Sõltumatute ketaste liiasmassiiv

·         1 Sissejuhatus

o    1.1 Füüsiliste ja loogiliste ketaste erinevus

o    1.2 Andmete lugemine ja kirjutamine

o    1.3 Mis on RAID?

o    1.4 Miks kasutada RAID-i?

o    1.5 Ajalugu

·         2 RAID-süsteemides kasutatavad põhimõisted

o    2.1 Caching

o    2.2 Peegeldamine: Rohkem kui üks koopia andmetest

o    2.3 Triibustamine: Osa andmetest on teisel kettal

o    2.4 Veaparandus ja vead

o    2.5 Hot spares: rohkem kettaid, kui vaja on

o    2.6 Triibu suurus ja tükisuurus: andmete jaotamine mitmele kettale

o    2.7 Ketta kokkupanek: JBOD, liitmine või laiendamine

o    2.8 Kettakloonimine

o    2.9 Erinevad seadistused

·         3 Põhitõed: lihtsad RAID-tasemed

o    3.1 Üldkasutatavad RAID-tasemed

§  3.1.1 RAID 0 "ribadeerimine"

§  3.1.2 RAID 1 "peegeldamine"

§  3.1.3 RAID 5 "jaotatud pariteediga ribadeerimine"

§  3.1.4 Pildid

o    3.2 Vähem kasutatud RAID-tasemed

§  3.2.1 RAID 2

§  3.2.2 RAID 3 "ribadeerimine spetsiaalse pariteediga"

§  3.2.3 RAID 4 "ribadeerimine spetsiaalse pariteediga"

§  3.2.4 RAID 6

§  3.2.5 Pildid

o    3.3 Mittestandardsed RAID-tasemed

§  3.3.1 Topeltpariteet / diagonaalpariteet

§  3.3.2 RAID-DP

§  3.3.3 RAID 1.5

§  3.3.4 RAID 5E, RAID 5EE ja RAID 6E

§  3.3.5 RAID 7

§  3.3.6 Intel Matrix RAID

§  3.3.7 Linux MD RAID draiver

§  3.3.8 RAID Z

§  3.3.9 Pildid

·         4 RAID-tasemete ühendamine

·         5 RAIDi tegemine

o    5.1 Tarkvara RAID

o    5.2 Riistvaraline RAID

o    5.3 Riistvaraga toetatud RAID

·         6 Erinevad terminid, mis on seotud riistvara riketega

o    6.1 Rikkumiste arv

o    6.2 Keskmine aeg andmete kadumiseni

o    6.3 Keskmine taastumisaeg

o    6.4 Parandamatu bitivigade arv

·         7 RAIDiga seotud probleemid

o    7.1 Plaatide lisamine hiljem

o    7.2 Seotud tõrked

o    7.3 Aatomsus

o    7.4 Taastamatud andmed

o    7.5 Kirjutamise vahemälu usaldusväärsus

o    7.6 Seadmete ühilduvus

·         8 Mida RAID saab ja mida ei saa teha

o    8.1 Mida RAID suudab teha

o    8.2 Mida RAID ei saa teha

·         9 Näide

·         10 viited

·         11 Muud veebisaidid

Sissejuhatus

Füüsiliste ja loogiliste ketaste erinevus

Kõvaketas on arvuti osa. Tavalised kõvakettad kasutavad teabe salvestamiseks magnetismi. Kui kõvakettaid kasutatakse, on need operatsioonisüsteemile kättesaadavad. Microsoft Windowsis saab iga kõvaketas oma kettatähe (alates C:, A: või B: on reserveeritud diskettide jaoks). Unixi ja Linuxi sarnastes operatsioonisüsteemides on ühe juurtega kataloogipuu. See tähendab, et inimesed, kes arvutit kasutavad, ei tea mõnikord, kus andmeid hoitakse (õigluse huvides olgu öeldud, et ka paljud Windowsi kasutajad ei tea, kus nende andmeid hoitakse).

Arvutitehnikas nimetatakse kõvakettaid (mis on riistvara ja mida saab puudutada) mõnikord füüsilisteks ketasteks või füüsilisteks ketasteks. Seda, mida operatsioonisüsteem näitab kasutajale, nimetatakse mõnikord loogiliseks kettaks. Füüsiline ketas võib olla jagatud erinevateks osadeks, mida nimetatakse kettapartitsioonideks. Tavaliselt sisaldab iga kettapartitsiooni üks failisüsteem. Operatsioonisüsteem näitab iga partitsiooni nagu loogilist ketast.

Seetõttu näevad kasutaja jaoks nii paljude füüsiliste ketaste kui ka paljude loogiliste ketastega seadistused välja ühesugused. Kasutaja ei saa otsustada, kas "loogiline ketas" on sama, mis füüsiline ketas, või on see lihtsalt üks osa kettast. Salvestusvõrgud (SAN) muudavad selle vaate täielikult. Kõik, mis SANist näha on, on hulk loogilisi kettaid.

Andmete lugemine ja kirjutamine

Arvutis on andmed organiseeritud bittide ja baitide kujul. Enamikus süsteemides moodustavad 8 bitti ühe baidi. Arvutimälu kasutab andmete salvestamiseks elektrit, kõvakettad kasutavad magnetismi. Seega, kui andmeid kirjutatakse kettale, muudetakse elektriline signaal magnetiliseks. Kui andmeid loetakse kettalt, toimub muundamine teises suunas: Elektriline signaal tehakse magnetvälja polaarsusest.

Mis on RAID?

RAID-massiiv ühendab kaks või enam kõvaketast nii, et need moodustavad loogilise ketta. Selleks on erinevaid põhjusi. Kõige tavalisemad neist on järgmised:

• Andmete kadumise peatamine, kui üks või mitu massiivi ketast ebaõnnestuvad.
• Kiirem andmeedastus.
• Võimalus vahetada kettaid, samal ajal kui süsteem töötab.
• Mitme ketta ühendamine suurema mälumahu saamiseks; mõnikord kasutatakse pigem palju odavaid kettaid kui ühte kallimat.

RAID toimub spetsiaalse riistvara või tarkvara abil arvutis. Ühendatud kõvakettad näevad siis kasutaja jaoks välja nagu üks kõvaketas. Enamik RAID-tasemeid suurendab redundantsust. See tähendab, et nad salvestavad andmeid sagedamini või salvestavad teavet selle kohta, kuidas andmeid rekonstrueerida. See võimaldab mitme ketta tõrget ilma andmete kadumiseta. Kui rikutud ketas asendatakse, kopeeritakse või taastatakse süsteemi teistelt ketastelt need andmed, mida see peaks sisaldama. See võib võtta kaua aega. See aeg sõltub erinevatest teguritest, näiteks massiivi suurusest.

Miks kasutada RAID-i?

Üks põhjus, miks paljud ettevõtted kasutavad RAID-i, on see, et massiivi andmeid saab lihtsalt kasutada. Need, kes andmeid kasutavad, ei pea üldse teadma, et nad kasutavad RAIDi. Kui on tekkinud rike ja massiiv taastub, on juurdepääs andmetele aeglasem. Andmetele juurdepääsu võimaldamine selle aja jooksul aeglustab ka taastumisprotsessi, kuid see on ikkagi palju kiirem kui see, et andmetega ei saa üldse töötada. Sõltuvalt RAID-tasemest ei pruugi kettad siiski ebaõnnestuda, kui uus ketas valmistatakse kasutamiseks ette. Ketta rike sel ajal toob kaasa kõigi andmete kadumise massiivi sees.

Erinevaid viise ketaste ühendamiseks nimetatakse RAID-tasemeteks. Suurem number taseme jaoks ei ole tingimata parem. Erinevatel RAID-tasemetel on erinevad eesmärgid. Mõned RAID-tasemed vajavad spetsiaalseid kettaid ja spetsiaalseid kontrollereid.

Ajalugu

1978. aastal tegi IBMi juures töötav mees Norman Ken Ouchi ettepaneku, milles kirjeldas plaane selle kohta, millest hiljem sai RAID 5. Plaanides kirjeldati ka midagi RAID 1 sarnast, samuti osa RAID 4 kaitset.

Berkeley ülikooli töötajad aitasid 1987. aastal uuringuid kavandada. Nad püüdsid teha võimalikuks, et RAID-tehnoloogia tunneks ühe kõvaketta asemel kahte kõvaketast. Nad leidsid, et kui RAID-tehnoloogial oli kaks kõvaketast, oli salvestusruum palju parem kui ainult ühe kõvakettaga. Siiski kukkus see palju sagedamini kokku.

1988. aastal kirjutasid David Patterson, Garth Gibson ja Randy Katz oma artiklis "A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)" erinevatest RAID-tüüpidest (1-5). See artikkel oli esimene, mis nimetas uut tehnoloogiat RAIDiks ja nimetus sai ametlikuks.

Kõvaketas on massiivist eemaldatud.


Lähivaade 4 kettast, mis moodustavad RAID-massiivi, mis on ehitatud lauaarvuti süsteemi. Sinised lukud võimaldavad kettaid vahetada, samal ajal kui süsteem töötab.

RAID-süsteemides kasutatavad põhimõisted

RAID kasutab mõningaid põhilisi ideid, mida kirjeldati 1994. aastal avaldatud Peter Cheni ja teiste artiklis "RAID: High-Performance, Reliable Secondary Storage" (RAID: suure jõudlusega, usaldusväärne sekundaarne salvestusruum).

Caching

Vahemälu on tehnoloogia, mida kasutatakse ka RAID-süsteemides. RAID-süsteemides kasutatakse erinevaid vahemälusid:

• Operatsioonisüsteem
• RAID-kontroller
• Ettevõtte kettamassiiv

Kaasaegsetes süsteemides loetakse kirjutamisnõue täidetuks, kui andmed on vahemällu kirjutatud. See ei tähenda, et andmed on kirjutatud kettale. Vahemälu päringuid ei pruugita käsitleda samas järjekorras, milles need vahemällu kirjutati. Seetõttu on võimalik, et süsteemi tõrke korral on mõnikord mõned andmed jäänud kettale kirjutamata. Sel põhjusel on paljudel süsteemidel vahemälu, mida toetab aku.

Peegeldamine: Rohkem kui üks koopia andmetest

Peeglist rääkides on see väga lihtne idee. Selle asemel, et andmed oleksid ainult ühes kohas, on neist mitu koopiat. Need koopiad asuvad tavaliselt erinevatel kõvakettadel (või kettapartitsioonidel). Kui on kaks koopiat, võib üks neist ebaõnnestuda, ilma et see mõjutaks andmeid (kuna need on endiselt teises koopias). Peegeldamine võib anda tõuke ka andmete lugemisel. See võetakse alati kõige kiiremini reageerivalt kettalt. Andmete kirjutamine on aga aeglasem, sest kõiki kettaid tuleb uuendada.

Triibustamine: Osa andmetest on teisel kettal

Triibutamise puhul jagatakse andmed eri osadeks. Need osad satuvad seejärel erinevatele ketastele (või kettapartitsioonidele). See tähendab, et andmete kirjutamine on kiirem, kuna seda saab teha paralleelselt. See ei tähenda, et vigu ei esineks, sest iga andmeplokk asub ainult ühel kettal.

Veaparandus ja vead

Võimalik on arvutada erinevaid kontrollsummasid. Mõned kontrollsummade arvutamise meetodid võimaldavad leida vea. Seda saab teha enamik RAID-tasandeid, mis kasutavad redundantsust. Mõned meetodid on keerulisemad, kuid need võimaldavad mitte ainult viga tuvastada, vaid ka parandada.

Hot spares: rohkem kettaid, kui vaja, kasutatakse

Paljusid viise, kuidas RAID toetab midagi, nimetatakse hot spare'iks. Hot spare on tühi ketas, mida ei kasutata tavapärastes toimingutes. Kui mõni ketas läheb rikki, saab andmed otse hot spare-kettale kopeerida. Nii tuleb rikutud ketas asendada uue tühja kettaga, mis muutub hot spare'ks.

ribade suurus ja tükisuurus: andmete jaotamine mitmele kettale

RAID töötab andmete jaotamise teel mitmele kettale. Kaks selles kontekstis sageli kasutatavat mõistet on ribade suurus ja tükisuurus.

Tüki suurus on väikseim andmeplokk, mis kirjutatakse massiivi ühele kettale. Ribasuurus on andmeploki suurus, mis jaotatakse kõikidele ketastele. Nii kirjutatakse nelja ketta ja 64 kilobaidi (kB) suuruse triibu korral igale kettale 16 kB. Selle näite puhul on tükisuurus seega 16 kB. Ribade suuruse suurendamine tähendab kiiremat andmeedastuskiirust, kuid ka suuremat maksimaalset latentsust. Antud juhul on see aeg, mis kulub ühe andmeploki saamiseks.

Ketta kokkupanek: JBOD, liitmine või laiendamine

Paljud kontrollerid (ja ka tarkvara) suudavad kettaid kokku panna järgmisel viisil: Võtta esimene ketas, kuni see lõpeb, siis võtavad nad teise ja nii edasi. Sel viisil näevad mitu väiksemat ketast välja nagu üks suurem ketas. See ei ole tegelikult RAID, kuna puudub koondamine. Samuti saab spanninguga kombineerida kettaid, kus RAID 0 ei saa midagi teha. Üldiselt nimetatakse seda lihtsalt ketaste kogumiks (JBOD).

See on nagu RAIDi kauge sugulane, sest loogiline ketas koosneb erinevatest füüsilistest ketastest. Konkatenatsiooni kasutatakse mõnikord selleks, et muuta mitu väikest ketast üheks suuremaks kasulikuks kettaks. Seda ei saa teha RAID 0 puhul. Näiteks võib JBOD ühendada 3 GB, 15 GB, 5,5 GB ja 12 GB kettad üheks loogiliseks kettaks 35,5 GB, mis on sageli kasulikum kui kettad eraldi.

Parempoolsel joonisel on andmed liidetud ketta 0 lõpust (plokk A63) ketta 1 alguseni (plokk A64); ketta 1 lõpust (plokk A91) ketta 2 alguseni (plokk A92). Kui kasutataks RAID 0, siis ketas 0 ja ketas 2 kärbitakse 28 plokini, mis on massiivi väikseima ketta (ketas 1) suurus, nii et kogumaht oleks 84 plokki.

Mõned RAID-kontrollerid kasutavad JBOD-i, et rääkida RAID-funktsioonita kettade töötamisest. Iga ketas kuvatakse operatsioonisüsteemis eraldi. See JBOD ei ole sama, mis konkateerimine.

Paljud Linuxi süsteemid kasutavad termineid "lineaarne režiim" või "append mode". Mac OS X 10.4 rakendus - mida nimetatakse "Concatenated Disk Set" - ei jäta kasutajale kasutatavaid andmeid ülejäänud ketaste kohta, kui üks ketaste komplektis olev ketas ebaõnnestub, kuigi kettad toimivad muidu nagu eespool kirjeldatud.

Konkateerimine on üks Linuxi loogiliste mahtude halduri kasutusvõimalusi. Seda saab kasutada virtuaalsete draivide loomiseks.

Drive kloonimine

Enamikul kaasaegsetel kõvakettadel on standard nimega S.M.A.R.T (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology). SMART võimaldab jälgida teatud asju kõvakettal. Teatud kontrollerid võimaldavad vahetada üksiku kõvaketta välja juba enne selle rikkeid, näiteks seetõttu, et S.M.A.R.T või mõni muu ketta test teatab liiga paljudest parandatavatest vigadest. Selleks kopeerib kontroller kõik andmed kuumale varukettale. Pärast seda saab ketta asendada teise kettaga (millest saab lihtsalt uus hot spare).

Erinevad seadistused

Kettade seadistus ja see, kuidas nad kasutavad eespool nimetatud tehnikat, mõjutab süsteemi jõudlust ja töökindlust. Kui kasutatakse rohkem kettaid, siis on suurem tõenäosus, et üks kettaist võib rikki minna. Selle tõttu tuleb ehitada mehhanismid, mis suudavad vigu leida ja parandada. See muudab kogu süsteemi töökindlamaks, kuna see suudab rikke üle elada ja seda parandada.

 

JBOD koos 3 erineva suurusega kettaga

Põhitõed: lihtsad RAID-tasemed

Üldkasutatavad RAID-tasemed

RAID 0 "ribadeerimine"

RAID 0 ei ole tegelikult RAID, sest see ei ole redundantne. RAID 0 puhul pannakse kettad lihtsalt kokku, et moodustada üks suur ketas. Seda nimetatakse "strippimiseks". Kui üks ketas rikub, siis rikub kogu massiiv. Seetõttu kasutatakse RAID 0-d harva tähtsate andmete jaoks, kuid andmete lugemine ja kirjutamine kettalt võib stripinguga olla kiirem, sest iga ketas loeb osa failist korraga.

RAID 0 puhul paigutatakse üksteise järel olevad kettaplokid tavaliselt erinevatele ketastele. Seetõttu peaksid kõik RAID 0-s kasutatavad kettad olema sama suurusega.

RAID 0 kasutatakse sageli Linuxi või Unixi sarnaste operatsioonisüsteemide puhul Swapspace'i jaoks.

RAID 1 "peegeldamine"

RAID 1 puhul pannakse kokku kaks ketast. Mõlemad sisaldavad samu andmeid, üks "peegeldab" teist. See on lihtne ja kiire konfigureerimine, olenemata sellest, kas seda rakendatakse riistvaralise kontrolleri või tarkvara abil.

RAID 5 "ribadeerimine jaotatud pariteediga"

RAID tase 5 on see, mida tõenäoliselt enamasti kasutatakse. RAID 5 salvestusmassiivi moodustamiseks on vaja vähemalt kolme kõvaketast. Iga andmeplokk salvestatakse kolme erinevasse kohta. Kahes neist kohtadest salvestatakse plokk sellisena nagu ta on, kolmandas salvestatakse kontrollsumma. See kontrollsumma on Reed-Solomoni koodi erijuhtum, mis kasutab ainult bittide kaupa liitmist. Tavaliselt arvutatakse see XOR-meetodit kasutades. Kuna see meetod on sümmeetriline, saab ühe kadunud andmeploki taastada teise andmeploki ja kontrollsumma põhjal. Iga ploki puhul hoitakse erineval kettal pariteediplokki, mis sisaldab kontrollsummat. Seda tehakse redundantsuse suurendamiseks. Iga ketas võib ebaõnnestuda. Kokkuvõttes on üks ketas, mis hoiab kontrollsummasid, nii et kasutatav kogumaht on kõigi ketaste, välja arvatud üks, kogumaht. Saadud loogilise ketta suurus on kõigi ketaste suurus kokku, välja arvatud üks ketas, mis sisaldab pariteediinfot.

Loomulikult on see aeglasem kui RAID 1. taseme puhul, sest iga kirjutamise korral tuleb pariteediinfo arvutamiseks ja uuendamiseks lugeda kõiki kettaid. RAID 5 lugemisjõudlus on sama arvu ketaste puhul peaaegu sama hea kui RAID 0. Välja arvatud pariteediplokid, järgib andmete jagunemine ketaste vahel sama mustrit kui RAID 0. RAID 5 on veidi aeglasem seetõttu, et kettad peavad pariteetsed plokid vahele jätma.

RAID 5 koos rikutud kettaga jätkab tööd. See on halvenenud režiimis. Lagunenud RAID 5 võib olla väga aeglane. Sel põhjusel lisatakse sageli täiendav ketas. Seda nimetatakse kuumaks varukettaks. Kui üks ketas läheb katki, saab andmed otse lisakettale taastada. RAID 5 saab teha ka üsna lihtsalt tarkvaraliselt.

Peamiselt ebaõnnestunud RAID 5 massiivide jõudlusprobleemide tõttu on mõned andmebaasi eksperdid moodustanud rühma nimega BAARF - Battle Against Any Raid Five.

Kui süsteem ei tööta aktiivse kirjutamise ajal, võib ribade pariteet muutuda andmetega vastuolus olevaks. Kui seda ei parandata enne ketta või ploki tõrget, võib tekkida andmekadu. Vale pariteeti kasutatakse selles ribas puuduva ploki rekonstrueerimiseks. Seda probleemi nimetatakse mõnikord "kirjutusauku". Selle esinemise võimaluse vähendamiseks kasutatakse tavaliselt akutagastusega vahemälusid ja muid sarnaseid tehnikaid.

Pildid

Vähem kasutatud RAID-tasemed

RAID 2

Seda kasutati väga suurte arvutite puhul. RAID Level 2 kasutamiseks on vaja spetsiaalseid kalleid kettaid ja spetsiaalset kontrollerit. Andmed jaotatakse bittide tasemel (kõik teised tasemed kasutavad baiditasandi toiminguid). Tehakse spetsiaalseid arvutusi. Andmed jaotatakse staatilisteks bitide jadadeks. 8 andmebitti ja 2 pariteedibitti pannakse kokku. Seejärel arvutatakse Hammingi kood. Seejärel jaotatakse Hammingi koodi fragmendid eri ketaste vahel.

RAID 2 on ainus RAID-tase, mis suudab vigu parandada, teised RAID-tasemed suudavad neid ainult tuvastada. Kui nad leiavad, et vajalik teave ei ole mõistlik, siis nad lihtsalt ehitavad selle uuesti üles. Seda tehakse arvutuste abil, kasutades teiste ketaste teavet. Kui see teave puudub või on vale, ei saa nad palju teha. Kuna ta kasutab Hammingi koode, saab RAID 2 välja selgitada, milline osa teabest on vale, ja parandada ainult seda osa.

RAID 2 vajab töötamiseks vähemalt 10 ketast. Selle keerukuse ja väga kalli ja erilise riistvara vajaduse tõttu ei kasutata RAID 2 enam väga palju.

RAID 3 "ribadeerimine spetsiaalse pariteediga"

Raid Level 3 on sarnane RAID Level 0-le. Lisatakse täiendav ketas pariteediteabe salvestamiseks. Seda tehakse biti kaupa liites teiste ketaste plokkide väärtusega. Pariteediinfo salvestatakse eraldi (spetsiaalsele) kettale. See ei ole hea, sest kui pariteediketas jookseb kokku, läheb pariteediinfo kaduma.

RAID 3. taseme puhul kasutatakse tavaliselt vähemalt 3 ketast. Kahe kettaga seadistus on identne RAID Level 0-ga.

RAID 4 "ribadeerimine spetsiaalse pariteediga"

See on väga sarnane RAID 3-ga, kuid pariteedi teave arvutatakse suuremate plokkide, mitte üksikute baitide kohta. See on nagu RAID 5. RAID 4 massiivi jaoks on vaja vähemalt kolme ketast.

RAID 6

RAID tase 6 ei olnud algne RAID tase. See lisab RAID 5 massiivile täiendava pariteediploki. Selleks on vaja vähemalt nelja ketast (kaks ketast mahutavuse ja kaks ketast koondamise jaoks). RAID 5 võib vaadelda Reed-Solomon-koodi erijuhtumina. RAID 5 on siiski erijuhtum, see vajab ainult liitmist Galois' väljal GF(2). Seda on lihtne teha XORi abil. RAID 6 laiendab neid arvutusi. See ei ole enam erijuhtum ja kõik arvutused tuleb teha. RAID 6 puhul kasutatakse täiendavat kontrollsummat (mida nimetatakse polünoomiks), tavaliselt GF(²⁸). Selle meetodi abil on võimalik kaitsta mis tahes arvu rikutud ketaste eest. RAID 6 on mõeldud kahe kontrollsumma kasutamiseks, et kaitsta kahe ketta kaotsimineku eest.

Nagu RAID 5 puhul, on pariteedi ja andmed iga ploki puhul erinevatel ketastel. Ka kaks pariteediplokki asuvad samuti erinevatel ketastel.

RAID 6 tegemiseks on erinevaid viise. Need on erinevad kirjutamise jõudluse ja vajalike arvutuste arvu poolest. Kiirem kirjutamine tähendab tavaliselt, et arvutusi on vaja rohkem.

RAID 6 on aeglasem kui RAID 5, kuid see võimaldab RAIDi jätkata, kui kaks ketast on rikutud. RAID 6 on muutumas populaarseks, sest see võimaldab massiivi taastada pärast ühe ketta rikkeid isegi siis, kui ühel allesjäänud kettal on üks või mitu halba sektorit.

Pildid

Mittestandardsed RAID-tasemed

Topeltpariteet / Diagonaalpariteet

RAID 6 kasutab kahte pariteediplokki. Need arvutatakse spetsiaalsel viisil üle polünoomi. Double parity RAID (mida nimetatakse ka diagonaalseks pariteediks RAID) kasutab mõlema pariteediploki jaoks erinevat polünoomi. Hiljuti ütles RAIDi määratlenud tööstusühing, et topeltpariteediga RAID on RAID 6 erinev vorm.

RAID-DP

RAID-DP on teine võimalus topeltpariteedi kasutamiseks.

RAID 1.5

RAID 1.5 (ei tohi segi ajada RAID 15-ga, mis on erinev) on patenteeritud RAID rakendamine. Nagu RAID 1, kasutatakse ka siin ainult kahte ketast, kuid see kasutab nii ribadeerimist kui ka peegeldamist (sarnaselt RAID 10-le). Enamik asju tehakse riistvaras.

RAID 5E, RAID 5EE ja RAID 6E

RAID 5E, RAID 5EE ja RAID 6E (lisatud E nagu Enhanced) viitavad üldiselt erinevatele RAID 5 või RAID 6 tüübile koos varusüsteemiga. Nende rakenduste puhul ei ole kuumavaruketas füüsiline ketas. Pigem eksisteerib see vaba ruumi kujul kettaplaatidel. See suurendab jõudlust, kuid tähendab, et hot spare'i ei saa jagada erinevate massiividega. See skeem võeti kasutusele IBM ServeRAIDi poolt umbes 2001. aastal.

RAID 7

Tegemist on patenteeritud rakendusega. See lisab RAID 3 või RAID 4 massiivi vahemälu.

Intel Matrix RAID

Mõnedel Inteli põhiplaatidel on RAID-kiip, millel on see funktsioon. See kasutab kahte või kolme ketast ja jaotab need võrdselt, et moodustada RAID 0, RAID 1, RAID 5 või RAID 1+0 tasemete kombinatsioon.

Linux MD RAID draiver

See on draiveri nimi, mis võimaldab Linuxiga teha tarkvaralist RAIDi. Lisaks tavalistele RAID-tasemetele 0-6 on sellel ka RAID 10 rakendamine. Alates Kernel 2.6.9-st on RAID 10 üks tase. Rakendusel on mõned mittestandardsed omadused.

RAID Z

Sun on rakendanud failisüsteemi nimega ZFS. See failisüsteem on optimeeritud suurte andmemahtude töötlemiseks. See sisaldab loogiliste mahtude haldurit. See sisaldab ka funktsiooni nimega RAID-Z. See väldib probleemi, mida nimetatakse RAID 5 kirjutusauguks, sest sellel on copy-on-write poliitika: See ei kirjuta andmeid otse üle, vaid kirjutab uued andmed uude kohta kettal. Kui kirjutamine oli edukas, kustutatakse vanad andmed. See väldib väikeste kirjete puhul lugemis-muutmis-kirjutamisoperatsioonide vajadust, sest see kirjutab ainult täisribasid. Väikesed plokid on pariteedikaitse asemel peegeldatud, mis on võimalik, sest failisüsteem teab, kuidas mälu on korraldatud. Seetõttu saab ta vajaduse korral eraldada lisaruumi. On olemas ka RAID-Z2, mis kasutab kahte pariteedi vormi, et saavutada RAID 6-le sarnaseid tulemusi: võime üle elada kuni kaks kettariket ilma andmeid kaotamata.

Pildid

RAID-tasemete ühendamine

RAIDi abil saab erinevaid kettaid kokku panna, et saada loogiline ketas.Kasutaja näeb ainult loogilist ketast. Igal eespool nimetatud RAID-tasemel on head ja halvad küljed. Kuid RAID võib töötada ka loogiliste ketastega. Nii saab ühte ülaltoodud RAID-tasanditest kasutada koos loogiliste ketaste kogumiga. Paljud inimesed märgivad seda numbreid kokku kirjutades. Mõnikord kirjutatakse nende vahele "+" või "&". Tavalised kombinatsioonid (kasutades kahte taset) on järgmised:

• RAID 0+1: kaks või enam RAID 0 massiivi ühendatakse RAID 1 massiivi; seda nimetatakse ribade peegliks.
• RAID 1+0: Sama nagu RAID 0+1, kuid RAID-tasemed on ümberpööratud; Stripe of Mirrors. See muudab kettarikkeid harvemaks kui eespool kirjeldatud RAID 0+1.
• RAID 5+0: mitu RAID 5-i ribad koos RAID 0-ga. Iga RAID 5 üks ketas võib ebaõnnestuda, kuid see muudab selle RAID 5 ainukeseks rikkekohaks; kui selle massiivi teine ketas ebaõnnestub, lähevad kõik massiivi andmed kaduma.
• RAID 5+1: RAID 5 komplekti peegeldamine: olukorras, kus RAID koosneb kuuest kettast, võivad mis tahes kolm ketast ebaõnnestuda (ilma andmete kadumiseta).
• RAID 6+0: mitu RAID 6 massiivi RAID 0 peal; iga RAID 6 kaks ketast võivad ilma andmekaotuseta rikki minna.

Kuue kettaga, millest igaühe maht on 300 GB ja kogumaht 1,8 TB, on võimalik luua RAID 5, mille kasutatav maht on 1,5 TB. Selles massiivis võib üks ketas ebaõnnestuda ilma andmekaotuseta. RAID 50 puhul väheneb ruum 1,2 TB-ni, kuid iga RAID 5 üks ketas võib välja kukkuda, lisaks suureneb märgatavalt jõudlus. RAID 51 vähendab kasutatavat mahtu 900 GB-ni, kuid võimaldab mis tahes kolme ketta rikkeid.

RAID-i tegemine

RAIDi tegemiseks on erinevaid viise. Seda saab teha kas tarkvara või riistvara abil.

Tarkvara RAID

RAID-i saab teha tarkvara abil kahel erineval viisil. Tarkvaralise RAIDi puhul ühendatakse kettad nagu tavalised kõvakettad. RAID-i paneb tööle arvuti. See tähendab, et iga juurdepääsu puhul peab protsessor tegema ka RAIDi arvutused. RAID 0 või RAID 1 arvutused on lihtsad. RAID 5, RAID 6 või mõne kombineeritud RAID-taseme arvutused võivad aga olla väga töömahukad. Tarkvaralise RAIDi puhul võib ebaõnnestunud massiivi automaatne käivitamine olla keeruline. Lõpuks, kuidas RAID tarkvara puhul toimub, sõltub kasutatavast operatsioonisüsteemist; üldiselt ei ole võimalik tarkvara RAID-massiivi uuesti koostada teise operatsioonisüsteemiga. Operatsioonisüsteemid kasutavad RAID-massiivide loomiseks tavaliselt pigem kõvaketta partitsioone kui terveid kõvakettaid.

Riistvaraline RAID

RAID-i saab teha ka riistvara abil. Sellisel juhul kasutatakse spetsiaalset kettakontrollerit, mis varjab operatsioonisüsteemi ja kasutaja eest, et ta teeb RAID-i. Kontrollsummade arvutused ja muud RAIDiga seotud arvutused tehakse selles kontrolleris oleval spetsiaalsel mikrokiibil. See muudab RAIDi sõltumatuks operatsioonisüsteemist. Operatsioonisüsteem ei näe RAID-i, vaid näeb ainult ühte ketast. Erinevad tootjad teevad RAIDi erinevalt. See tähendab, et ühe riistvaralise RAID-kontrolleriga ehitatud RAID-i ei saa teise tootja RAID-kontrolleriga ümber ehitada. Riistvaralised RAID-kontrollerid on sageli kallid osta.

Riistvaraga toetatud RAID

See on segu riistvaralisest RAIDist ja tarkvaralisest RAIDist. Riistvaraga RAID kasutab spetsiaalset kontrolleri kiipi (nagu riistvaraline RAID), kuid see kiip ei saa teha paljusid toiminguid. See on aktiivne ainult süsteemi käivitamisel; kui operatsioonisüsteem on täielikult laetud, on see konfiguratsioon nagu tarkvaraline RAID. Mõnel emaplaadil on RAID-funktsioonid ühendatud ketaste jaoks; enamasti tehakse neid RAID-funktsioone riistvaralise RAIDina. See tähendab, et nende RAID-funktsioonide kasutamiseks ja rikutud ketta taastamiseks on vaja spetsiaalset tarkvara.

Erinevad terminid, mis on seotud riistvararikkega

Riistvarariketest rääkides kasutatakse erinevaid termineid:

Ebaõnnestumise määr

Rikkekordaja on see, kui sageli süsteem ebaõnnestub. RAID-süsteemi keskmine rikkeaeg (MTTF) või keskmine rikkeaeg (MTBF) on sama, mis selle komponentidel. RAID-süsteem ei saa ju kaitsta üksikute kõvaketaste rikete eest. Keerulisemad RAID-tüübid (mis tahes muud kui "striping" või "concatenation") võivad siiski aidata säilitada andmeid isegi siis, kui üksiku kõvaketta rike peaks tekkima.

Keskmine aeg andmete kadumiseni

Keskmine aeg andmete kadumiseni (MTTDL) annab keskmise aja enne andmete kadumist antud massiivi puhul. Keskmine aeg andmekaotuse tekkimiseni antud RAIDi puhul võib olla suurem või väiksem kui selle kõvaketaste puhul. See sõltub kasutatava RAIDi tüübist.

Keskmine aeg taastumiseni

Redundantsusega massiivid suudavad taastuda mõnest rikkest. Keskmine taastumisaeg näitab, kui kaua kulub aega, kuni rikutud massiivi taastumine on normaalne. See lisab nii aega, mis kulub rikutud kettamehhanismi asendamiseks kui ka aega, mis kulub massiivi taastamiseks (st andmete replikatsiooniks koondamise eesmärgil).

Parandamatu bitivigade määr

Taastumatu bitivigade määr (UBE) näitab, kui kaua ei suuda kettaketas pärast tsüklilise redundantskontrolli (CRC) koodide kasutamist ja mitmekordseid korduskatseid andmeid taastada.

Probleemid RAIDiga

RAIDi ideede või tehnoloogia taga on ka teatavaid probleeme:

Plaatide lisamine hiljem

Teatud RAID-tasemed võimaldavad massiivi laiendada, lisades hiljem lihtsalt kõvakettaid. Teave, näiteks pariteediplokid, on sageli hajutatud mitmele kettale. Ketta lisamine massiivi tähendab, et vajalikuks muutub reorganiseerimine. Selline reorganiseerimine on nagu massiivi ümberehitamine, see võib võtta kaua aega. Kui see on tehtud, ei pruugi lisaruum veel saadaval olla, sest sellest tuleb teatada nii massiivis olevale failisüsteemile kui ka operatsioonisüsteemile. Mõned failisüsteemid ei toeta pärast nende loomist kasvatamist. Sellisel juhul tuleb kõik andmed varundada, massiiv tuleb uue paigutusega uuesti luua ja andmed sinna taastada.

Teine võimalus salvestusruumi lisamiseks on luua uus massiivi ja lasta loogilisel mahuhalduril olukorda lahendada. See võimaldab kasvatada peaaegu kõiki RAID-süsteeme, isegi RAID1 (mis iseenesest on piiratud kahe kettaga).

Seotud tõrked

RAID-i veaparandusmehhanism eeldab, et kettaseadmete vead on sõltumatud. On võimalik välja arvutada, kui sageli võib üks seade rikki minna, ja korraldada massiivi nii, et andmete kadumine oleks väga ebatõenäoline.

Tegelikkuses osteti aga tihtipeale kettad koos. Nad on umbes sama vanad ja neid on kasutatud sarnaselt (nn kulumine). Paljud ajamid lähevad rikki mehaaniliste probleemide tõttu. Mida vanem on ajam, seda rohkem on selle mehaanilised osad kulunud. Vanad mehaanilised osad lähevad suurema tõenäosusega rikki kui nooremad. See tähendab, et ajami rikked ei ole enam statistiliselt sõltumatud. Praktikas on olemas võimalus, et ka teine ketas läheb katki enne, kui esimene on taastunud. See tähendab, et andmete kaotus võib praktikas toimuda märkimisväärse kiirusega.

Aatomisus

Teine probleem, mis esineb ka RAID-süsteemide puhul, on see, et rakendused ootavad nn aatomilisust: Kas kõik andmed kirjutatakse või ei kirjutata ühtegi. Andmete kirjutamist nimetatakse tehinguks.

RAID-massiivides kirjutatakse uued andmed tavaliselt sinna, kus olid vanad andmed. See on saanud tuntuks kui update in-place. Andmebaasiuurija Jim Gray kirjutas 1981. aastal artikli, kus ta kirjeldas seda probleemi.

Väga vähesed salvestussüsteemid lubavad aatomilist kirjutamise semantikat. Kui objekt kirjutatakse kettale, kirjutab RAID-mäluseade tavaliselt kõiki objekti koopiaid paralleelselt. Väga sageli vastutab andmete kirjutamise eest ainult üks protsessor. Sellisel juhul kattuvad andmete kirjutamised erinevatele ketastele. Seda nimetatakse kattuvaks kirjutamiseks või etapiviisiliseks kirjutamiseks. Kirjutamise käigus ilmnenud viga võib seega jätta üleliigsed koopiad eri olekusse. Mis veelgi hullem, see võib jätta koopiad ei vanasse ega uude olekusse. Logimine tugineb aga sellele, et algandmed on kas vanas või uues olekus. See võimaldab loogilise muutuse tagastamist, kuid vähesed salvestussüsteemid pakuvad RAID-kettal aatomset kirjutamise semantikat.

Akukinnitusega kirjutamise vahemälu kasutamine võib selle probleemi lahendada, kuid ainult voolukatkestuse stsenaariumi korral.

Kõik riistvaralised RAID-kontrollerid ei toeta tehinguid. Seetõttu sisaldavad paljud operatsioonisüsteemid seda, et kaitsta andmete kadumise eest katkestatud kirjutamise ajal. Novell Netware, alates versioonist 3.x, sisaldas tehingu jälgimise süsteemi. Microsoft võttis tehingu jälgimise kasutusele NTFSi ajakirjandusfunktsiooni kaudu. NetAppi WAFL-failisüsteem lahendab selle sellega, et andmeid ei uuendata kunagi kohapeal, nagu ka ZFS.

Taastamatud andmed

Mõned sektorid kõvakettal võivad olla muutunud loetamatuks vea tõttu. Mõned RAID-rakendused suudavad seda olukorda lahendada andmete teisaldamisega mujale ja ketta sektori märkimisega halvaks. See juhtub umbes 1 bit ^1015-st ettevõtlusklassi kettakettadel ja 1 bit ^1014-st tavalistel kettakettadel^. Kettakandjate maht kasvab pidevalt. See võib tähendada, et mõnikord ei saa RAID-i uuesti üles ehitada, sest selline viga leitakse, kui massiivi pärast kettariket uuesti üles ehitada. Teatavad tehnoloogiad, nagu RAID 6, püüavad seda probleemi lahendada, kuid nende puhul on kirjutamise trahv väga suur, st andmete kirjutamine muutub väga aeglaseks.

Kirjutamise vahemälu usaldusväärsus

Kettasüsteem saab kirjutusoperatsiooni kinnitada kohe, kui andmed on vahemälus. See ei pea ootama, kuni andmed on füüsiliselt kirjutatud. Siiski võib iga elektrikatkestus tähendada sellises vahemälus olevate andmete märkimisväärset andmekaotust.

Riistvaralise RAIDi puhul saab selle vahemälu kaitsmiseks kasutada akut. See lahendab sageli probleemi. Kui toide katkeb, saab kontroller lõpetada vahemälu kirjutamise, kui toide taastub. See lahendus võib siiski ebaõnnestuda: aku võib olla tühjaks kulunud, vool võib olla liiga kaua välja lülitatud, kettad võivad olla teisaldatud teise kontrollerisse, kontroller ise võib ebaõnnestuda. Teatud süsteemid võivad teha perioodilisi akukontrolle, kuid need kasutavad akut ennast ja jätavad selle olekusse, kus see ei ole täielikult laetud.

Seadmete ühilduvus

Erinevate RAID-kontrollerite kettaformaadid ei pruugi ühilduda. Seetõttu ei pruugi olla võimalik RAID-massiivi lugemine eri riistvaraga. Järelikult võib mittekettaga seotud riistvararike nõuda andmete taastamiseks identse riistvara või varukoopia kasutamist.

Mida RAID saab ja mida ei saa teha

See juhend on võetud RAIDiga seotud foorumi teemast. See tehti selleks, et aidata välja tuua RAIDi valiku eelised ja puudused. See on suunatud inimestele, kes soovivad valida RAIDi kas jõudluse suurendamise või koondamise eesmärgil. See sisaldab linke selle foorumi teistele teemadele, mis sisaldavad kasutajate anekdootlikke ülevaateid oma RAID-kogemustest.

Mida RAID saab teha

• RAID võib kaitsta tööaega. RAID-tasemed 1, 0+1/10, 5 ja 6 (ja nende variandid nagu 50 ja 51) kompenseerivad mehaanilise kõvaketta rikkeid. Isegi pärast ketta tõrget saab massiivil olevaid andmeid endiselt kasutada. RAID võimaldab aeganõudva taastamise asemel lindilt, DVD-lt või muult aeglaselt varunduskandjalt andmeid taastada asenduskettale massiivi teistelt liikmetelt. Selle taastamisprotsessi ajal on need kasutajatele kättesaadavad kahjustatud olekus. See on ettevõtete jaoks väga oluline, sest seisakud toovad kiiresti kaasa saamata jäänud tulu. Kodukasutajate jaoks võib see kaitsta suurte andmekandjate massiivide tööaega, mis nõuaks redundantsiga kaitsmata jäänud ketta rikke korral aeganõudvat taastamist kümnetelt DVD-delt või üsna paljudelt lintidelt.
• RAID võib suurendada jõudlust teatud rakenduste puhul. RAID tasemed 0, 5 ja 6 kasutavad kõik ribadeerimist. See võimaldab mitme spindli abil suurendada lineaarsete ülekannete ülekandekiirust. Tööjaama tüüpi rakendused töötavad sageli suurte failidega. Neile on ketta strippimine väga kasulik. Sellised rakendused on näiteks need, mis kasutavad video- või audiofaile. Selline läbilaskevõime on kasulik ka kettalt-kettale varundamisel. RAID 1 ja teised ribadeerimisega RAID-tasemed võivad parandada jõudlust paljude samaaegsete juhuslike juurdepääsude korral, nagu need, mida kasutavad mitme kasutaja andmebaasid.

Mida RAID ei saa teha

• RAID ei saa massiivis olevaid andmeid kaitsta. RAID-massiivil on üks failisüsteem. See loob ühe veapunkti. Selle failisüsteemiga võib juhtuda palju muudki kui füüsilise ketta rike. RAID ei saa kaitsta nende andmekao allikate eest. RAID ei takista viiruse andmete hävitamist. RAID ei takista andmete kahjustamist. RAID ei päästa andmeid, kui kasutaja neid kogemata muudab või kustutab. RAID ei kaitse andmeid ühegi komponendi riistvaralise rikke eest peale füüsiliste ketaste. RAID ei kaitse andmeid looduslike või inimtegevusest tingitud katastroofide, näiteks tulekahjude ja üleujutuste eest. Andmete kaitsmiseks tuleb need varundada eemaldatavale andmekandjale, näiteks DVD-le, lindile või välisele kõvakettale. Varukoopiaid tuleb hoida teises kohas. RAID üksi ei takista katastroofi (mitte selle toimumise korral) andmete kadumist. Katastroofe ei saa ära hoida, kuid varukoopiaid saab teha, et vältida andmete kadumist.
• RAID ei saa lihtsustada katastroofide taastamist. Ühe ketta kasutamisel saab ketast kasutada enamik operatsioonisüsteeme, kuna neil on ühine seadme draiver. Enamik RAID-kontrollerid vajavad aga spetsiaalseid draivereid. Taastamisvahendid, mis töötavad tavaliste kontrolleritega üksikute ketaste puhul, vajavad RAID-massiivide andmetele juurdepääsuks spetsiaalseid draivereid. Kui need taastamistööriistad on halvasti kodeeritud ja ei võimalda pakkuda täiendavaid draivereid, siis on RAID-massiiv sellele taastamistööriistale tõenäoliselt kättesaamatu.
• RAID ei saa pakkuda jõudluse suurendamist kõikides rakendustes. See väide kehtib eriti tüüpiliste töölauarakenduste kasutajate ja mängijate puhul. Enamiku lauaarvutirakenduste ja mängude puhul on puhverstrateegia ja ketta(de) otsinguvõime olulisemad kui töötlemata läbilaskevõime. Selliste kasutajate puhul on toores püsiv ülekandekiiruse suurendamine vähe kasulik, sest enamik faile, millele nad pääsevad ligi, on tavaliselt niikuinii väga väikesed. RAID 0 abil toimuv kettaribastamine suurendab lineaarset ülekandetõhusust, mitte puhvri- ja otsingutõhusust. Selle tulemusel näitab RAID 0 abil toimuv kettaribastamine enamiku töölauarakenduste ja mängude puhul vähe või üldse mitte mingit jõudluse kasvu, kuigi on ka erandeid. Lauakasutajate ja mängijate jaoks, kelle eesmärk on suur jõudlus, on parem osta kiirem, suurem ja kallim üksik ketas, kui kasutada kahte aeglasemat/väiksemat ketast RAID 0-süsteemis. Isegi kõige uuemate, suuremate ja suuremate ketaste kasutamine RAID-0-s ei suurenda tõenäoliselt jõudlust rohkem kui 10% ning jõudlus võib mõnel juhul, eriti mängude puhul, langeda.
• RAID-i on raske uude süsteemi üle viia. Ühe ketta puhul on suhteliselt lihtne ketta uude süsteemi üle viia. Selle saab lihtsalt ühendada uue süsteemiga, kui sellel on sama liides olemas. RAID-massiivi puhul ei ole see aga nii lihtne. On olemas teatud tüüpi metaandmed, mis ütlevad, kuidas RAID on üles ehitatud. RAID BIOS peab suutma neid metaandmeid lugeda, et ta saaks massiivi edukalt üles ehitada ja seda operatsioonisüsteemile kättesaadavaks teha. Kuna RAID-kontrollerite tootjad kasutavad oma metaandmete jaoks erinevaid formaate (isegi sama tootja eri perekondade kontrollerid võivad kasutada ühildumatuid metaandmete formaate), on RAID-massiivi teise kontrolleriga peaaegu võimatu üle viia. RAID-massiivi ümberpaigutamisel uude süsteemi tuleks kavandada ka kontrolleri ümberpaigutamine. Emaplaadile integreeritud RAID-kontrollerite populaarsuse tõttu on see äärmiselt keeruline. Üldiselt on võimalik RAID-massiivi liikmeid ja kontrollereid koos teisaldada. Tarkvaraline RAID Linuxi ja Windows Server toodete puhul saab ka sellest piirangust mööda minna, kuid tarkvaralisel RAIDil on ka teisi (enamasti jõudlusega seotud) piiranguid.

Näide

Kõige sagedamini kasutatavad RAID-tasemed on RAID 0, RAID 1 ja RAID 5. Oletame, et on olemas 3 ketta, millel on 3 identset ketast, igaüks 1 TB, ja ühe ketta rikke tõenäosus antud aja jooksul on 1%.

RAID-tase	Kasutatav võimsus	Rikkumise tõenäosus antud protsentides	Rikkumise tõenäosus 1 juhul ... ebaõnnestub
0	3 TB	2,9701%	34
1	1 TB	0,0001%	1 miljon
5	2 TB	0,0298%	3356