz und Skalierbarkeit. Nach den Strategien und Architekturen der Verwendung oder Kombination dieser drei Technologien kann RAID in verschiedene Ebenen unterteilt werden, um die Anforderungen verschiedener Datenanwendungen zu erfüllen. Die ursprünglichen RAID-Werte RAID1-RAID5 wurden in der Arbeit von Da Patterson et al. Und Raid0 und Raid6 wurden seit 1988 erweitert. In den letzten Jahren haben Speicheranbieter kontinuierlich RAID-Werte wie Raid7, Raid10/01, Raid50, Raid50, eingeführt Raid53 und raid100, aber es gibt keinen einheitlichen Standard. Gegenwärtig sind die Industrie anerkannten Standards RAID0-RAID5, und die vier Ebenen mit Ausnahme von RAID2 wurden als industrielle Standards festgelegt. Die am häufigsten verwendeten RAID -Werte im tatsächlichen Anwendungsfeld sind RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 und RAID10.
Aus Sicht der Implementierung ist RAID hauptsächlich in drei Typen unterteilt: Software -RAID, Hardware -RAID und Hybrid -RAID. Für Software -RAID werden alle Funktionen vom Betriebssystem und der CPU erfüllt, und es gibt keinen unabhängigen RAID -Steuer-/Verarbeitungs -Chip- und E/A -Verarbeitungschip, sodass die Effizienz am niedrigsten ist. Hardware -RAID ist mit einem speziellen RAID -Steuer-/Verarbeitungschip- und E/A -Verarbeitungschip sowie einem Array -Puffer ausgestattet und belegt keine CPU -Ressourcen, aber die Kosten sind sehr hoch. Hybrid RAID verfügt über einen RAID -Steuerungs-/Verarbeitungschip, fehlt jedoch einen E/A -Verarbeitungschip und benötigt die CPU- und Treiberprogramme, und seine Leistung und Kosten sind zwischen Software -RAID- und Hardware -RAID.
Jede RAID -Ebene stellt eine Implementierungsmethode und -technologie dar, und es gibt keine Unterscheidung zwischen hohen und niedrigen Niveaus. In praktischen Anwendungen sollte die entsprechende RAID -Ebene und spezifische Implementierungsmethode gemäß den Merkmalen von Benutzerdatenanwendungen ausgewählt werden, und die Verfügbarkeit, Leistung und Kosten sollten umfassend berücksichtigt werden.
Grundprinzipien
RAID, nämlich redundantes Array unabhängiger Scheiben, wird normalerweise als Festplattenarray abgekürzt. Kurz gesagt, RAID ist ein Festplatten-Subsystem, das aus mehreren unabhängigen Hochleistungs-Festplatten-Laufwerken besteht, das eine höhere Speicherleistung und die Datenreduktionstechnologie bietet als eine einzelne Festplatte. RAID ist eine Multi-Disk-Management-Technologie, die eine kostengünstige, hohe Datenzuverlässigkeit und leistungsstarke Speicherung für die Hostumgebung bietet. Die Definition von RAID von SNIA ist: ein Festplattenarray, in dem ein Teil des physischen Speicherplatzes verwendet wird, um die redundanten Informationen von im verbleibenden Raum gespeicherten Benutzerdaten aufzuzeichnen. Wenn eine Festplatte oder ein Zugangspfad fehlschlägt, können die redundanten Informationen zur Rekonstruktion der Benutzerdaten verwendet werden. Obwohl die Festplattenstreifen nicht der Definition von RAID entsprechen, wird sie normalerweise auch RAID genannt (dh RAID0).
Die ursprüngliche Absicht von RAID bestand darin, High-End-Speicherfunktionen und redundante Datensicherheit für große Server bereitzustellen. Im gesamten System wird RAID als Speicherplatz angesehen, der aus zwei oder mehr Festplatten besteht, und die E/A -Leistung des Speichersystems wird durch das Lesen und Schreiben von Daten auf mehreren Festplatten gleichzeitig verbessert. Die meisten RAID -Werte haben vollständige Datenüberprüfungs- und Korrekturmaßnahmen und sogar Spiegelmethoden, die die Zuverlässigkeit des Systems erheblich verbessern, und dort kommt "redundant".
Hier müssen wir Jbod (nur ein Haufen Scheiben) erwähnen. Zunächst wurde JBOD verwendet, um eine Festplattensammlung ohne Kontrollsoftware darzustellen, um eine koordinierte Kontrolle zu gewährleisten. Dies ist der Hauptfaktor, der RAID von JBOD unterscheidet. Gegenwärtig bezieht sich JBOD häufig auf ein Festplattengehäuse, unabhängig davon, ob es RAID -Funktionalität bietet oder nicht.
Die beiden Hauptziele von RAID sind die Verbesserung der Datenzuverlässigkeit und der E/A -Leistung. Im Festplattenarray sind die Daten auf mehrere Festplatten verteilt, aber für das Computersystem sieht sie wie eine einzelne Festplatte aus. Redundanz wird erreicht, indem die gleichen Daten auf mehrere Festplatten geschrieben werden (normalerweise spiegeln) oder die berechneten Paritätsdaten in das Array, sodass der Datenverlust nicht verursacht wird, wenn eine einzelne Festplatte fehlschlägt. Einige RAID -Werte ermöglichen es, dass mehr Festplatten gleichzeitig scheitern, wie z. B. RAID6, wobei zwei Scheiben gleichzeitig beschädigt werden können.
Unter einem solchen Redundanzmechanismus kann die fehlgeschlagene Festplatte durch eine neue Festplatte ersetzt werden, und RAID rekonstruiert die verlorenen Daten automatisch gemäß den Daten- und Paritätsdaten in den verbleibenden Festplatten, um die Datenkonsistenz und Integrität der Daten zu gewährleisten. Die Daten sind verstreut und auf mehreren verschiedenen Festplatten in RAID gespeichert, und das gleichzeitige Lesen und Schreiben von Daten ist viel besser als die einer einzelnen Festplatte, sodass eine höhere aggregierte E/A -Bandbreite erhalten werden kann. Natürlich reduziert das Festplattenarray den gesamten verfügbaren Speicherplatz aller Festplatten und opfert Platz im Austausch für höhere Zuverlässigkeit und Leistung. Beispielsweise beträgt die Nutzung der Speicherfläche von RAID1 nur 50%, und RAID5 verliert die Speicherkapazität einer Festplatte, und die Raumnutzung beträgt (N-1)/n.
Das Festplattenarray kann den kontinuierlichen Betrieb des Systems ohne Unterbrechung sicherstellen, wenn einige Scheiben (einzeln oder mehrfach, abhängig von der Implementierung) beschädigt werden. Während des Rekonstruktions der Daten der fehlgeschlagenen Festplatte auf die neue Festplatte kann das System weiterhin normal funktionieren, aber die Leistung wird bis zu einem gewissen Grad reduziert. Einige Festplatten -Arrays müssen beim Hinzufügen oder Löschen von Scheiben abgeschaltet werden, während andere einen heißen Austausch unterstützen, sodass der Austausch von Festplattenlaufwerken ohne Herunterfahren ersetzt wird. Dieses High-End-Datenträger-Array wird hauptsächlich in Anwendungssystemen mit hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit verwendet, und das System kann nicht heruntergefahren werden oder die Abschaltzeit sollte so kurz wie möglich sein.
Im Allgemeinen kann RAID die Datensicherung nicht ersetzen. Für Datenverluste ist es kraftlos, die durch Nicht-Scheibenfehler wie Viren, menschliche Zerstörung, versehentliches Löschen usw. verursacht werden. Zu diesem Zeitpunkt ist der Datenverlust relativ zum Betriebssystem, zum Dateisystem, zum Volumenmanager oder zum Anwendungssystem. Für das RAID -System selbst sind die Daten intakt und es ist kein Verlust aufgetreten. Daher sind Datensicherungen, Katastrophenwiederherstellung und andere Datenschutzmaßnahmen sehr erforderlich, die die Sicherheit der Daten auf verschiedenen Ebenen ergänzen und schützen, um den Datenverlust zu verhindern.
Es gibt drei Schlüsselkonzepte und -technologien in RAID: Spiegelung, Datenstreifen und Datenparität. Das Spiegeln von Kopien auf mehrere Festplatten. Einerseits kann es die Zuverlässigkeit verbessern und andererseits Daten aus zwei oder mehr Kopien gleichzeitig lesen, um die Leseleistung zu verbessern. Offensichtlich ist die Schreibleistung der Spiegelung etwas niedriger und es dauert mehr Zeit, um sicherzustellen, dass die Daten korrekt auf mehrere Festplatten geschrieben werden. Die Datenstreifen speichern Datenscheiben auf mehreren verschiedenen Festplatten und mehrere Datenscheiben zusammen bilden eine vollständige Datenkopie, die sich von den mehreren Kopien der Spiegelung unterscheidet und normalerweise für Leistungsüberlegungen verwendet wird. Die Datenstreifen haben eine höhere Gleichzeitigkeit.
Beim Zugriff auf Daten ist es möglich, gleichzeitig Daten auf verschiedenen Festplatten zu lesen und zu schreiben, wodurch eine sehr signifikante E/A -Leistungsverbesserung erzielt wird. Die Datenparität verwendet redundante Daten zur Erkennung und Reparatur von Datenfehlern. Die redundanten Daten werden normalerweise durch Algorithmen wie Hamming -Code und XOR -Betrieb berechnet. Die Verwendung der Paritätsfunktion kann die Zuverlässigkeit, Robustheit und Verwerfungstoleranz des Festplattenarrays erheblich verbessern. Die Datenparität muss jedoch Daten von mehreren Stellen lesen und Berechnungen und Vergleiche durchführen, was die Systemleistung beeinflusst. Verschiedene RAID -Ebenen verwenden einen oder mehrere der oben genannten drei Technologien, um unterschiedliche Datenzuverlässigkeit, Verfügbarkeit und E/A -Leistung zu erhalten. Was für die Art von Überfall (sogar neue Ebenen oder Typen) für die Entwurf oder welche Art der Übernahme erforderlich ist, ist es erforderlich, eine angemessene Wahl unter der Prämisse zu treffen, die Systemanforderungen zu verstehen und die Zuverlässigkeit, Leistung und Kosten umfassend zu bewerten. Treffen Sie eine Kompromisswahl.
Vorteile von Raid
- Große Kapazität: Dies ist ein offensichtlicher Vorteil von RAID. Es erweitert die Festplattenkapazität, und das aus mehreren Festplatten bestehende RAID -System verfügt über einen enormen Speicherplatz. Jetzt kann die Kapazität einer einzelnen Festplatte mehr als 1 TB erreichen, sodass die Speicherkapazität von RAID den PB -Level erreichen kann und die meisten Speicheranforderungen erfüllt werden können. Im Allgemeinen beträgt die verfügbare RAID -Kapazität weniger als die Gesamtkapazität aller Mitgliederscheiben. Verschiedene Maßstäbe an RAID -Algorithmen erfordern einen bestimmten Redundanzaufwand, und der spezifische Kapazitätsaufwand hängt mit dem angenommenen Algorithmus zusammen. Wenn der RAID -Algorithmus und die Kapazität bekannt sind, kann die verfügbare RAID -Kapazität berechnet werden. Normalerweise liegt die Kapazitätsauslastung von RAID zwischen 50% und 90%.
- Hohe Leistung: Die hohe Leistung von RAID profitiert von der Datenstreifen -Technologie. Die E/A -Leistung einer einzelnen Festplatte ist durch Computertechnologien wie Schnittstelle und Bandbreite begrenzt und häufig der Engpass der Systemleistung. Durch Datenstreifen verteilt RAID die Daten -E/A auf jede Mitgliedsscheibe, wodurch die aggregierte E/A -Leistung erzielt wird, die mehrmals höher ist als die einer einzelnen Festplatte.
- Zuverlässigkeit: Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit sind ein weiteres wichtiges Merkmal der RAID. Theoretisch sollte die Zuverlässigkeit eines RAID -Systems, das aus mehreren Scheiben besteht, schlechter sein als die einer einzelnen Festplatte. Hier gibt es eine implizite Annahme: Ein einzelner Scheibenversagen führt dazu, dass der gesamte Überfall nicht verfügbar ist. RAID verwendet Daten Redundanztechnologien wie Spiegelung und Datenparität, um diese Annahme zu brechen. Die Spiegelung ist die primitivste Redundanztechnologie, die die Daten auf einer bestimmten Gruppe von Festplatten zu einer anderen Gruppe von Festplatten -Laufwerken vollständig kopiert, um sicherzustellen, dass immer eine Datenkopie verfügbar ist. Im Vergleich zum 50% igen Redundanzaufwand der Spiegelung ist die Datenparität viel kleiner und verwendet die redundanten Paritätsinformationen, um die Daten zu überprüfen und zu korrigieren. Die Redundanztechnologie von RAID verbessert die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Daten erheblich und stellt sicher, dass bei Ausfall mehrerer Festplatten die Daten nicht verloren gehen und der kontinuierliche Betrieb des Systems nicht beeinträchtigt wird.
- Verwaltbarkeit: Tatsächlich ist RAID eine Virtualisierungstechnologie, die mehrere körperliche Disk-Laufwerke in ein logisches Laufwerk mit großer Kapazität virtualisiert. Für das externe Hostsystem ist RAID ein einzelnes, schnelles und zuverlässiges Festplattenlaufwerk mit großer Kapazität. Auf diese Weise können Benutzer die Daten zur Anwendungssystem auf diesem virtuellen Laufwerk organisieren und speichern. Aus Sicht der Benutzeranwendung kann das Speichersystem einfach und einfach zu bedienen und verwalten zu werden. Da RAID eine große Menge an Speicherverwaltungsarbeiten intern abgeschlossen hat, muss der Administrator nur ein einzelnes virtuelles Laufwerk verwalten, wodurch eine Menge Managementarbeit sparen kann. RAID kann dynamisch Festplattenantriebe hinzufügen oder löschen und automatisch Datenüberprüfung und Datenrekonstruktion durchführen, wodurch die Verwaltungsarbeit erheblich vereinfacht wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass RAID für seine große Kapazität, hohe Leistung, verbesserte Zuverlässigkeit und vereinfachte Verwaltbarkeit aufweist. Diese Vorteile machen es zu einer unverzichtbaren Speicherlösung für eine Vielzahl von Anwendungen, die den wachsenden Datenanforderungen moderner Computerumgebungen gerecht werden und gleichzeitig den nahtlosen Betrieb und die Datenintegrität sicherstellen.
Shenzhen Innovative Cloud Computer Co., Ltd.
