RAID

Διαφορά μεταξύ φυσικών δίσκων και λογικών δίσκων

Ο σκληρός δίσκος είναι μέρος ενός υπολογιστή. Οι κανονικοί σκληροί δίσκοι χρησιμοποιούν μαγνητισμό για την αποθήκευση πληροφοριών. Όταν χρησιμοποιούνται σκληροί δίσκοι, είναι διαθέσιμοι στο λειτουργικό σύστημα. Στα Microsoft Windows, κάθε σκληρός δίσκος θα λάβει ένα γράμμα μονάδας δίσκου (που αρχίζει με C:, τα A: ή B: προορίζονται για τις δισκέτες). Τα λειτουργικά συστήματα Unix και τα λειτουργικά συστήματα που μοιάζουν με το Linux έχουν ένα δέντρο καταλόγων με μία ρίζα. Αυτό σημαίνει ότι οι άνθρωποι που χρησιμοποιούν τους υπολογιστές μερικές φορές δεν γνωρίζουν πού είναι αποθηκευμένες οι πληροφορίες (για να είμαστε δίκαιοι, πολλοί χρήστες των Windows δεν γνωρίζουν επίσης πού είναι αποθηκευμένα τα δεδομένα τους).

Στην πληροφορική, οι σκληροί δίσκοι (οι οποίοι είναι υλικό και μπορούν να αγγιχτούν) ονομάζονται μερικές φορές φυσικοί δίσκοι ή φυσικοί δίσκοι. Αυτό που δείχνει το λειτουργικό σύστημα στο χρήστη ονομάζεται μερικές φορές λογικός δίσκος. Ένας φυσικός δίσκος μπορεί να χωριστεί σε διαφορετικά τμήματα, που ονομάζονται διαμερίσματα δίσκου. Συνήθως, κάθε διαμέρισμα δίσκου περιέχει ένα σύστημα αρχείων. Το λειτουργικό σύστημα εμφανίζει κάθε διαμέρισμα σαν λογικό δίσκο.

Επομένως, για τον χρήστη, τόσο η ρύθμιση με πολλούς φυσικούς δίσκους όσο και η ρύθμιση με πολλούς λογικούς δίσκους θα φαίνονται ίδιες. Ο χρήστης δεν μπορεί να αποφασίσει αν ένας "λογικός δίσκος" είναι το ίδιο με έναν φυσικό δίσκο ή αν είναι απλώς ένα μέρος του δίσκου. Τα δίκτυα περιοχής αποθήκευσης (SAN) αλλάζουν εντελώς αυτή την άποψη. Το μόνο που είναι ορατό από ένα SAN είναι ένας αριθμός λογικών δίσκων.

Ανάγνωση και εγγραφή δεδομένων

Στον υπολογιστή, τα δεδομένα οργανώνονται με τη μορφή bits και bytes. Στα περισσότερα συστήματα, 8 bits συνθέτουν ένα byte. Η μνήμη του υπολογιστή χρησιμοποιεί ηλεκτρισμό για την αποθήκευση των δεδομένων, ενώ οι σκληροί δίσκοι χρησιμοποιούν μαγνητισμό. Επομένως, όταν γράφονται δεδομένα σε ένα δίσκο, το ηλεκτρικό σήμα μετατρέπεται σε μαγνητικό. Όταν τα δεδομένα διαβάζονται από το δίσκο, η μετατροπή γίνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση: Ένα ηλεκτρικό σήμα γίνεται από την πολικότητα ενός μαγνητικού πεδίου.

Τι είναι το RAID;

Μια συστοιχία RAID ενώνει δύο ή περισσότερους σκληρούς δίσκους έτσι ώστε να αποτελούν έναν λογικό δίσκο. Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους γίνεται αυτό. Οι πιο συνηθισμένοι είναι οι εξής:

• Διακοπή της απώλειας δεδομένων, όταν ένας ή περισσότεροι δίσκοι της συστοιχίας παρουσιάζουν βλάβη.
• Γρηγορότερη μεταφορά δεδομένων.
• Δυνατότητα αλλαγής δίσκων ενώ το σύστημα συνεχίζει να λειτουργεί.
• Ενσωμάτωση πολλών δίσκων για μεγαλύτερη χωρητικότητα αποθήκευσης- μερικές φορές χρησιμοποιούνται πολλοί φτηνοί δίσκοι αντί για έναν ακριβότερο.

Το RAID γίνεται με τη χρήση ειδικού υλικού ή λογισμικού στον υπολογιστή. Οι ενωμένοι σκληροί δίσκοι θα φαίνονται τότε σαν ένας σκληρός δίσκος στον χρήστη. Τα περισσότερα επίπεδα RAID αυξάνουν τον πλεονασμό. Αυτό σημαίνει ότι αποθηκεύουν τα δεδομένα πιο συχνά ή αποθηκεύουν πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο ανακατασκευής των δεδομένων. Αυτό επιτρέπει σε έναν αριθμό δίσκων να αποτύχουν χωρίς να χαθούν τα δεδομένα. Όταν αντικαθίσταται ο δίσκος που απέτυχε, τα δεδομένα που θα έπρεπε να περιέχει αντιγράφονται ή ανακατασκευάζονται από τους άλλους δίσκους του συστήματος. Αυτό μπορεί να διαρκέσει πολύ χρόνο. Ο χρόνος που χρειάζεται εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως το μέγεθος της συστοιχίας.

Γιατί να χρησιμοποιήσετε RAID;

Ένας από τους λόγους για τους οποίους πολλές εταιρείες χρησιμοποιούν RAID είναι ότι τα δεδομένα στη συστοιχία μπορούν απλώς να χρησιμοποιηθούν. Αυτοί που χρησιμοποιούν τα δεδομένα δεν χρειάζεται να γνωρίζουν ότι χρησιμοποιούν RAID. Όταν συμβεί μια βλάβη και η συστοιχία ανακάμπτει, η πρόσβαση στα δεδομένα θα είναι πιο αργή. Η πρόσβαση στα δεδομένα κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου θα επιβραδύνει επίσης τη διαδικασία αποκατάστασης, αλλά αυτό εξακολουθεί να είναι πολύ πιο γρήγορο από το να μην είναι δυνατή η εργασία με τα δεδομένα καθόλου. Ωστόσο, ανάλογα με το επίπεδο RAID, οι δίσκοι ενδέχεται να μην παρουσιάσουν βλάβη ενώ ο νέος δίσκος προετοιμάζεται για χρήση. Μια βλάβη δίσκου εκείνη τη στιγμή θα έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια όλων των δεδομένων στη συστοιχία.

Οι διαφορετικοί τρόποι σύνδεσης των δίσκων ονομάζονται επίπεδα ΕΠΙΔΡΟΜΗΣ. Ένας μεγαλύτερος αριθμός για το επίπεδο δεν είναι απαραίτητα καλύτερος. Τα διάφορα επίπεδα RAID έχουν διαφορετικούς σκοπούς. Ορισμένα επίπεδα RAID χρειάζονται ειδικούς δίσκους και ειδικούς ελεγκτές.

Ιστορία

Το 1978, ένας άνδρας ονόματι Norman Ken Ouchi, ο οποίος εργαζόταν στην IBM, έκανε μια πρόταση περιγράφοντας τα σχέδια για αυτό που αργότερα θα γινόταν RAID 5. Τα σχέδια περιέγραφαν επίσης κάτι παρόμοιο με το RAID 1, καθώς και την προστασία ενός μέρους του RAID 4.

Οι εργαζόμενοι στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ βοήθησαν στον σχεδιασμό της έρευνας το 1987. Προσπαθούσαν να καταστήσουν δυνατή την αναγνώριση από την τεχνολογία RAID δύο σκληρών δίσκων αντί για έναν. Διαπίστωσαν ότι όταν η τεχνολογία RAID είχε δύο σκληρούς δίσκους, είχε πολύ καλύτερη αποθήκευση από ό,τι με έναν μόνο σκληρό δίσκο. Ωστόσο, κατέρρεε πολύ πιο συχνά.

Το 1988, οι David Patterson, Garth Gibson και Randy Katz έγραψαν για τους διάφορους τύπους RAID (1 έως 5) στο άρθρο τους με τίτλο "A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)". Αυτό το άρθρο ήταν το πρώτο που αποκάλεσε τη νέα τεχνολογία RAID και το όνομα έγινε επίσημο.

Το RAID χρησιμοποιεί μερικές βασικές ιδέες, οι οποίες περιγράφονται στο άρθρο "RAID: High-Performance, Reliable Secondary Storage" του Peter Chen και άλλων, που δημοσιεύθηκε το 1994.

Caching

Η προσωρινή αποθήκευση δεδομένων είναι μια τεχνολογία που έχει επίσης τις χρήσεις της στα συστήματα RAID. Υπάρχουν διάφορα είδη προσωρινής αποθήκευσης που χρησιμοποιούνται στα συστήματα RAID:

• Λειτουργικό σύστημα
• Ελεγκτής RAID
• Συστοιχία δίσκων Enterprise

Στα σύγχρονα συστήματα, μια αίτηση εγγραφής θεωρείται ότι έχει ολοκληρωθεί όταν τα δεδομένα έχουν εγγραφεί στην κρυφή μνήμη. Αυτό δεν σημαίνει ότι τα δεδομένα έχουν εγγραφεί στο δίσκο. Οι αιτήσεις από την κρυφή μνήμη δεν αντιμετωπίζονται απαραίτητα με την ίδια σειρά που γράφτηκαν στην κρυφή μνήμη. Αυτό καθιστά πιθανό ότι, εάν το σύστημα αποτύχει, μερικές φορές κάποια δεδομένα δεν έχουν εγγραφεί στον εμπλεκόμενο δίσκο. Για το λόγο αυτό, πολλά συστήματα διαθέτουν μια κρυφή μνήμη που υποστηρίζεται από μια μπαταρία.

Αντικατοπτρισμός: Περισσότερα από ένα αντίγραφο των δεδομένων

Όταν μιλάμε για έναν καθρέφτη, πρόκειται για μια πολύ απλή ιδέα. Αντί τα δεδομένα να βρίσκονται σε ένα μόνο μέρος, υπάρχουν πολλά αντίγραφα των δεδομένων. Αυτά τα αντίγραφα βρίσκονται συνήθως σε διαφορετικούς σκληρούς δίσκους (ή κατατμήσεις δίσκων). Εάν υπάρχουν δύο αντίγραφα, το ένα από αυτά μπορεί να αποτύχει χωρίς να επηρεαστούν τα δεδομένα (καθώς εξακολουθούν να υπάρχουν στο άλλο αντίγραφο). Η αντανάκλαση μπορεί επίσης να δώσει ώθηση κατά την ανάγνωση δεδομένων. Θα λαμβάνονται πάντα από τον ταχύτερο δίσκο που ανταποκρίνεται. Η εγγραφή δεδομένων είναι όμως πιο αργή, επειδή πρέπει να ενημερωθούν όλοι οι δίσκοι.

Διαγράμμιση: Μέρος των δεδομένων βρίσκεται σε άλλο δίσκο

Με τη διαγράμμιση, τα δεδομένα χωρίζονται σε διαφορετικά μέρη. Αυτά τα μέρη καταλήγουν σε διαφορετικούς δίσκους (ή κατατμήσεις δίσκων). Αυτό σημαίνει ότι η εγγραφή δεδομένων είναι ταχύτερη, καθώς μπορεί να γίνει παράλληλα. Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν θα υπάρχουν σφάλματα, καθώς κάθε μπλοκ δεδομένων βρίσκεται μόνο σε έναν δίσκο.

Διόρθωση σφαλμάτων και σφάλματα

Είναι δυνατόν να υπολογιστούν διάφορα είδη αθροισμάτων ελέγχου. Ορισμένες μέθοδοι υπολογισμού των αθροισμάτων ελέγχου επιτρέπουν την εύρεση ενός λάθους. Τα περισσότερα επίπεδα RAID που χρησιμοποιούν πλεονασμό μπορούν να το κάνουν αυτό. Ορισμένες μέθοδοι είναι πιο δύσκολες, αλλά επιτρέπουν όχι μόνο τον εντοπισμό του σφάλματος, αλλά και τη διόρθωσή του.

Hot spares: χρήση περισσότερων δίσκων από όσους χρειάζονται

Πολλοί από τους τρόπους για την υποστήριξη της ΕΠΙΔΡΟΜΗΣ υποστηρίζουν κάτι που ονομάζεται hot spare. Ένα hot spare είναι ένας άδειος δίσκος που δεν χρησιμοποιείται στην κανονική λειτουργία. Όταν ένας δίσκος αποτύχει, τα δεδομένα μπορούν να αντιγραφούν απευθείας στον hot spare δίσκο. Με αυτόν τον τρόπο, ο δίσκος που απέτυχε πρέπει να αντικατασταθεί από έναν νέο άδειο δίσκο για να γίνει ο hot spare.

Μέγεθος λωρίδας και μέγεθος τεμαχίου: κατανομή των δεδομένων σε πολλούς δίσκους

Το RAID λειτουργεί με την κατανομή των δεδομένων σε διάφορους δίσκους. Δύο από τους όρους που χρησιμοποιούνται συχνά σε αυτό το πλαίσιο είναι το μέγεθος λωρίδας και το μέγεθος τεμαχίου.

Το μέγεθος τεμαχίου είναι το μικρότερο μπλοκ δεδομένων που εγγράφεται σε έναν μόνο δίσκο της συστοιχίας. Το μέγεθος λωρίδας είναι το μέγεθος ενός μπλοκ δεδομένων που θα κατανεμηθεί σε όλους τους δίσκους. Με αυτόν τον τρόπο, με τέσσερις δίσκους και μέγεθος λωρίδας 64 kilobytes (kB), 16 kB θα εγγραφούν σε κάθε δίσκο. Το μέγεθος του τεμαχίου σε αυτό το παράδειγμα είναι επομένως 16 kB. Το να μεγαλώσετε το μέγεθος της λωρίδας θα σημαίνει ταχύτερο ρυθμό μεταφοράς δεδομένων, αλλά και μεγαλύτερη μέγιστη καθυστέρηση. Σε αυτή την περίπτωση, πρόκειται για το χρόνο που απαιτείται για τη λήψη ενός μπλοκ δεδομένων.

Συγκέντρωση δίσκου: JBOD, συνένωση ή διασπορά

Πολλοί ελεγκτές (αλλά και λογισμικό) μπορούν να συναρμολογήσουν δίσκους με τον ακόλουθο τρόπο: Πάρτε τον πρώτο δίσκο, μέχρι να τελειώσει, μετά πάρτε τον δεύτερο, και ούτω καθεξής. Με αυτόν τον τρόπο, αρκετοί μικρότεροι δίσκοι μοιάζουν με έναν μεγαλύτερο. Αυτό δεν είναι πραγματικά RAID, καθώς δεν υπάρχει πλεονασμός. Επίσης, το spanning μπορεί να συνδυάσει δίσκους όπου το RAID 0 δεν μπορεί να κάνει τίποτα. Γενικά, αυτό ονομάζεται απλά μια δέσμη δίσκων (JBOD).

Πρόκειται για έναν μακρινό συγγενή του RAID, επειδή ο λογικός δίσκος αποτελείται από διαφορετικούς φυσικούς δίσκους. Η συνένωση χρησιμοποιείται μερικές φορές για να μετατρέψει πολλούς μικρούς δίσκους σε έναν μεγαλύτερο χρήσιμο δίσκο. Αυτό δεν μπορεί να γίνει με το RAID 0. Για παράδειγμα, το JBOD θα μπορούσε να συνδυάσει δίσκους 3 GB, 15 GB, 5,5 GB και 12 GB σε έναν λογικό δίσκο στα 35,5 GB, ο οποίος είναι συχνά πιο χρήσιμος από τους δίσκους από μόνοι τους.

Στο διάγραμμα στα δεξιά, τα δεδομένα συνδέονται από το τέλος του δίσκου 0 (μπλοκ Α63) στην αρχή του δίσκου 1 (μπλοκ Α64)- τέλος του δίσκου 1 (μπλοκ Α91) στην αρχή του δίσκου 2 (μπλοκ Α92). Εάν χρησιμοποιούνταν RAID 0, τότε ο δίσκος 0 και ο δίσκος 2 θα περικόπτονταν σε 28 μπλοκ, το μέγεθος του μικρότερου δίσκου στη συστοιχία (δίσκος 1) για συνολικό μέγεθος 84 μπλοκ.

Ορισμένοι ελεγκτές RAID χρησιμοποιούν το JBOD για να μιλήσουν για την εργασία σε δίσκους χωρίς χαρακτηριστικά RAID. Κάθε μονάδα δίσκου εμφανίζεται ξεχωριστά στο λειτουργικό σύστημα. Αυτό το JBOD δεν είναι το ίδιο με τη συνένωση.

Πολλά συστήματα Linux χρησιμοποιούν τους όρους "linear mode" ή "append mode". Η υλοποίηση του Mac OS X 10.4 - που ονομάζεται "Concatenated Disk Set" - δεν αφήνει στο χρήστη χρησιμοποιήσιμα δεδομένα στους υπόλοιπους δίσκους, αν ένας δίσκος αποτύχει σε ένα σύνολο συνδεδεμένων δίσκων, αν και οι δίσκοι λειτουργούν κατά τα άλλα όπως περιγράφεται παραπάνω.

Η συνένωση είναι μία από τις χρήσεις του Logical Volume Manager στο Linux. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία εικονικών δίσκων.

Κλώνος δίσκου

Οι περισσότεροι σύγχρονοι σκληροί δίσκοι διαθέτουν ένα πρότυπο που ονομάζεται τεχνολογία αυτοελέγχου, ανάλυσης και αναφοράς (S.M.A.R.T). Το SMART επιτρέπει την παρακολούθηση ορισμένων πραγμάτων σε έναν σκληρό δίσκο. Ορισμένοι ελεγκτές επιτρέπουν την αντικατάσταση ενός μεμονωμένου σκληρού δίσκου ακόμη και πριν αυτός αποτύχει, για παράδειγμα επειδή το S.M.A.R.T ή κάποιο άλλο τεστ δίσκου αναφέρει πάρα πολλά διορθώσιμα σφάλματα. Για να γίνει αυτό, ο ελεγκτής θα αντιγράψει όλα τα δεδομένα σε έναν ζεστό εφεδρικό δίσκο. Μετά από αυτό, ο δίσκος μπορεί να αντικατασταθεί από άλλον (ο οποίος απλώς θα γίνει ο νέος hot spare).

Διαφορετικές ρυθμίσεις

Η ρύθμιση των δίσκων και ο τρόπος χρήσης των παραπάνω τεχνικών επηρεάζει την απόδοση και την αξιοπιστία του συστήματος. Όταν χρησιμοποιούνται περισσότεροι δίσκοι, ένας από τους δίσκους είναι πιο πιθανό να αποτύχει. Εξαιτίας αυτού, πρέπει να δημιουργηθούν μηχανισμοί που να μπορούν να βρίσκουν και να διορθώνουν τα σφάλματα. Αυτό καθιστά το όλο σύστημα πιο αξιόπιστο, καθώς είναι σε θέση να επιβιώσει και να επιδιορθώσει την αποτυχία.

Επίπεδα RAID σε κοινή χρήση

RAID 0 "striping"

Το RAID 0 δεν είναι πραγματικά RAID επειδή δεν είναι πλεονάζον. Με το RAID 0, οι δίσκοι απλώς ενώνονται για να δημιουργήσουν έναν μεγάλο δίσκο. Αυτό ονομάζεται "striping". Όταν ένας δίσκος αποτυγχάνει, ολόκληρη η συστοιχία αποτυγχάνει. Επομένως, το RAID 0 χρησιμοποιείται σπάνια για σημαντικά δεδομένα, αλλά η ανάγνωση και η εγγραφή δεδομένων από το δίσκο μπορεί να είναι ταχύτερη με το striping, επειδή κάθε δίσκος διαβάζει μέρος του αρχείου ταυτόχρονα.

Με το RAID 0, τα μπλοκ δίσκων που διαδέχονται το ένα το άλλο τοποθετούνται συνήθως σε διαφορετικούς δίσκους. Για το λόγο αυτό, όλοι οι δίσκοι που χρησιμοποιούνται από ένα RAID 0 πρέπει να έχουν το ίδιο μέγεθος.

Το RAID 0 χρησιμοποιείται συχνά για Swapspace σε λειτουργικά συστήματα Linux ή Unix-like.

RAID 1 "κατοπτρισμός"

Με το RAID 1, δύο δίσκοι τοποθετούνται μαζί. Και οι δύο περιέχουν τα ίδια δεδομένα, ο ένας "καθρεφτίζει" τον άλλο. Πρόκειται για εύκολη και γρήγορη διαμόρφωση, είτε υλοποιείται με ελεγκτή υλικού είτε με λογισμικό.

RAID 5 "striping με κατανεμημένη ισοτιμία"

Το RAID Level 5 είναι αυτό που χρησιμοποιείται πιθανότατα τις περισσότερες φορές. Για τη δημιουργία μιας συστοιχίας αποθήκευσης RAID 5 απαιτούνται τουλάχιστον τρεις σκληροί δίσκοι. Κάθε μπλοκ δεδομένων θα αποθηκεύεται σε τρία διαφορετικά σημεία. Δύο από αυτές τις θέσεις θα αποθηκεύουν το μπλοκ ως έχει, ενώ η τρίτη θα αποθηκεύει ένα άθροισμα ελέγχου. Αυτό το άθροισμα ελέγχου είναι μια ειδική περίπτωση ενός κώδικα Reed-Solomon που χρησιμοποιεί μόνο την πρόσθεση κατά ψηφία. Συνήθως, υπολογίζεται με τη μέθοδο XOR. Δεδομένου ότι αυτή η μέθοδος είναι συμμετρική, ένα χαμένο μπλοκ δεδομένων μπορεί να ανακατασκευαστεί από το άλλο μπλοκ δεδομένων και το άθροισμα ελέγχου. Για κάθε μπλοκ, ένας διαφορετικός δίσκος θα περιέχει το μπλοκ ισοτιμίας που περιέχει το άθροισμα ελέγχου. Αυτό γίνεται για να αυξηθεί ο πλεονασμός. Οποιοσδήποτε δίσκος μπορεί να αποτύχει. Συνολικά, θα υπάρχει ένας δίσκος που θα κρατάει τα αθροίσματα ελέγχου, οπότε η συνολική ωφέλιμη χωρητικότητα θα είναι αυτή όλων των δίσκων εκτός από έναν. Το μέγεθος του λογικού δίσκου που προκύπτει θα είναι το μέγεθος όλων των δίσκων μαζί, εκτός από έναν δίσκο που περιέχει πληροφορίες ισοτιμίας.

Φυσικά αυτό είναι πιο αργό από το επίπεδο RAID 1, αφού σε κάθε εγγραφή πρέπει να διαβάζονται όλοι οι δίσκοι για να υπολογιστούν και να ενημερωθούν οι πληροφορίες ισοτιμίας. Η απόδοση ανάγνωσης του RAID 5 είναι σχεδόν εξίσου καλή με το RAID 0 για τον ίδιο αριθμό δίσκων. Εκτός από τα μπλοκ ισοτιμίας, η κατανομή των δεδομένων στους δίσκους ακολουθεί το ίδιο μοτίβο με το RAID 0. Ο λόγος που το RAID 5 είναι ελαφρώς πιο αργό είναι ότι οι δίσκοι πρέπει να παραλείπουν τα μπλοκ ισοτιμίας.

Ένα RAID 5 με έναν αποτυχημένο δίσκο θα συνεχίσει να λειτουργεί. Βρίσκεται σε υποβαθμισμένη λειτουργία. Ένα υποβαθμισμένο RAID 5 μπορεί να είναι πολύ αργό. Για το λόγο αυτό προστίθεται συχνά ένας επιπλέον δίσκος. Αυτός ο δίσκος ονομάζεται hot spare disk (θερμός εφεδρικός δίσκος). Εάν ένας δίσκος αποτύχει, τα δεδομένα μπορούν να ανακατασκευαστούν απευθείας στον πρόσθετο δίσκο. Το RAID 5 μπορεί επίσης να γίνει αρκετά εύκολα σε λογισμικό.

Κυρίως λόγω των προβλημάτων απόδοσης των αποτυχημένων συστοιχιών RAID 5, ορισμένοι ειδικοί σε βάσεις δεδομένων έχουν σχηματίσει μια ομάδα με την ονομασία BAARF - Battle Against Any Raid Five.

Εάν το σύστημα αποτύχει ενώ υπάρχουν ενεργές εγγραφές, η ισοτιμία μιας λωρίδας μπορεί να γίνει ασυνεπής με τα δεδομένα. Εάν αυτό δεν επιδιορθωθεί πριν από την αστοχία ενός δίσκου ή ενός μπλοκ, ενδέχεται να προκληθεί απώλεια δεδομένων. Μια λανθασμένη ισοτιμία θα χρησιμοποιηθεί για την ανακατασκευή του μπλοκ που λείπει σε αυτή τη λωρίδα. Αυτό το πρόβλημα είναι μερικές φορές γνωστό ως "τρύπα εγγραφής". Οι κρυφές μνήμες που υποστηρίζονται από μπαταρίες και παρόμοιες τεχνικές χρησιμοποιούνται συνήθως για να μειωθεί η πιθανότητα εμφάνισης αυτού του φαινομένου.

Εικόνες

Επίπεδα RAID που χρησιμοποιούνται λιγότερο

RAID 2

Αυτό χρησιμοποιήθηκε σε πολύ μεγάλους υπολογιστές. Για τη χρήση RAID επιπέδου 2 απαιτούνται ειδικοί ακριβοί δίσκοι και ειδικός ελεγκτής. Τα δεδομένα διανέμονται σε επίπεδο bit (όλα τα άλλα επίπεδα χρησιμοποιούν ενέργειες σε επίπεδο byte). Γίνονται ειδικοί υπολογισμοί. Τα δεδομένα χωρίζονται σε στατικές ακολουθίες bit. Συνδυάζονται 8 bits δεδομένων και 2 bits ισοτιμίας. Στη συνέχεια υπολογίζεται ένας κώδικας Hamming. Τα τμήματα του κώδικα Hamming διανέμονται στη συνέχεια στους διάφορους δίσκους.

Το RAID 2 είναι το μόνο επίπεδο RAID που μπορεί να επιδιορθώσει σφάλματα, τα άλλα επίπεδα RAID μπορούν μόνο να τα εντοπίσουν. Όταν διαπιστώνουν ότι οι πληροφορίες που χρειάζονται δεν έχουν νόημα, απλά το ξαναχτίζουν. Αυτό γίνεται με υπολογισμούς, χρησιμοποιώντας πληροφορίες από τους άλλους δίσκους. Εάν αυτές οι πληροφορίες λείπουν ή είναι λανθασμένες, δεν μπορούν να κάνουν πολλά. Επειδή χρησιμοποιεί κώδικες Hamming, το RAID 2 μπορεί να βρει ποιο κομμάτι της πληροφορίας είναι λανθασμένο και να διορθώσει μόνο αυτό το κομμάτι.

Το RAID 2 χρειάζεται τουλάχιστον 10 δίσκους για να λειτουργήσει. Λόγω της πολυπλοκότητάς του και της ανάγκης για πολύ ακριβό και ειδικό υλικό, το RAID 2 δεν χρησιμοποιείται πλέον πολύ.

RAID 3 "striping με αποκλειστική ισοτιμία"

Το επίπεδο Raid 3 μοιάζει πολύ με το επίπεδο RAID 0. Προστίθεται ένας επιπλέον δίσκος για την αποθήκευση πληροφοριών ισοτιμίας. Αυτό επιτυγχάνεται με τη bitwise πρόσθεση της τιμής ενός μπλοκ στους άλλους δίσκους. Οι πληροφορίες ισοτιμίας αποθηκεύονται σε ξεχωριστό (αποκλειστικό) δίσκο. Αυτό δεν είναι καλό, διότι εάν ο δίσκος ισοτιμίας καταρρεύσει, οι πληροφορίες ισοτιμίας χάνονται.

Το RAID επιπέδου 3 γίνεται συνήθως με τουλάχιστον 3 δίσκους. Μια ρύθμιση με δύο δίσκους είναι πανομοιότυπη με μια RAID επιπέδου 0.

RAID 4 "striping με αποκλειστική ισοτιμία"

Αυτό είναι πολύ παρόμοιο με το RAID 3, με τη διαφορά ότι οι πληροφορίες ισοτιμίας υπολογίζονται σε μεγαλύτερα μπλοκ και όχι σε μεμονωμένα bytes. Αυτό μοιάζει με το RAID 5. Για μια συστοιχία RAID 4 απαιτούνται τουλάχιστον τρεις δίσκοι.

RAID 6

Το επίπεδο RAID 6 δεν ήταν ένα αρχικό επίπεδο RAID. Προσθέτει ένα πρόσθετο μπλοκ ισοτιμίας σε μια συστοιχία RAID 5. Χρειάζονται τουλάχιστον τέσσερις δίσκοι (δύο δίσκοι για τη χωρητικότητα, δύο δίσκοι για πλεονασμό). Το RAID 5 μπορεί να θεωρηθεί ως ειδική περίπτωση ενός κώδικα Reed-Solomon. Το RAID 5 είναι μια ειδική περίπτωση, ωστόσο, χρειάζεται μόνο πρόσθεση στο πεδίο Galois GF(2). Αυτό είναι εύκολο να γίνει με XOR. Το RAID 6 επεκτείνει αυτούς τους υπολογισμούς. Δεν αποτελεί πλέον ειδική περίπτωση και πρέπει να γίνουν όλοι οι υπολογισμοί. Με το RAID 6, χρησιμοποιείται ένα επιπλέον άθροισμα ελέγχου (που ονομάζεται πολυώνυμο), συνήθως του GF(²⁸). Με αυτή την προσέγγιση είναι δυνατή η προστασία από οποιονδήποτε αριθμό αποτυχημένων δίσκων. Το RAID 6 αφορά την περίπτωση χρήσης δύο αθροισμάτων ελέγχου για την προστασία από την απώλεια δύο δίσκων.

Όπως και στο RAID 5, η ισοτιμία και τα δεδομένα βρίσκονται σε διαφορετικούς δίσκους για κάθε μπλοκ. Τα δύο μπλοκ ισοτιμίας βρίσκονται επίσης σε διαφορετικούς δίσκους.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να κάνετε RAID 6. Διαφέρουν ως προς την απόδοση εγγραφής και ως προς το πόσοι υπολογισμοί απαιτούνται. Η δυνατότητα ταχύτερης εγγραφής συνήθως σημαίνει ότι απαιτούνται περισσότεροι υπολογισμοί.

Η ΕΠΙΔΡΟΜΉ 6 είναι πιο αργή από την ΕΠΙΔΡΟΜΉ 5, αλλά επιτρέπει στην ΕΠΙΔΡΟΜΉ να συνεχίσει να λειτουργεί σε περίπτωση αποτυχίας δύο δίσκων. Το RAID 6 γίνεται όλο και πιο δημοφιλές επειδή επιτρέπει την αναδημιουργία μιας συστοιχίας μετά από βλάβη ενός μόνο δίσκου, ακόμη και αν ένας από τους εναπομείναντες δίσκους έχει έναν ή περισσότερους κακούς τομείς.

Εικόνες

Μη τυποποιημένα επίπεδα RAID

Διπλή ισοτιμία / Διαγώνια ισοτιμία

Το RAID 6 χρησιμοποιεί δύο μπλοκ ισοτιμίας. Αυτά υπολογίζονται με ειδικό τρόπο πάνω σε ένα πολυώνυμο. Το RAID διπλής ισοτιμίας (που ονομάζεται επίσης RAID διαγώνιας ισοτιμίας) χρησιμοποιεί ένα διαφορετικό πολυώνυμο για κάθε ένα από αυτά τα μπλοκ ισοτιμίας. Πρόσφατα, η βιομηχανική ένωση που όρισε το RAID δήλωσε ότι το RAID διπλής ισοτιμίας είναι μια διαφορετική μορφή του RAID 6.

RAID-DP

Το RAID-DP είναι ένας άλλος τρόπος διπλής ισοτιμίας.

RAID 1.5

Το RAID 1.5 (δεν πρέπει να συγχέεται με το RAID 15, το οποίο είναι διαφορετικό) είναι μια ιδιόκτητη υλοποίηση RAID. Όπως και το RAID 1, χρησιμοποιεί μόνο δύο δίσκους, αλλά κάνει τόσο striping όσο και mirroring (παρόμοια με το RAID 10). Τα περισσότερα πράγματα γίνονται στο υλικό.

RAID 5E, RAID 5EE και RAID 6E

Τα RAID 5E, RAID 5EE και RAID 6E (με το πρόσθετο E για το Enhanced) αναφέρονται γενικά σε διαφορετικούς τύπους RAID 5 ή RAID 6 με hot spare. Σε αυτές τις υλοποιήσεις, η εφεδρική μονάδα δεν είναι φυσική μονάδα. Αντίθετα, υπάρχει με τη μορφή ελεύθερου χώρου στους δίσκους. Αυτό αυξάνει τις επιδόσεις, αλλά σημαίνει ότι ένας hot spare δεν μπορεί να διαμοιραστεί μεταξύ διαφορετικών συστοιχιών. Το σύστημα αυτό εισήχθη από την IBM ServeRAID γύρω στο 2001.

RAID 7

Πρόκειται για μια ιδιόκτητη εφαρμογή. Προσθέτει προσωρινή αποθήκευση σε μια συστοιχία RAID 3 ή RAID 4.

Intel Matrix RAID

Ορισμένες κύριες πλακέτες της Intel διαθέτουν τσιπ RAID που έχουν αυτή τη δυνατότητα. Χρησιμοποιεί δύο ή τρεις δίσκους και στη συνέχεια τους διαμερίζει ισότιμα για να σχηματίσει έναν συνδυασμό επιπέδων RAID 0, RAID 1, RAID 5 ή RAID 1+0.

Οδηγός RAID MD Linux

Αυτό είναι το όνομα του προγράμματος οδήγησης που επιτρέπει την εκτέλεση λογισμικού RAID με το Linux. Εκτός από τα κανονικά επίπεδα RAID 0-6, διαθέτει επίσης μια υλοποίηση RAID 10. Από την έκδοση Kernel 2.6.9, το RAID 10 είναι ένα μόνο επίπεδο. Η υλοποίηση έχει ορισμένα μη τυποποιημένα χαρακτηριστικά.

RAID Z

Η Sun έχει υλοποιήσει ένα σύστημα αρχείων που ονομάζεται ZFS. Αυτό το σύστημα αρχείων είναι βελτιστοποιημένο για το χειρισμό μεγάλου όγκου δεδομένων. Περιλαμβάνει ένα Logical Volume Manager. Περιλαμβάνει επίσης ένα χαρακτηριστικό που ονομάζεται RAID-Z. Αποφεύγει το πρόβλημα που ονομάζεται RAID 5 write hole επειδή διαθέτει πολιτική copy-on-write: Δεν αντικαθιστά άμεσα τα δεδομένα, αλλά γράφει νέα δεδομένα σε νέα θέση στο δίσκο. Όταν η εγγραφή ήταν επιτυχής, τα παλιά δεδομένα διαγράφονται. Αποφεύγει την ανάγκη για λειτουργίες ανάγνωσης-τροποποίησης-εγγραφής για μικρές εγγραφές, επειδή γράφει μόνο πλήρεις λωρίδες. Τα μικρά μπλοκ καθρεφτίζονται αντί να προστατεύονται με ισοτιμία, κάτι που είναι δυνατό επειδή το σύστημα αρχείων γνωρίζει τον τρόπο οργάνωσης του αποθηκευτικού χώρου. Επομένως, μπορεί να διαθέσει επιπλέον χώρο, εάν είναι απαραίτητο. Υπάρχει επίσης το RAID-Z2, το οποίο χρησιμοποιεί δύο μορφές ισοτιμίας για να επιτύχει αποτελέσματα παρόμοια με το RAID 6: τη δυνατότητα επιβίωσης έως και δύο βλαβών δίσκου χωρίς απώλεια δεδομένων.

Εικόνες

Με το RAID διαφορετικοί δίσκοι μπορούν να συνδυαστούν για να δημιουργηθεί ένας λογικός δίσκος.Ο χρήστης θα βλέπει μόνο τον λογικό δίσκο. Κάθε ένα από τα επίπεδα RAID που αναφέρθηκαν παραπάνω έχει καλά και κακά σημεία. Αλλά το RAID μπορεί επίσης να λειτουργήσει με λογικούς δίσκους. Με αυτόν τον τρόπο ένα από τα παραπάνω επίπεδα RAID μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ένα σύνολο λογικών δίσκων. Πολλοί άνθρωποι το σημειώνουν γράφοντας τους αριθμούς μαζί. Μερικές φορές, γράφουν ένα '+' ή ένα '&' ενδιάμεσα. Συνήθεις συνδυασμοί (με χρήση δύο επιπέδων) είναι οι εξής:

• RAID 0+1: Δύο ή περισσότερες συστοιχίες RAID 0 συνδυάζονται σε μια συστοιχία RAID 1. Αυτό ονομάζεται καθρέφτης λωρίδων.
• RAID 1+0: Το ίδιο με το RAID 0+1, αλλά τα επίπεδα RAID αντιστρέφονται. Αυτό καθιστά την αστοχία του δίσκου πιο σπάνια από το RAID 0+1 παραπάνω.
• RAID 5+0: Διασύνδεση πολλών RAID 5 με ένα RAID 0. Ένας δίσκος κάθε RAID 5 μπορεί να αποτύχει, αλλά καθιστά το συγκεκριμένο RAID 5 το μοναδικό σημείο αποτυχίας- εάν αποτύχει ένας άλλος δίσκος αυτής της συστοιχίας, όλα τα δεδομένα της συστοιχίας θα χαθούν.
• RAID 5+1: Σε περιπτώσεις όπου η ΕΠΙΔΡΟΜΉ αποτελείται από έξι δίσκους, οποιοσδήποτε από τους τρεις μπορεί να αποτύχει (χωρίς να χαθούν δεδομένα).
• RAID 6+0: Συστοιχία πολλών συστοιχιών RAID 6 πάνω σε μια συστοιχία RAID 0. Δύο δίσκοι κάθε RAID 6 μπορούν να αποτύχουν χωρίς απώλεια δεδομένων.

Με έξι δίσκους των 300 GB ο καθένας, συνολικής χωρητικότητας 1,8 TB, είναι δυνατή η δημιουργία ενός RAID 5, με 1,5 TB ωφέλιμο χώρο. Σε αυτή τη συστοιχία, ένας δίσκος μπορεί να αποτύχει χωρίς απώλεια δεδομένων. Με το RAID 50, ο χώρος μειώνεται σε 1,2 TB, αλλά ένας δίσκος κάθε RAID 5 μπορεί να αποτύχει, ενώ επιπλέον υπάρχει αξιοσημείωτη αύξηση των επιδόσεων. Το RAID 51 μειώνει το ωφέλιμο μέγεθος στα 900 GB, αλλά επιτρέπει την αποτυχία οποιουδήποτε από τους τρεις δίσκους.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να δημιουργήσετε μια ΕΠΙΔΡΟΜΉ. Μπορεί να γίνει είτε με λογισμικό είτε με υλικό.

Λογισμικό RAID

Μια ΕΠΙΔΡΟΜΉ μπορεί να γίνει με λογισμικό με δύο διαφορετικούς τρόπους. Στην περίπτωση του Software RAID, οι δίσκοι συνδέονται όπως οι κανονικοί σκληροί δίσκοι. Ο υπολογιστής είναι αυτός που κάνει το RAID να λειτουργεί. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε πρόσβαση η CPU πρέπει επίσης να κάνει τους υπολογισμούς για το RAID. Οι υπολογισμοί για RAID 0 ή RAID 1 είναι απλοί. Ωστόσο, οι υπολογισμοί για το RAID 5, το RAID 6 ή ένα από τα συνδυασμένα επίπεδα RAID μπορεί να είναι πολλή δουλειά. Σε ένα λογισμικό RAID, η αυτόματη εκκίνηση από μια συστοιχία που απέτυχε μπορεί να είναι δύσκολο πράγμα. Τέλος, ο τρόπος με τον οποίο γίνεται το RAID στο λογισμικό εξαρτάται από το λειτουργικό σύστημα που χρησιμοποιείται- γενικά δεν είναι δυνατή η εκ νέου δημιουργία μιας συστοιχίας Software RAID με διαφορετικό λειτουργικό σύστημα. Τα λειτουργικά συστήματα χρησιμοποιούν συνήθως κατατμήσεις του σκληρού δίσκου και όχι ολόκληρους σκληρούς δίσκους για τη δημιουργία συστοιχιών RAID.

Hardware RAID

Μια ΕΠΙΔΡΟΜΉ μπορεί επίσης να γίνει με υλικό. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται ένας ειδικός ελεγκτής δίσκου- αυτή η κάρτα ελεγκτή αποκρύπτει το γεγονός ότι κάνει RAID από το λειτουργικό σύστημα και τον χρήστη. Οι υπολογισμοί των πληροφοριών ελέγχου και άλλοι υπολογισμοί που σχετίζονται με το RAID γίνονται σε ένα ειδικό μικροτσίπ σε αυτόν τον ελεγκτή. Αυτό καθιστά το RAID ανεξάρτητο από το λειτουργικό σύστημα. Το λειτουργικό σύστημα δεν θα βλέπει το RAID, θα βλέπει έναν μεμονωμένο δίσκο. Διαφορετικοί κατασκευαστές κάνουν RAID με διαφορετικούς τρόπους. Αυτό σημαίνει ότι ένα RAID που έχει κατασκευαστεί με έναν ελεγκτή υλικού RAID δεν μπορεί να ανακατασκευαστεί από έναν άλλο ελεγκτή RAID διαφορετικού κατασκευαστή. Οι ελεγκτές υλικού RAID είναι συχνά ακριβοί στην αγορά.

RAID με υποστήριξη υλικού

Πρόκειται για ένα μείγμα μεταξύ RAID υλικού και RAID λογισμικού. Το RAID με υποστήριξη υλικού χρησιμοποιεί ένα ειδικό τσιπ ελεγκτή (όπως το RAID υλικού), αλλά αυτό το τσιπ δεν μπορεί να εκτελέσει πολλές λειτουργίες. Είναι ενεργό μόνο κατά την εκκίνηση του συστήματος- μόλις το λειτουργικό σύστημα φορτωθεί πλήρως, αυτή η διαμόρφωση είναι σαν RAID λογισμικού. Ορισμένες μητρικές κάρτες διαθέτουν λειτουργίες RAID για τους συνδεδεμένους δίσκους- τις περισσότερες φορές, αυτές οι λειτουργίες RAID γίνονται ως RAID με υποστήριξη υλικού. Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται ειδικό λογισμικό για να είναι δυνατή η χρήση αυτών των λειτουργιών RAID και για να είναι δυνατή η ανάκτηση από έναν αποτυχημένο δίσκο.

Υπάρχουν διάφοροι όροι που χρησιμοποιούνται όταν μιλάμε για βλάβες υλικού:

Ποσοστό αποτυχίας

Το ποσοστό αποτυχίας είναι το πόσο συχνά ένα σύστημα αποτυγχάνει. Ο μέσος χρόνος μέχρι την αποτυχία (MTTF) ή ο μέσος χρόνος μεταξύ αποτυχιών (MTBF) ενός συστήματος RAID είναι ο ίδιος με αυτόν των εξαρτημάτων του. Εξάλλου, ένα σύστημα RAID δεν μπορεί να προστατεύσει από τις βλάβες των μεμονωμένων σκληρών δίσκων του. Οι πιο περίπλοκοι τύποι RAID (οτιδήποτε πέρα από τη "λωρίδα" ή τη "συνένωση") μπορούν ωστόσο να βοηθήσουν να διατηρηθούν τα δεδομένα ανέπαφα ακόμη και αν ένας μεμονωμένος σκληρός δίσκος αποτύχει.

Μέσος χρόνος μέχρι την απώλεια δεδομένων

Ο μέσος χρόνος μέχρι την απώλεια δεδομένων (MTTDL) δίνει το μέσο χρόνο μέχρι να συμβεί απώλεια δεδομένων σε μια δεδομένη συστοιχία. Ο μέσος χρόνος μέχρι την απώλεια δεδομένων ενός συγκεκριμένου RAID μπορεί να είναι υψηλότερος ή χαμηλότερος από αυτόν των σκληρών δίσκων του. Αυτό εξαρτάται από τον τύπο του RAID που χρησιμοποιείται.

Μέσος χρόνος ανάκαμψης

Οι συστοιχίες που διαθέτουν πλεονασμό μπορούν να ανακάμψουν από ορισμένες αποτυχίες. Ο μέσος χρόνος αποκατάστασης δείχνει πόσος χρόνος χρειάζεται μέχρι μια αποτυχημένη συστοιχία να επανέλθει στην κανονική της κατάσταση. Αυτό προσθέτει τόσο το χρόνο αντικατάστασης ενός αποτυχημένου μηχανισμού δίσκου όσο και το χρόνο για την εκ νέου δημιουργία της συστοιχίας (δηλαδή για την αντιγραφή δεδομένων για πλεονασμό).

Μη ανακτήσιμος ρυθμός σφάλματος bit

Το ποσοστό μη ανακτήσιμου σφάλματος bit (UBE) δηλώνει για πόσο χρονικό διάστημα μια μονάδα δίσκου θα είναι ανίκανη να ανακτήσει δεδομένα μετά τη χρήση κωδικών κυκλικού ελέγχου πλεονασμού (CRC) και πολλαπλών επαναλήψεων.

Υπάρχουν επίσης ορισμένα προβλήματα με τις ιδέες ή την τεχνολογία πίσω από το RAID:

Προσθήκη δίσκων σε μεταγενέστερο χρόνο

Ορισμένα επίπεδα RAID επιτρέπουν την επέκταση της συστοιχίας με απλή προσθήκη σκληρών δίσκων, σε μεταγενέστερο χρόνο. Οι πληροφορίες, όπως τα μπλοκ ισοτιμίας, είναι συχνά διασκορπισμένες σε διάφορους δίσκους. Η προσθήκη ενός δίσκου στη συστοιχία σημαίνει ότι απαιτείται αναδιοργάνωση. Μια τέτοια αναδιοργάνωση είναι σαν μια επαναδημιουργία της συστοιχίας, μπορεί να διαρκέσει πολύ χρόνο. Όταν γίνει αυτό, ο πρόσθετος χώρος μπορεί να μην είναι ακόμη διαθέσιμος, επειδή τόσο το σύστημα αρχείων της συστοιχίας όσο και το λειτουργικό σύστημα πρέπει να ενημερωθούν γι' αυτό. Ορισμένα συστήματα αρχείων δεν υποστηρίζουν την ανάπτυξη μετά τη δημιουργία τους. Σε μια τέτοια περίπτωση, πρέπει να δημιουργηθεί αντίγραφο ασφαλείας όλων των δεδομένων, να δημιουργηθεί εκ νέου η συστοιχία με τη νέα διάταξη και να επαναφερθούν τα δεδομένα σε αυτήν.

Μια άλλη επιλογή για να προσθέσετε χώρο αποθήκευσης είναι να δημιουργήσετε μια νέα συστοιχία και να αφήσετε έναν διαχειριστή λογικών τόμων να χειριστεί την κατάσταση. Αυτό επιτρέπει την ανάπτυξη σχεδόν οποιουδήποτε συστήματος RAID, ακόμη και του RAID1 (το οποίο από μόνο του περιορίζεται σε δύο δίσκους).

Συνδεδεμένες αστοχίες

Ο μηχανισμός διόρθωσης σφαλμάτων στο RAID υποθέτει ότι οι βλάβες των μονάδων είναι ανεξάρτητες. Είναι δυνατόν να υπολογιστεί πόσο συχνά μπορεί να αποτύχει ένα κομμάτι του εξοπλισμού και να οργανωθεί η συστοιχία ώστε να είναι πολύ απίθανη η απώλεια δεδομένων.

Στην πράξη, ωστόσο, οι δίσκοι συχνά αγοράζονταν μαζί. Έχουν περίπου την ίδια ηλικία και έχουν χρησιμοποιηθεί με παρόμοιο τρόπο (που ονομάζεται φθορά). Πολλοί δίσκοι αποτυγχάνουν λόγω μηχανικών προβλημάτων. Όσο παλαιότερη είναι μια μονάδα δίσκου, τόσο πιο φθαρμένα είναι τα μηχανικά της μέρη. Τα μηχανικά μέρη που είναι παλιά είναι πιο πιθανό να αποτύχουν από εκείνα που είναι νεότερα. Αυτό σημαίνει ότι οι αστοχίες των μονάδων δεν είναι πλέον στατιστικά ανεξάρτητες. Στην πράξη, υπάρχει πιθανότητα να αποτύχει και ένας δεύτερος δίσκος πριν ανακτηθεί ο πρώτος. Αυτό σημαίνει ότι η απώλεια δεδομένων μπορεί να συμβεί με σημαντικούς ρυθμούς, στην πράξη.

Ατομικότητα

Ένα άλλο πρόβλημα που εμφανίζεται επίσης με τα συστήματα RAID είναι ότι οι εφαρμογές περιμένουν αυτό που ονομάζεται Ατομικότητα: Είτε γράφονται όλα τα δεδομένα, είτε κανένα. Η εγγραφή των δεδομένων είναι γνωστή ως συναλλαγή.

Στις συστοιχίες RAID, τα νέα δεδομένα εγγράφονται συνήθως στη θέση όπου βρίσκονταν τα παλιά δεδομένα. Αυτό έχει γίνει γνωστό ως ενημέρωση στη θέση της. Ο Jim Gray, ένας ερευνητής βάσεων δεδομένων, έγραψε μια εργασία το 1981 όπου περιέγραφε αυτό το πρόβλημα.

Πολύ λίγα συστήματα αποθήκευσης επιτρέπουν τη σημασιολογία ατομικής εγγραφής. Όταν ένα αντικείμενο γράφεται στο δίσκο, μια συσκευή αποθήκευσης RAID συνήθως γράφει παράλληλα όλα τα αντίγραφα του αντικειμένου. Πολύ συχνά, υπάρχει μόνο ένας επεξεργαστής υπεύθυνος για την εγγραφή των δεδομένων. Σε μια τέτοια περίπτωση, οι εγγραφές δεδομένων στους διάφορους δίσκους θα επικαλύπτονται. Αυτό είναι γνωστό ως επικαλυπτόμενη εγγραφή ή κλιμακωτή εγγραφή. Συνεπώς, ένα σφάλμα που συμβαίνει κατά τη διαδικασία της εγγραφής μπορεί να αφήσει τα πλεονάζοντα αντίγραφα σε διαφορετικές καταστάσεις. Το χειρότερο είναι ότι μπορεί να αφήσει τα αντίγραφα ούτε στην παλιά ούτε στη νέα κατάσταση. Η καταγραφή όμως βασίζεται στο ότι τα αρχικά δεδομένα βρίσκονται είτε στην παλιά είτε στη νέα κατάσταση. Αυτό επιτρέπει τη δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας της λογικής αλλαγής, αλλά λίγα συστήματα αποθήκευσης παρέχουν μια ατομική σημασιολογία εγγραφής σε ένα δίσκο RAID.

Η χρήση μιας κρυφής μνήμης εγγραφής που υποστηρίζεται από μπαταρία μπορεί να λύσει αυτό το πρόβλημα, αλλά μόνο σε περίπτωση διακοπής ρεύματος.

Η υποστήριξη συναλλαγών δεν υπάρχει σε όλους τους ελεγκτές υλικού RAID. Ως εκ τούτου, πολλά λειτουργικά συστήματα την περιλαμβάνουν για την προστασία από την απώλεια δεδομένων κατά τη διάρκεια μιας διακοπτόμενης εγγραφής. Το Novell Netware, ξεκινώντας από την έκδοση 3.x, συμπεριέλαβε ένα σύστημα παρακολούθησης συναλλαγών. Η Microsoft εισήγαγε την παρακολούθηση συναλλαγών μέσω της λειτουργίας journaling στο NTFS. Το σύστημα αρχείων NetApp WAFL το επιλύει με το να μην ενημερώνει ποτέ τα δεδομένα στη θέση τους, όπως και το ZFS.

Μη ανακτήσιμα δεδομένα

Ορισμένοι τομείς σε έναν σκληρό δίσκο μπορεί να έχουν γίνει μη αναγνώσιμοι λόγω λάθους. Ορισμένες υλοποιήσεις RAID μπορούν να αντιμετωπίσουν αυτή την κατάσταση μετακινώντας τα δεδομένα αλλού και επισημαίνοντας τον τομέα στο δίσκο ως κακό. Αυτό συμβαίνει σε περίπου 1 bit στα ¹⁰¹⁵ σε δίσκους επιχειρηματικής κατηγορίας και 1 bit στα ¹⁰¹⁴ σε συνηθισμένους δίσκους. Οι χωρητικότητες των δίσκων αυξάνονται σταθερά. Αυτό μπορεί να σημαίνει ότι μερικές φορές, ένα RAID δεν μπορεί να ανακατασκευαστεί, επειδή ένα τέτοιο σφάλμα εντοπίζεται όταν η συστοιχία ανακατασκευάζεται μετά από μια βλάβη δίσκου. Ορισμένες τεχνολογίες, όπως το RAID 6, προσπαθούν να αντιμετωπίσουν αυτό το ζήτημα, αλλά υποφέρουν από πολύ υψηλή ποινή εγγραφής, με άλλα λόγια η εγγραφή δεδομένων γίνεται πολύ αργή.

Αξιοπιστία κρυφής μνήμης εγγραφής

Το σύστημα του δίσκου μπορεί να επιβεβαιώσει τη λειτουργία εγγραφής μόλις τα δεδομένα βρεθούν στην κρυφή μνήμη. Δεν χρειάζεται να περιμένει έως ότου τα δεδομένα εγγραφούν φυσικά. Ωστόσο, οποιαδήποτε διακοπή ρεύματος μπορεί τότε να σημαίνει σημαντική απώλεια δεδομένων σε οποιαδήποτε δεδομένα βρίσκονται στην ουρά μιας τέτοιας κρυφής μνήμης.

Με το υλικό RAID, μια μπαταρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προστασία αυτής της κρυφής μνήμης. Αυτό συχνά λύνει το πρόβλημα. Όταν η τροφοδοσία διακοπεί, ο ελεγκτής μπορεί να ολοκληρώσει την εγγραφή της κρυφής μνήμης όταν επανέλθει η τροφοδοσία. Ωστόσο, αυτή η λύση μπορεί και πάλι να αποτύχει: η μπαταρία μπορεί να έχει φθαρεί, η τροφοδοσία μπορεί να έχει διακοπεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι δίσκοι μπορεί να μεταφερθούν σε άλλο ελεγκτή, ο ίδιος ο ελεγκτής μπορεί να αποτύχει. Ορισμένα συστήματα μπορούν να κάνουν περιοδικούς ελέγχους της μπαταρίας, αλλά αυτοί χρησιμοποιούν την ίδια την μπαταρία και την αφήνουν σε κατάσταση όπου δεν είναι πλήρως φορτισμένη.

Συμβατότητα εξοπλισμού

Οι μορφές δίσκων σε διαφορετικούς ελεγκτές RAID δεν είναι απαραίτητα συμβατές. Επομένως, ενδέχεται να μην είναι δυνατή η ανάγνωση μιας συστοιχίας RAID σε διαφορετικό υλικό. Κατά συνέπεια, σε περίπτωση βλάβης υλικού χωρίς δίσκο ενδέχεται να απαιτείται η χρήση πανομοιότυπου υλικού ή εφεδρικού αντιγράφου για την ανάκτηση των δεδομένων.

Αυτός ο οδηγός προέρχεται από ένα νήμα σε ένα φόρουμ που σχετίζεται με RAID. Αυτό έγινε για να βοηθήσει στην επισήμανση των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων της επιλογής RAID. Απευθύνεται σε άτομα που θέλουν να επιλέξουν RAID είτε για αύξηση της απόδοσης είτε για πλεονασμό. Περιέχει συνδέσμους σε άλλα νήματα στο φόρουμ του που περιέχουν ανεκδοτολογικές αναφορές χρηστών για τις εμπειρίες τους από RAID.

Τι μπορεί να κάνει το RAID

• Η ΕΠΙΔΡΟΜΉ μπορεί να προστατεύσει το χρόνο διαθεσιμότητας. Τα επίπεδα RAID 1, 0+1/10, 5 και 6 (και οι παραλλαγές τους, όπως 50 και 51) αντισταθμίζουν μια μηχανική βλάβη σκληρού δίσκου. Ακόμη και μετά την αστοχία του δίσκου, τα δεδομένα στη συστοιχία μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Αντί για μια χρονοβόρα αποκατάσταση από ταινία, DVD ή άλλα αργά μέσα δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας, το RAID επιτρέπει την αποκατάσταση των δεδομένων σε ένα δίσκο αντικατάστασης από τα άλλα μέλη της συστοιχίας. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας αποκατάστασης, είναι διαθέσιμα στους χρήστες σε υποβαθμισμένη κατάσταση. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για τις επιχειρήσεις, καθώς ο χρόνος διακοπής λειτουργίας οδηγεί γρήγορα σε απώλεια κερδοφορίας. Για τους οικιακούς χρήστες, μπορεί να προστατεύσει τη διαθεσιμότητα μεγάλων συστοιχιών αποθήκευσης πολυμέσων, οι οποίες θα απαιτούσαν χρονοβόρα αποκατάσταση από δεκάδες DVD ή αρκετές ταινίες σε περίπτωση βλάβης ενός δίσκου που δεν προστατεύεται από πλεονασμό.
• Το RAID μπορεί να αυξήσει την απόδοση σε ορισμένες εφαρμογές. Τα επίπεδα RAID 0, 5 και 6 χρησιμοποιούν όλα τη δημιουργία λωρίδων. Αυτό επιτρέπει σε πολλαπλές ατράκτους να αυξήσουν τους ρυθμούς μεταφοράς για γραμμικές μεταφορές. Οι εφαρμογές τύπου σταθμού εργασίας συχνά εργάζονται με μεγάλα αρχεία. Ωφελούνται σε μεγάλο βαθμό από τη διαγράμμιση δίσκων. Παραδείγματα τέτοιων εφαρμογών είναι αυτές που χρησιμοποιούν αρχεία βίντεο ή ήχου. Αυτή η απόδοση είναι επίσης χρήσιμη σε αντίγραφα ασφαλείας από δίσκο σε δίσκο. Το RAID 1, καθώς και άλλα επίπεδα RAID που βασίζονται σε λωρίδες, μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση για πρότυπα πρόσβασης με πολλές ταυτόχρονες τυχαίες προσπελάσεις, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται από μια βάση δεδομένων πολλών χρηστών.

Τι δεν μπορεί να κάνει το RAID

• Το RAID δεν μπορεί να προστατεύσει τα δεδομένα στη συστοιχία. Μια συστοιχία RAID έχει ένα σύστημα αρχείων. Αυτό δημιουργεί ένα μοναδικό σημείο αποτυχίας. Υπάρχουν πολλά πράγματα που μπορούν να συμβούν σε αυτό το σύστημα αρχείων εκτός από την αστοχία του φυσικού δίσκου. Το RAID δεν μπορεί να αμυνθεί έναντι αυτών των πηγών απώλειας δεδομένων. Το RAID δεν θα σταματήσει έναν ιό από το να καταστρέψει τα δεδομένα. Το RAID δεν θα αποτρέψει τη διαφθορά. Το RAID δεν θα σώσει δεδομένα όταν ένας χρήστης τα τροποποιεί ή τα διαγράφει κατά λάθος. Το RAID δεν προστατεύει τα δεδομένα από αστοχία υλικού οποιουδήποτε εξαρτήματος εκτός από τους φυσικούς δίσκους. Το RAID δεν προστατεύει τα δεδομένα από φυσικές ή ανθρωπογενείς καταστροφές, όπως πυρκαγιές και πλημμύρες. Για να προστατευθούν τα δεδομένα, πρέπει να δημιουργηθούν αντίγραφα ασφαλείας σε αφαιρούμενα μέσα, όπως DVD, ταινία ή εξωτερικός σκληρός δίσκος. Το αντίγραφο ασφαλείας πρέπει να φυλάσσεται σε διαφορετικό μέρος. Το RAID από μόνο του δεν θα αποτρέψει μια καταστροφή, όταν (όχι αν) συμβεί, από το να μετατραπεί σε απώλεια δεδομένων. Οι καταστροφές δεν μπορούν να αποτραπούν, αλλά τα αντίγραφα ασφαλείας επιτρέπουν την αποτροπή της απώλειας δεδομένων.
• Η ΕΠΙΔΡΟΜΉ δεν μπορεί να απλοποιήσει την ανάκτηση μετά από καταστροφή. Κατά τη λειτουργία ενός μόνο δίσκου, ο δίσκος μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τα περισσότερα λειτουργικά συστήματα, καθώς διαθέτουν κοινό πρόγραμμα οδήγησης συσκευής. Ωστόσο, οι περισσότεροι ελεγκτές RAID χρειάζονται ειδικά προγράμματα οδήγησης. Τα εργαλεία αποκατάστασης που λειτουργούν με μεμονωμένους δίσκους σε γενικούς ελεγκτές θα χρειαστούν ειδικά προγράμματα οδήγησης για την πρόσβαση σε δεδομένα σε συστοιχίες RAID. Εάν αυτά τα εργαλεία ανάκτησης είναι κακώς κωδικοποιημένα και δεν επιτρέπουν την παροχή πρόσθετων προγραμμάτων οδήγησης, τότε μια συστοιχία RAID θα είναι πιθανότατα απρόσιτη για το συγκεκριμένο εργαλείο ανάκτησης.
• Το RAID δεν μπορεί να προσφέρει αύξηση της απόδοσης σε όλες τις εφαρμογές. Αυτή η δήλωση ισχύει ιδιαίτερα για τους τυπικούς χρήστες εφαρμογών γραφείου και τους παίκτες. Για τις περισσότερες επιτραπέζιες εφαρμογές και παιχνίδια, η στρατηγική απομόνωσης και η απόδοση αναζήτησης του δίσκου (των δίσκων) είναι πιο σημαντικές από την ακατέργαστη απόδοση. Η αύξηση του ακατέργαστου συνεχούς ρυθμού μεταφοράς παρουσιάζει ελάχιστα κέρδη για αυτούς τους χρήστες, καθώς τα περισσότερα αρχεία στα οποία έχουν πρόσβαση είναι συνήθως πολύ μικρά ούτως ή άλλως. Η διαγράμμιση δίσκων με χρήση RAID 0 αυξάνει τη γραμμική απόδοση μεταφοράς, όχι την απόδοση ρυθμιστικού διαφράγματος και αναζήτησης. Ως αποτέλεσμα, η διαγράμμιση δίσκων με χρήση RAID 0 παρουσιάζει ελάχιστο έως καθόλου κέρδος απόδοσης στις περισσότερες εφαρμογές και παιχνίδια γραφείου, αν και υπάρχουν εξαιρέσεις. Για τους χρήστες επιτραπέζιων υπολογιστών και τους παίκτες που έχουν ως στόχο την υψηλή απόδοση, είναι προτιμότερο να αγοράσετε έναν ταχύτερο, μεγαλύτερο και ακριβότερο μονό δίσκο παρά να τρέξετε δύο πιο αργούς/μικρούς δίσκους σε RAID 0. Ακόμα και η λειτουργία των πιο πρόσφατων, μεγαλύτερων και μεγαλύτερων δίσκων σε RAID-0 είναι απίθανο να αυξήσει την απόδοση περισσότερο από 10% και η απόδοση μπορεί να μειωθεί σε ορισμένα πρότυπα πρόσβασης, ιδίως σε παιχνίδια.
• Είναι δύσκολο να μεταφέρετε το RAID σε ένα νέο σύστημα. Με έναν μονό δίσκο, είναι σχετικά εύκολο να μετακινηθεί ο δίσκος σε ένα νέο σύστημα. Μπορεί απλώς να συνδεθεί στο νέο σύστημα, εάν διαθέτει την ίδια διαθέσιμη διασύνδεση. Ωστόσο, αυτό δεν είναι τόσο εύκολο με μια συστοιχία RAID. Υπάρχει ένα συγκεκριμένο είδος μεταδεδομένων που λέει πώς έχει ρυθμιστεί το RAID. Ένα BIOS RAID πρέπει να είναι σε θέση να διαβάσει αυτά τα μεταδεδομένα, ώστε να μπορεί να κατασκευάσει με επιτυχία τη συστοιχία και να την καταστήσει προσβάσιμη σε ένα λειτουργικό σύστημα. Δεδομένου ότι οι κατασκευαστές ελεγκτών RAID χρησιμοποιούν διαφορετικές μορφές για τα μεταδεδομένα τους (ακόμη και ελεγκτές διαφορετικών οικογενειών από τον ίδιο κατασκευαστή μπορεί να χρησιμοποιούν ασύμβατες μορφές μεταδεδομένων), είναι σχεδόν αδύνατο να μεταφέρετε μια συστοιχία RAID σε διαφορετικό ελεγκτή. Κατά τη μετακίνηση μιας συστοιχίας RAID σε ένα νέο σύστημα, θα πρέπει να σχεδιάζεται η μετακίνηση και του ελεγκτή. Με τη δημοτικότητα των ενσωματωμένων στη μητρική πλακέτα ελεγκτών RAID, αυτό είναι εξαιρετικά δύσκολο. Γενικά, είναι δυνατή η μετακίνηση των μελών της συστοιχίας RAID και των ελεγκτών μαζί. Το λογισμικό RAID σε προϊόντα Linux και Windows Server μπορεί επίσης να παρακάμψει αυτόν τον περιορισμό, αλλά το λογισμικό RAID έχει και άλλους (κυρίως σχετικούς με την απόδοση).

Τα επίπεδα RAID που χρησιμοποιούνται συχνότερα είναι τα RAID 0, RAID 1 και RAID 5. Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει μια διάταξη 3 δίσκων, με 3 πανομοιότυπους δίσκους του 1 TB ο καθένας, και η πιθανότητα αστοχίας ενός δίσκου για ένα δεδομένο χρονικό διάστημα είναι 1%.