RAID

·         1 Bevezetés

o    1.1 A fizikai és a logikai lemezek közötti különbség

o    1.2 Adatok olvasása és írása

o    1.3 Mi az a RAID?

o    1.4 Miért érdemes RAID-ot használni?

o    1.5 Történelem

·         2 A RAID-rendszerek által használt alapfogalmak

o    2.1 Tárolás

o    2.2 Tükrözés: Az adatok egynél több példánya

o    2.3 Csíkozás: Az adatok egy része egy másik lemezen van

o    2.4 Hibajavítás és hibák

o    2.5 Hot spares: a szükségesnél több lemez használata

o    2.6 Csíkméret és darabméret: az adatok elosztása több lemezre

o    2.7 A lemez összerakása: JBOD, összekapcsolás vagy szétfűzés

o    2.8 Meghajtó klónozása

o    2.9 Különböző beállítások

·         3 Alapok: egyszerű RAID szintek

o    3.1 Általánosan használt RAID szintek

§  3.1.1 RAID 0 "csíkozás"

§  3.1.2 RAID 1 "tükrözés"

§  3.1.3 RAID 5 "csíkozás elosztott paritással"

§  3.1.4 Képek

o    3.2 Kevésbé használt RAID szintek

§  3.2.1 RAID 2

§  3.2.2 RAID 3 "csíkozás dedikált paritással"

§  3.2.3 RAID 4 "csíkozás dedikált paritással"

§  3.2.4 RAID 6

§  3.2.5 Képek

o    3.3 Nem szabványos RAID szintek

§  3.3.1 Kettős paritás / Diagonális paritás

§  3.3.2 RAID-DP

§  3.3.3.3 RAID 1.5

§  3.3.4 RAID 5E, RAID 5EE és RAID 6E

§  3.3.5 RAID 7

§  3.3.6 Intel Matrix RAID

§  3.3.7 Linux MD RAID illesztőprogram

§  3.3.8 RAID Z

§  3.3.9 Képek

·         4 RAID szintek összekapcsolása

·         5 RAID létrehozása

o    5.1 Szoftveres RAID

o    5.2 Hardveres RAID

o    5.3 Hardveres RAID

·         6 A hardverhibákkal kapcsolatos különböző kifejezések

o    6.1 Meghibásodási arány

o    6.2 Az adatvesztésig eltelt átlagos idő

o    6.3 A helyreállítás átlagos ideje

o    6.4 Nem helyreállítható bit hibaarány

·         7 RAID problémái

o    7.1 Lemezek későbbi hozzáadása

o    7.2 Kapcsolódó hibák

o    7.3 Atomicitás

o    7.4 Nem helyreállítható adatok

o    7.5 A gyorsítótár írási megbízhatósága

o    7.6 A berendezések kompatibilitása

·         8 Mit tud és mit nem tud a RAID

o    8.1 Mit tud a RAID

o    8.2 Amire a RAID nem képes

·         9 Példa

·         10 Hivatkozások

·         11 Egyéb weboldalak

Bevezetés

A fizikai és a logikai lemezek közötti különbség

A merevlemez a számítógép része. A normál merevlemezek az információ tárolásához mágnesességet használnak. A merevlemezek használatakor az operációs rendszer számára elérhetőek. A Microsoft Windowsban minden merevlemez kap egy meghajtóbetűt (a C: kezdetű, az A: vagy a B: a floppy meghajtók számára van fenntartva). A Unix és a Linux-szerű operációs rendszerek egy gyökeres könyvtárfával rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy a számítógépeket használó emberek néha nem tudják, hogy hol tárolják az információkat (az igazsághoz hozzátartozik, hogy sok Windows-felhasználó sem tudja, hogy hol tárolják az adatait).

A számítástechnikában a merevlemezeket (amelyek hardverek, és megérinthetők) néha fizikai meghajtóknak vagy fizikai lemezeknek nevezik. Amit az operációs rendszer mutat a felhasználónak, azt néha logikai lemeznek nevezik. Egy fizikai meghajtó különböző részekre, úgynevezett lemezpartíciókra osztható. Általában minden lemezpartíció egy-egy fájlrendszert tartalmaz. Az operációs rendszer az egyes partíciókat logikai lemezként jeleníti meg.

Ezért a felhasználó számára mind a sok fizikai lemezzel, mind a sok logikai lemezzel rendelkező beállítás ugyanúgy fog kinézni. A felhasználó nem tudja eldönteni, hogy a "logikai lemez" ugyanaz-e, mint a fizikai lemez, vagy egyszerűen csak a lemez egy része. A tárolóhálózatok (SAN) teljesen megváltoztatják ezt a nézetet. Egy SAN-ból csak a logikai lemezek száma látható.

Adatok olvasása és írása

A számítógépben az adatok bitek és bájtok formájában szerveződnek. A legtöbb rendszerben 8 bit alkot egy bájtot. A számítógépes memória elektromosságot használ az adatok tárolására, a merevlemezek pedig mágnesességet. Ezért amikor az adatokat a lemezre írjuk, az elektromos jelet mágneses jellé alakítjuk át. Amikor az adatokat a lemezről olvassák, az átalakítás a másik irányba történik: A mágneses mező polaritásából elektromos jel készül.

Mi az a RAID?

A RAID-tömb két vagy több merevlemezt köt össze úgy, hogy azok egy logikai lemezt alkotnak. Ennek különböző okai vannak. A leggyakoribbak a következők:

• Az adatvesztés megállítása, amikor a tömb egy vagy több lemeze meghibásodik.
• Gyorsabb adatátvitel.
• A lemezek cseréjének lehetősége a rendszer folyamatos működése közben.
• Több lemez összekapcsolása nagyobb tárolókapacitás elérése érdekében; néha sok olcsó lemezt használnak egy drágább helyett.

A RAID speciális hardver vagy szoftver használatával történik a számítógépen. Az egyesített merevlemezek ekkor a felhasználó számára egyetlen merevlemeznek tűnnek. A legtöbb RAID-szint növeli a redundanciát. Ez azt jelenti, hogy gyakrabban tárolják az adatokat, vagy információt tárolnak az adatok rekonstruálásának módjáról. Ez lehetővé teszi, hogy több lemez is meghibásodjon anélkül, hogy az adatok elvesznének. Amikor a meghibásodott lemezt kicserélik, a rajta lévő adatokat a rendszer többi lemezéről másolják vagy építik újra. Ez hosszú időt vehet igénybe. Az ehhez szükséges idő különböző tényezőktől, például a tömb méretétől függ.

Miért érdemes RAID-ot használni?

Az egyik ok, amiért sok vállalat RAID-ot használ, az, hogy a tömbben lévő adatok egyszerűen felhasználhatók. Az adatokat használóknak egyáltalán nem kell tudniuk, hogy RAID-ot használnak. Ha meghibásodás történt, és a tömb helyreáll, az adatokhoz való hozzáférés lassabb lesz. Az adatokhoz való hozzáférés ez idő alatt szintén lassítja a helyreállítási folyamatot, de ez még mindig sokkal gyorsabb, mintha egyáltalán nem tudnánk dolgozni az adatokkal. A RAID-szinttől függően azonban előfordulhat, hogy a lemezek nem hibásodnak meg, amíg az új lemez használatra készül. Egy lemez meghibásodása ebben az időben a tömb összes adatának elvesztését eredményezi.

A lemezek egyesítésének különböző módjait RAID-szinteknek nevezzük. A nagyobb szám a szintnél nem feltétlenül jobb. A különböző RAID-szinteknek különböző céljaik vannak. Egyes RAID-szintekhez speciális lemezekre és speciális vezérlőkre van szükség.

Történelem

1978-ban egy Norman Ken Ouchi nevű férfi, aki az IBM-nél dolgozott, tett egy javaslatot, amelyben leírta a későbbi RAID 5 terveit. A tervek a RAID 1-hez hasonlót is leírtak, valamint a RAID 4 egy részének védelmét.

A Berkeley Egyetem munkatársai 1987-ben segítettek a kutatás megtervezésében. Megpróbálták lehetővé tenni, hogy a RAID technológia egy helyett két merevlemezt ismerjen fel. Azt találták, hogy amikor a RAID-technológia két merevlemezzel rendelkezett, sokkal jobb volt a tárolás, mintha csak egy merevlemezzel rendelkezett volna. Azonban sokkal gyakrabban zuhant le.

1988-ban David Patterson, Garth Gibson és Randy Katz "A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)" című cikkükben írtak a RAID különböző típusairól (1-5). Ez a cikk volt az első, amely az új technológiát RAID-nek nevezte, és az elnevezés hivatalossá vált.

Egy merevlemezt eltávolítottak a tömbből.


Közelkép egy asztali rendszerbe épített 4 lemezről, amelyek egy RAID tömböt alkotnak. A kék reteszek lehetővé teszik a lemezek cseréjét a rendszer folyamatos működése közben.

A RAID rendszerek által használt alapfogalmak

A RAID néhány alapötletet használ, amelyeket Peter Chen és mások 1994-ben megjelent "RAID: High-Performance, Reliable Secondary Storage" című cikkében írtak le.

Caching

A gyorsítótárazást a RAID-rendszerekben is alkalmazzák. A RAID-rendszerekben különböző típusú gyorsítótárakat használnak:

• Operációs rendszer
• RAID vezérlő
• Vállalati lemeztömb

A modern rendszerekben az írási kérés akkor tekinthető teljesítettnek, amikor az adatot a gyorsítótárba írták. Ez nem jelenti azt, hogy az adatot a lemezre írták. A gyorsítótárból érkező kéréseket nem feltétlenül ugyanabban a sorrendben kezelik, ahogyan azokat a gyorsítótárba írták. Ez lehetővé teszi, hogy a rendszer meghibásodása esetén előfordulhat, hogy egyes adatok nem kerültek kiírásra az érintett lemezre. Emiatt sok rendszer rendelkezik olyan gyorsítótárral, amelyet akkumulátorral támogatnak.

Tükrözés: Az adatok több mint egy példánya

Ha egy tükörről beszélünk, ez egy nagyon egyszerű ötlet. Ahelyett, hogy az adatok egyetlen helyen lennének, az adatoknak több másolata van. Ezek a másolatok általában különböző merevlemezeken (vagy lemezpartíciókon) vannak. Ha két másolat van, akkor az egyik meghibásodhat anélkül, hogy az adatokat érintené (mivel azok a másik másolaton még mindig ott vannak). A tükrözés az adatok olvasásakor is lendületet adhat. Mindig a leggyorsabban reagáló lemezről történik az adatátvétel. Az adatok írása azonban lassabb, mivel minden lemezt frissíteni kell.

Csíkozás: Az adatok egy része egy másik lemezen van

A csíkozással az adatokat különböző részekre osztjuk. Ezek a részek különböző lemezeken (vagy lemezpartíciókban) helyezkednek el. Ez azt jelenti, hogy az adatok írása gyorsabb, mivel párhuzamosan végezhető. Ez nem jelenti azt, hogy nem lesznek hibák, mivel minden egyes adatblokk csak egy lemezen található.

Hibajavítás és hibák

Lehetőség van különböző típusú ellenőrző összegek kiszámítására. Az ellenőrző összegek kiszámításának egyes módszerei lehetővé teszik a hiba megtalálását. A legtöbb redundanciát alkalmazó RAID-szint képes erre. Néhány módszer nehezebben kivitelezhető, de lehetővé teszi nemcsak a hiba felderítését, hanem annak kijavítását is.

Hot spares: a szükségesnél több lemez használata

Sok módja annak, hogy a RAID támogasson valamit, az úgynevezett hot spare. A hot spare egy üres lemez, amelyet a normál működés során nem használnak. Ha egy lemez meghibásodik, az adatok közvetlenül a hot spare lemezre másolhatók. Ily módon a meghibásodott lemezt egy új üres meghajtóval kell helyettesíteni, hogy az legyen a hot spare.

Csíkméret és darabméret: az adatok elosztása több lemezre

A RAID úgy működik, hogy az adatokat több lemezre osztja szét. Az ebben az összefüggésben gyakran használt két kifejezés a csíkméret és a darabméret.

A chunk méret a legkisebb adatblokk, amely a tömb egyetlen lemezére íródik. A csíkméret az összes lemezre elosztott adatblokk mérete. Így négy lemez és 64 kilobájt (kB) csíkméret esetén minden lemezre 16 kB kerül kiírásra. Ebben a példában a darabméret tehát 16 kB. A csíkméret növelése gyorsabb adatátviteli sebességet, de nagyobb maximális késleltetést is jelent. Ebben az esetben ez az az idő, amely egy adatblokk lekéréséhez szükséges.

A lemez összerakása: JBOD, összekapcsolás vagy szétválasztás

Sok vezérlő (és szoftver is) képes a lemezeket a következő módon összerakni: Vegyük az első lemezt, amíg véget nem ér, majd vegyük a másodikat, és így tovább. Így több kisebb lemez úgy néz ki, mintha egy nagyobb lenne. Ez nem igazán RAID, mivel nincs redundancia. Emellett a spanning olyan lemezek kombinálására is képes, ahol a RAID 0 nem tud semmit sem tenni. Általában ezt csak lemezek halmazának (JBOD) nevezik.

Ez a RAID távoli rokona, mivel a logikai meghajtó különböző fizikai meghajtókból áll. Az összekapcsolást néha arra használják, hogy több kis meghajtóból egy nagyobb hasznos meghajtót csináljanak. Ez a RAID 0 esetében nem lehetséges. A JBOD például 3 GB-os, 15 GB-os, 5,5 GB-os és 12 GB-os meghajtókat kombinálhat egy 35,5 GB-os logikai meghajtóvá, amely gyakran hasznosabb, mint a meghajtók önmagukban.

A jobb oldali ábrán az adatok a 0. lemez végétől (A63 blokk) az 1. lemez elejéig (A64 blokk), az 1. lemez végétől (A91 blokk) a 2. lemez elejéig (A92 blokk) vannak összekapcsolva. Ha RAID 0-t használnánk, akkor a 0. és a 2. lemez 28 blokkra, a tömb legkisebb lemezének (1. lemez) méretére lenne rövidítve, így a teljes méret 84 blokk lenne.

Egyes RAID-vezérlők a JBOD kifejezéssel a RAID-funkciók nélküli meghajtókon való munkavégzésről beszélnek. Minden meghajtó külön-külön jelenik meg az operációs rendszerben. Ez a JBOD nem azonos az összekapcsolással.

Sok Linux rendszer használja a "lineáris mód" vagy "append mód" kifejezést. A Mac OS X 10.4-es implementációja - az úgynevezett "Concatenated Disk Set" - nem hagyja a felhasználó számára használható adatokat a fennmaradó meghajtókon, ha az egyik meghajtó meghibásodik egy concatenated disk setben, bár a lemezek egyébként a fent leírtak szerint működnek.

Az összekapcsolás a Linuxban a Logikai kötetkezelő egyik felhasználási módja. Virtuális meghajtók létrehozására használható.

Meghajtó klónozása

A legtöbb modern merevlemez egy S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) nevű szabványt használ. A SMART lehetővé teszi bizonyos dolgok felügyeletét a merevlemezen. Bizonyos vezérlők lehetővé teszik egy-egy merevlemez cseréjét még azelőtt, hogy az meghibásodna, például azért, mert az S.M.A.R.T. vagy egy másik lemezteszt túl sok javítható hibát jelez. Ehhez a vezérlő az összes adatot átmásolja egy hot spare meghajtóra. Ezt követően a lemezt lecserélheti egy másikra (amely egyszerűen az új hot spare lesz).

Különböző beállítások

A lemezek beállítása és a fenti technikák használata befolyásolja a rendszer teljesítményét és megbízhatóságát. Ha több lemezt használnak, akkor az egyik lemez nagyobb valószínűséggel hibásodik meg. Emiatt olyan mechanizmusokat kell kiépíteni, amelyek képesek megtalálni és kijavítani a hibákat. Ezáltal az egész rendszer megbízhatóbbá válik, mivel képes túlélni és kijavítani a hibát.

 

JBOD 3 különböző méretű lemezzel

Alapok: egyszerű RAID szintek

Általánosan használt RAID szintek

RAID 0 "csíkozás"

A RAID 0 nem is igazi RAID, mert nem redundáns. A RAID 0 esetében a lemezek egyszerűen össze vannak rakva, hogy egy nagy lemezt alkossanak. Ezt nevezik "csíkozásnak". Ha egy lemez meghibásodik, az egész tömb meghibásodik. Ezért a RAID 0-t ritkán használják fontos adatokra, de az adatok olvasása és írása a lemezről gyorsabb lehet a csíkozással, mivel minden lemez egyszerre olvassa a fájl egy részét.

A RAID 0 esetében az egymás után következő lemezblokkok általában különböző lemezeken helyezkednek el. Emiatt a RAID 0 által használt összes lemeznek azonos méretűnek kell lennie.

A RAID 0-t gyakran használják a Linux vagy Unix-szerű operációs rendszereken a Swapspace-hez.

RAID 1 "tükrözés"

RAID 1 esetén két lemezt helyeznek egymás mellé. Mindkettőn ugyanazok az adatok vannak, az egyik "tükrözik" a másikat. Ez egyszerű, gyors konfiguráció, akár hardveres vezérlővel, akár szoftveresen valósul meg.

RAID 5 "csíkozás elosztott paritással"

A RAID 5. szint az, amit valószínűleg a legtöbbször használnak. Egy RAID 5 tárolótömb kialakításához legalább három merevlemezre van szükség. Minden egyes adatblokk három különböző helyen kerül tárolásra. E helyek közül kettő a blokkot változatlan formában tárolja, a harmadik pedig egy ellenőrző összeget. Ez az ellenőrző összeg a Reed-Solomon kód speciális esete, amely csak bitenkénti összeadást használ. Általában az XOR módszerrel számítják ki. Mivel ez a módszer szimmetrikus, egy elveszett adatblokkot a másik adatblokkból és az ellenőrző összegből újra lehet építeni. Minden egyes blokkhoz egy másik lemezen található a paritásblokk, amely az ellenőrző összeget tartalmazza. Ez a redundancia növelése érdekében történik. Bármelyik lemez meghibásodhat. Összességében egy lemez fogja tartani az ellenőrző összegeket, így a teljes felhasználható kapacitás az összes lemezé lesz, kivéve egyet. Az így létrejövő logikai lemez mérete az összes lemez mérete lesz, kivéve a paritási információt tartalmazó egy lemezt.

Természetesen ez lassabb, mint az 1. szintű RAID, mivel minden íráskor az összes lemezt be kell olvasni a paritásinformáció kiszámításához és frissítéséhez. A RAID 5 olvasási teljesítménye ugyanannyi lemez esetén majdnem olyan jó, mint a RAID 0-é. A paritásblokkok kivételével az adatok eloszlása a meghajtók között ugyanazt a mintát követi, mint a RAID 0 esetében. A RAID 5 azért valamivel lassabb, mert a lemezeknek át kell ugraniuk a paritásblokkokat.

A RAID 5 egy meghibásodott lemezzel továbbra is működik. Leromlott üzemmódban van. A degradált RAID 5 nagyon lassú lehet. Emiatt gyakran adnak hozzá egy további lemezt. Ezt hot spare lemeznek nevezik. Ha egy lemez meghibásodik, az adatok közvetlenül újraépíthetők a kiegészítő lemezre. A RAID 5 szoftveresen is elég könnyen megvalósítható.

Főként a meghibásodott RAID 5 tömbök teljesítményproblémái miatt néhány adatbázis-szakértő megalakította a BAARF - Battle Against Any Raid Five nevű csoportot.

Ha a rendszer meghibásodik aktív írások közben, a csík paritása ellentmondásba kerülhet az adatokkal. Ha ezt nem javítják ki, mielőtt egy lemez vagy blokk meghibásodik, adatvesztés következhet be. A hibás paritás az adott csík hiányzó blokkjának rekonstruálásához lesz felhasználva. Ezt a problémát néha "írási lyuknak" nevezik. Az akkumulátoros gyorsítótárakat és hasonló technikákat általában arra használják, hogy csökkentsék ennek előfordulási esélyét.

Képek

Kevésbé használt RAID-szintek

RAID 2

Ezt nagyon nagy számítógépeknél használták. A RAID 2. szint használatához speciális drága lemezekre és egy speciális vezérlőre van szükség. Az adatok bit-szinten kerülnek elosztásra (az összes többi szint bájt-szintű műveleteket használ). Speciális számításokat végeznek. Az adatokat statikus bit-sorozatokra osztják fel. 8 adatbit és 2 paritásbit kerül összeillesztésre. Ezután kiszámításra kerül egy Hamming-kód. A Hamming-kód töredékeit ezután szétosztják a különböző lemezeken.

A RAID 2 az egyetlen RAID szint, amely képes a hibák javítására, a többi RAID szint csak észlelni tudja azokat. Ha úgy találják, hogy a szükséges információnak nincs értelme, akkor egyszerűen újraépítik. Ez számításokkal történik, a többi lemez információinak felhasználásával. Ha ez az információ hiányzik vagy hibás, akkor nem sokat tudnak tenni. Mivel Hamming-kódokat használ, a RAID 2 képes kideríteni, hogy az információ melyik része hibás, és csak azt a részét javítja ki.

A RAID 2 legalább 10 lemezre van szükség a működéshez. A RAID 2-t bonyolultsága és a nagyon drága és speciális hardver szükségessége miatt ma már nem nagyon használják.

RAID 3 "csíkozás dedikált paritással"

A Raid Level 3 nagyban hasonlít a RAID Level 0-hoz. Egy további lemez kerül hozzáadásra a paritási információk tárolására. Ez a többi lemezen lévő blokk értékének bitenkénti összeadásával történik. A paritásinformációt egy külön (dedikált) lemezen tárolják. Ez nem jó, mert ha a paritáslemez összeomlik, a paritásinformáció elvész.

A 3. szintű RAID általában legalább 3 lemezzel történik. A kétlemezes beállítás megegyezik a RAID 0. szintű beállítással.

RAID 4 "csíkozás dedikált paritással"

Ez nagyon hasonlít a RAID 3-hoz, azzal a különbséggel, hogy a paritásinformációkat nagyobb blokkokra, és nem egyes bájtokra számítják ki. Ez olyan, mint a RAID 5. A RAID 4 tömbhöz legalább három lemezre van szükség.

RAID 6

A 6. RAID-szint nem volt eredeti RAID-szint. Ez egy további paritásblokkot ad a RAID 5 tömbhöz. Legalább négy lemezre van szükség (két lemez a kapacitáshoz, két lemez a redundanciához). A RAID 5 a Reed-Solomon kód speciális esetének tekinthető. A RAID 5 azonban speciális eset, csak a GF(2) Galois-mezőben történő összeadásra van szükség. Ez könnyen megvalósítható XOR-okkal. A RAID 6 kiterjeszti ezeket a számításokat. Ez már nem speciális eset, és az összes számítást el kell végezni. A RAID 6 esetén egy extra ellenőrző összeget (úgynevezett polinomot) használunk, általában a GF(²⁸⁾ mezőből. Ezzel a megközelítéssel tetszőleges számú meghibásodott lemez ellen lehet védekezni. A RAID 6 arra az esetre vonatkozik, amikor két ellenőrző összeggel védekezünk két lemez kiesése ellen.

A RAID 5-höz hasonlóan a paritás és az adatok blokkonként különböző lemezeken vannak. A két paritásblokk szintén különböző lemezeken található.

A RAID 6 különböző módokon valósítható meg. Különböznek az írási teljesítményükben, és abban, hogy mennyi számítás szükséges. A gyorsabb írás általában azt jelenti, hogy több számításra van szükség.

A RAID 6 lassabb, mint a RAID 5, de lehetővé teszi a RAID folytatását bármely két lemez meghibásodása esetén. A RAID 6 egyre népszerűbb, mert lehetővé teszi a tömb újjáépítését egyetlen lemez meghibásodása után akkor is, ha a megmaradt lemezek egyikén egy vagy több rossz szektor van.

Képek

Nem szabványos RAID szintek

Kettős paritás / Diagonális paritás

A RAID 6 két paritásos blokkot használ. Ezeket egy speciális módon egy polinomra számítják ki. A dupla paritású RAID (más néven diagonális paritású RAID) mindegyik paritásblokkhoz más polinomot használ. A RAID-ot definiáló iparági szövetség nemrégiben azt mondta, hogy a dupla paritású RAID a RAID 6 egy másik formája.

RAID-DP

A RAID-DP egy másik módja a dupla paritásnak.

RAID 1.5

A RAID 1.5 (nem összetévesztendő a RAID 15-tel, amely más) egy saját RAID implementáció. A RAID 1-hez hasonlóan csak két lemezt használ, de csíkozást és tükrözést is végez (hasonlóan a RAID 10-hez). A legtöbb dolog hardveresen történik.

RAID 5E, RAID 5EE és RAID 6E

A RAID 5E, RAID 5EE és RAID 6E (a hozzáadott E az Enhanced-et jelenti) általában a RAID 5 vagy RAID 6 különböző típusaira utalnak, hot spare-vel. Ezeknél a megvalósításoknál a hot spare meghajtó nem fizikai meghajtó. Inkább a lemezeken lévő szabad hely formájában létezik. Ez növeli a teljesítményt, de azt jelenti, hogy a hot spare nem osztható meg különböző tömbök között. A rendszert az IBM ServeRAID 2001 körül vezette be.

RAID 7

Ez egy szabadalmaztatott megvalósítás. A RAID 3-as vagy RAID 4-es tömböt gyorsítótárazással egészíti ki.

Intel Matrix RAID

Egyes Intel alaplapok RAID-chippel rendelkeznek, amelyek rendelkeznek ezzel a funkcióval. Ez két vagy három lemezt használ, majd egyenlően particionálja őket, hogy RAID 0, RAID 1, RAID 5 vagy RAID 1+0 szintek kombinációját alkossa.

Linux MD RAID illesztőprogram

Ez a neve annak az illesztőprogramnak, amely lehetővé teszi a szoftveres RAID-ot Linux alatt. A normál 0-6 RAID szintek mellett rendelkezik RAID 10 implementációval is. A Kernel 2.6.9 óta a RAID 10 egyszintű. Az implementáció rendelkezik néhány nem szabványos tulajdonsággal.

RAID Z

A Sun bevezetett egy ZFS nevű fájlrendszert. Ezt a fájlrendszert nagy mennyiségű adat kezelésére optimalizálták. Tartalmaz egy logikai kötetkezelőt. Tartalmaz egy RAID-Z nevű funkciót is. Elkerüli a RAID 5 write hole nevű problémát, mivel copy-on-write házirenddel rendelkezik: Nem írja felül közvetlenül az adatokat, hanem új adatokat ír a lemez új helyére. Ha az írás sikeres volt, a régi adatok törlődnek. Elkerüli az olvasás-módosítás-írás műveletek szükségességét a kisebb írásoknál, mivel csak teljes csíkokat ír. A kis blokkok tükrözve vannak paritásvédelem helyett, ami azért lehetséges, mert a fájlrendszer ismeri a tároló szervezési módját. Ezért szükség esetén extra helyet tud kiosztani. Létezik RAID-Z2 is, amely kétféle paritást használ, hogy a RAID 6-hoz hasonló eredményeket érjen el: akár két meghajtó meghibásodását is képes túlélni adatvesztés nélkül.

Képek

RAID szintek összekapcsolása

A RAID segítségével különböző lemezek összeállíthatók egy logikai lemezzé.A felhasználó csak a logikai lemezt látja. A fent említett RAID-szintek mindegyikének vannak jó és rossz tulajdonságai. A RAID azonban logikai lemezekkel is működhet. Így a fenti RAID-szintek egyike használható logikai lemezek halmazával. Sokan ezt úgy jegyzik meg, hogy a számokat összeírják. Néha egy "+"-t vagy egy "&"-t írnak közéjük. Gyakori kombinációk (két szintet használva) a következők:

• RAID 0+1: Két vagy több RAID 0 tömböt egyesítenek egy RAID 1 tömbben; ezt nevezik csíkok tükrözésének.
• RAID 1+0: Ugyanaz, mint a RAID 0+1, de a RAID-szintek felcserélődnek; Tükörcsíkok. Ez a fenti RAID 0+1-nél ritkábbá teszi a lemezhibát.
• RAID 5+0: Több RAID 5 és egy RAID 0 közötti sávozás. Minden RAID 5 egyik lemeze meghibásodhat, de ez a RAID 5 egyetlen hibapontot jelent; ha a tömb egy másik lemeze meghibásodik, a tömb összes adata elveszik.
• RAID 5+1: Tükrözés egy RAID 5 készleten: Olyan helyzetekben, amikor a RAID hat lemezből áll, bármelyik három lemez meghibásodhat (adatvesztés nélkül).
• RAID 6+0: Több RAID 6 tömböt fektet át egy RAID 0-ra; Minden RAID 6 két lemeze adatvesztés nélkül meghibásodhat.

Hat darab, egyenként 300 GB-os lemezzel, összesen 1,8 TB kapacitással egy RAID 5-öt lehet létrehozni, 1,5 TB hasznos tárhellyel. Ebben a tömbben egy lemez adatvesztés nélkül meghibásodhat. RAID 50 esetén a tárhely 1,2 TB-ra csökken, de minden RAID 5 egyik lemeze meghibásodhat, ráadásul a teljesítmény is érezhetően nő. A RAID 51 900 GB-ra csökkenti a felhasználható területet, de bármelyik három meghajtó meghibásodhat.

RAID létrehozása

A RAID létrehozásának különböző módjai vannak. Ez történhet szoftveresen vagy hardveresen.

Szoftveres RAID

A RAID kétféleképpen készíthető szoftveresen. A szoftveres RAID esetében a lemezek úgy vannak összekötve, mint a normál merevlemezek. A számítógép az, amely a RAID-ot működésre bírja. Ez azt jelenti, hogy minden egyes hozzáférésnél a CPU-nak a RAID számításait is el kell végeznie. A RAID 0 vagy RAID 1 számítások egyszerűek. A RAID 5, RAID 6 vagy a kombinált RAID-szintek valamelyikének számításai azonban sok munkát jelenthetnek. Egy szoftveres RAID esetében a meghibásodott tömbről való automatikus indítás nehézkes lehet. Végül, a RAID szoftveres megvalósításának módja a használt operációs rendszertől függ; általában nem lehetséges egy szoftveres RAID-tömb újraépítése egy másik operációs rendszerrel. Az operációs rendszerek általában nem egész merevlemezeket, hanem merevlemezpartíciókat használnak a RAID-tömbök létrehozásához.

Hardveres RAID

A RAID hardverrel is létrehozható. Ebben az esetben egy speciális lemezvezérlőt használnak; ez a vezérlőkártya elrejti az operációs rendszer és a felhasználó elől, hogy RAID-et végez. Az ellenőrzőösszeg-információk és a RAID-hez kapcsolódó egyéb számítások az adott vezérlőben lévő speciális mikrochipen történnek. Ezáltal a RAID független az operációs rendszertől. Az operációs rendszer nem látja a RAID-ot, hanem egyetlen lemezt lát. A különböző gyártók különböző módon valósítják meg a RAID-ot. Ez azt jelenti, hogy az egyik hardveres RAID-vezérlővel létrehozott RAID nem építhető újra egy másik, más gyártótól származó RAID-vezérlővel. A hardveres RAID-vezérlők gyakran drágán megvásárolhatók.

Hardveres RAID

Ez a hardveres RAID és a szoftveres RAID keveréke. A hardveres RAID egy speciális vezérlőchipet használ (mint a hardveres RAID), de ez a chip sok műveletet nem tud elvégezni. Csak a rendszer indításakor aktív; amint az operációs rendszer teljesen betöltődik, ez a konfiguráció olyan, mint a szoftveres RAID. Egyes alaplapok rendelkeznek RAID funkciókkal a csatlakoztatott lemezekhez; leggyakrabban ezek a RAID funkciók hardveres RAID-ként működnek. Ez azt jelenti, hogy speciális szoftverre van szükség ahhoz, hogy ezeket a RAID-funkciókat használni lehessen, és hogy egy meghibásodott lemezről helyre lehessen állítani.

A hardverhibákkal kapcsolatos különböző kifejezések

A hardverhibákról beszélve különböző kifejezéseket használnak:

Kudarcok aránya

A meghibásodási arány azt mutatja meg, hogy egy rendszer milyen gyakran hibásodik meg. A RAID-rendszer átlagos meghibásodási ideje (MTTF) vagy átlagos meghibásodási idő (MTBF) megegyezik a rendszer összetevőinek átlagos meghibásodási idejével. A RAID-rendszer ugyanis nem tud védelmet nyújtani az egyes merevlemezek meghibásodása ellen. A bonyolultabb RAID-típusok (a "striping"-en vagy "concatenation"-en túlmenően minden) azonban segíthetnek megőrizni az adatokat akkor is, ha egy egyedi merevlemez meghibásodik.

Az adatvesztésig eltelt átlagos idő

Az adatvesztésig eltelt átlagos idő (MTTDL) azt az átlagos időt adja meg, amíg egy adott tömbben adatvesztés következik be. Egy adott RAID adatvesztésig eltelt átlagos ideje lehet magasabb vagy alacsonyabb, mint a merevlemezeké. Ez az alkalmazott RAID típusától függ.

A helyreállításhoz szükséges átlagos idő

A redundanciával rendelkező tömbök bizonyos hibákból képesek helyreállni. Az átlagos helyreállítási idő megmutatja, hogy mennyi időbe telik, amíg egy meghibásodott tömb visszaáll a normál állapotba. Ez magában foglalja mind a meghibásodott lemezmechanizmus cseréjének, mind a tömb újbóli felépítésének (azaz a redundancia érdekében az adatok replikálásának) idejét.

Nem helyreállítható bit hibaarány

A helyreállíthatatlan bithibaarány (UBE) azt mutatja meg, hogy a lemezmeghajtó mennyi ideig nem képes helyreállítani az adatokat a ciklikus redundanciaellenőrző (CRC) kódok és többszöri újbóli próbálkozás után.

RAID problémái

Vannak bizonyos problémák a RAID mögötti elképzelésekkel vagy technológiával kapcsolatban is:

Lemezek későbbi hozzáadása

Bizonyos RAID-szintek lehetővé teszik a tömb bővítését merevlemezek egyszerű hozzáadásával, egy későbbi időpontban. Az olyan információk, mint például a paritásblokkok gyakran több lemezen vannak szétszórva. Egy lemez hozzáadása a tömbhöz azt jelenti, hogy szükségessé válik az átszervezés. Az ilyen átszervezés olyan, mint a tömb újjáépítése, és hosszú időt vehet igénybe. Amikor ez megtörténik, a további hely még nem biztos, hogy rendelkezésre áll, mert mind a tömb fájlrendszerét, mind az operációs rendszert tájékoztatni kell róla. Egyes fájlrendszerek nem támogatják, hogy létrehozásuk után növelni lehessen őket. Ilyen esetben az összes adatról biztonsági mentést kell készíteni, a tömböt az új elrendezéssel újra létre kell hozni, és az adatokat vissza kell állítani rá.

Egy másik lehetőség a tároló hozzáadására egy új tömb létrehozása, és a logikai kötetkezelőre bízza a helyzet kezelését. Ez lehetővé teszi szinte bármilyen RAID-rendszer, még a RAID1 (amely önmagában két lemezre korlátozódik) növelését is.

Kapcsolódó hibák

A RAID hibajavítási mechanizmusa feltételezi, hogy a meghajtók hibái függetlenek egymástól. Kiszámítható, hogy egy-egy berendezés milyen gyakran hibásodhat meg, és a tömböt úgy lehet elrendezni, hogy az adatvesztés nagyon valószínűtlen legyen.

A gyakorlatban azonban a meghajtókat gyakran együtt vásárolták. Nagyjából egyidősek, és hasonlóan használták őket (kopásnak nevezik). Sok meghajtó mechanikai problémák miatt hibásodik meg. Minél idősebb egy meghajtó, annál kopottabbak a mechanikus alkatrészei. Az öreg mechanikus alkatrészek nagyobb valószínűséggel hibásodnak meg, mint a fiatalabbak. Ez azt jelenti, hogy a meghajtók meghibásodásai már nem statisztikailag függetlenek. A gyakorlatban fennáll annak az esélye, hogy egy második lemez is meghibásodik, mielőtt az elsőt helyreállítanák. Ez azt jelenti, hogy az adatvesztés a gyakorlatban jelentős arányban fordulhat elő.

Atomicitás

Egy másik probléma, amely szintén a RAID-rendszereknél jelentkezik, hogy az alkalmazások elvárják az úgynevezett atomicitást: Vagy az összes adat kiíródik, vagy egyik sem. Az adatok írását tranzakciónak nevezzük.

A RAID tömbökben az új adatok általában arra a helyre kerülnek, ahol a régi adatok voltak. Ezt nevezik helyben történő frissítésnek. Jim Gray, egy adatbázis-kutató 1981-ben írt egy tanulmányt, amelyben leírta ezt a problémát.

Nagyon kevés tárolórendszer teszi lehetővé az atomi írási szemantikát. Amikor egy objektumot a lemezre írunk, egy RAID tárolóeszköz általában az objektum összes példányát párhuzamosan írja. Nagyon gyakran csak egy processzor felelős az adatok írásáért. Ilyen esetben az adatok írása a különböző meghajtókra átfedésben van. Ezt nevezzük átlapolt írásnak vagy szakaszos írásnak. Az írás közben fellépő hiba ezért a redundáns másolatokat különböző állapotokban hagyhatja. Ami még rosszabb, előfordulhat, hogy a másolatok sem a régi, sem az új állapotban nem maradnak. A naplózás azonban arra támaszkodik, hogy az eredeti adatok vagy a régi, vagy az új állapotban vannak. Ez lehetővé teszi a logikai változás visszalépését, de kevés tárolórendszer biztosít atomikus írási szemantikát RAID lemezen.

Az akkumulátorral támogatott írási gyorsítótár használata megoldhatja ezt a problémát, de csak áramkimaradás esetén.

A tranzakciós támogatás nem minden hardveres RAID-vezérlőben van jelen. Ezért sok operációs rendszer tartalmazza, hogy megszakított írás közbeni adatvesztés ellen védelmet nyújtson. A Novell Netware a 3.x verzióval kezdődően tartalmazott tranzakciókövető rendszert. A Microsoft a tranzakciókövetést az NTFS naplózási funkcióján keresztül vezette be. A NetApp WAFL fájlrendszer úgy oldja meg, hogy az adatokat soha nem frissíti a helyén, akárcsak a ZFS.

Visszaállíthatatlan adatok

Előfordulhat, hogy a merevlemez egyes szektorai hiba miatt olvashatatlanná váltak. Egyes RAID implementációk úgy tudják kezelni ezt a helyzetet, hogy az adatokat máshová helyezik át, és a lemezen lévő szektort rossznak jelölik. Ez nagyvállalati kategóriájú lemezmeghajtóknál körülbelül 1 bit ^{1015-ből, a} hagyományos lemezmeghajtóknál pedig 1 bit ^1014-ből történik^. A lemezkapacitások folyamatosan nőnek. Ez azt jelentheti, hogy néha egy RAID nem építhető újra, mert ilyen hibát találnak, amikor a tömböt egy lemezhiba után újraépítik. Bizonyos technológiák, mint például a RAID 6, megpróbálják kezelni ezt a problémát, de nagyon nagy írási büntetést szenvednek, más szóval az adatok írása nagyon lassúvá válik.

A gyorsítótár megbízhatósága

A lemezrendszer vissza tudja nyugtázni az írási műveletet, amint az adatok a gyorsítótárban vannak. Nem kell megvárnia, amíg az adat fizikailag kiírásra kerül. Egy esetleges áramkimaradás azonban jelentős adatvesztést jelenthet az ilyen gyorsítótárban várakozó adatok számára.

A hardveres RAID esetében egy akkumulátor használható a gyorsítótár védelmére. Ez gyakran megoldja a problémát. Ha az áramellátás megszűnik, a vezérlő be tudja fejezni a gyorsítótár írását, amikor az áramellátás visszatér. Ez a megoldás azonban még mindig meghibásodhat: az akkumulátor elhasználódhatott, a tápellátás túl sokáig nem volt bekapcsolva, a lemezek átkerülhetnek egy másik vezérlőre, vagy maga a vezérlő is meghibásodhat. Bizonyos rendszerek képesek az akkumulátor rendszeres ellenőrzésére, de ezek magát az akkumulátort használják, és olyan állapotban hagyják, hogy az nincs teljesen feltöltve.

A berendezések kompatibilitása

A különböző RAID-vezérlők lemezformátumai nem feltétlenül kompatibilisek. Ezért előfordulhat, hogy egy RAID-tömböt nem lehet különböző hardvereken olvasni. Következésképpen egy nem lemezes hardverhiba esetén az adatok helyreállításához azonos hardvert vagy biztonsági másolatot kell használni.

Mit tud és mit nem tud a RAID

Ez az útmutató egy RAID-hez kapcsolódó fórumon található témából származik. Ez azért történt, hogy segítsen rámutatni a RAID választásának előnyeire és hátrányaira. Azoknak szól, akik a RAID-ot vagy a teljesítmény növelése, vagy a redundancia miatt szeretnék választani. A fórumában található más témákra mutató linkeket tartalmaz, amelyek a RAID-tapasztalataikról szóló, felhasználók által generált anekdotikus beszámolókat tartalmaznak.

Mit tud a RAID

• A RAID megvédheti az üzemidőt. Az 1., 0+1/10., 5. és 6. RAID-szintek (és ezek változatai, mint például az 50. és 51.) pótolják a mechanikus merevlemezek meghibásodását. A lemez meghibásodása után is használhatók a tömbben lévő adatok. A szalagról, DVD-ről vagy más lassú mentési adathordozóról történő időigényes visszaállítás helyett a RAID lehetővé teszi, hogy az adatokat a tömb többi tagjáról vissza lehessen állítani a helyettesítő lemezre. A helyreállítási folyamat során a felhasználók számára a sérült állapotú adatok rendelkezésre állnak. Ez nagyon fontos a vállalkozások számára, mivel a leállások gyorsan jövedelemkieséshez vezetnek. Az otthoni felhasználók számára védheti a nagy adattároló tömbök üzemidejét, amelyeknél egy redundanciával nem védett lemez meghibásodása esetén időigényes helyreállításra lenne szükség több tucat DVD-ről vagy jó néhány szalagról.
• A RAID növelheti a teljesítményt bizonyos alkalmazásokban. A RAID 0, 5 és 6 szintek mindegyike csíkozást használ. Ez lehetővé teszi, hogy több orsó növelje az átviteli sebességet a lineáris átvitelnél. A munkaállomás típusú alkalmazások gyakran dolgoznak nagyméretű fájlokkal. Ezeknek nagy hasznát veszik a lemezek csíkozásának. Ilyen alkalmazások például a videó- vagy hangfájlokat használó alkalmazások. Ez az átviteli sebesség a lemezről lemezre történő biztonsági mentéseknél is hasznos. A RAID 1, valamint más csíkozáson alapuló RAID-szintek javíthatják a teljesítményt a sok egyidejű véletlenszerű hozzáférést tartalmazó hozzáférési minták esetében, mint amilyeneket például egy többfelhasználós adatbázis használ.

Amire a RAID nem képes

• A RAID nem tudja megvédeni a tömbben lévő adatokat. A RAID-magántömb egy fájlrendszerrel rendelkezik. Ez egyetlen hibapontot hoz létre. A fizikai lemez meghibásodásán kívül sok más dolog is történhet ezzel a fájlrendszerrel. A RAID nem tud védekezni az adatvesztés ezen forrásai ellen. A RAID nem akadályozza meg, hogy egy vírus elpusztítsa az adatokat. A RAID nem akadályozza meg a korrupciót. A RAID nem menti meg az adatokat, ha egy felhasználó véletlenül módosítja vagy törli azokat. A RAID nem védi az adatokat a fizikai lemezeken kívül más komponensek hardveres meghibásodása ellen. A RAID nem védi az adatokat a természeti vagy ember okozta katasztrófák, például tűzvész vagy árvíz ellen. Az adatok védelme érdekében az adatokat cserélhető adathordozókra, például DVD-re, szalagra vagy külső merevlemezre kell biztonsági mentést készíteni. A biztonsági másolatot más helyen kell tárolni. A RAID önmagában nem akadályozza meg, hogy a katasztrófa - ha (nem ha) bekövetkezik - adatvesztéssé váljon. A katasztrófákat nem lehet megelőzni, de a biztonsági mentésekkel megelőzhető az adatvesztés.
• A RAID nem tudja egyszerűsíteni a katasztrófa utáni helyreállítást. Egyetlen lemez futtatása esetén a lemezt a legtöbb operációs rendszer használhatja, mivel azok közös eszközillesztővel rendelkeznek. A legtöbb RAID-vezérlőhöz azonban speciális illesztőprogramokra van szükség. Az általános vezérlőkön egyetlen lemezzel működő helyreállító eszközöknek speciális illesztőprogramokra van szükségük a RAID-tömbök adatainak eléréséhez. Ha ezek a helyreállító eszközök rosszul vannak kódolva, és nem teszik lehetővé a további illesztőprogramok biztosítását, akkor a RAID-tömb valószínűleg elérhetetlen lesz az adott helyreállító eszköz számára.
• A RAID nem tud minden alkalmazásban teljesítménynövekedést biztosítani. Ez az állítás különösen igaz a tipikus asztali alkalmazások felhasználói és a játékosok esetében. A legtöbb asztali alkalmazás és játék esetében a lemez(ek) pufferstratégiája és keresési teljesítménye fontosabb, mint a nyers átviteli teljesítmény. A nyers, tartós átviteli sebesség növelése az ilyen felhasználók számára nem jelent nagy nyereséget, mivel a legtöbb fájl, amelyhez hozzáférnek, jellemzően amúgy is nagyon kicsi. A RAID 0 használatával történő lemezcsíkozás növeli a lineáris átviteli teljesítményt, nem pedig a puffer- és keresési teljesítményt. Ennek eredményeképpen a RAID 0 használatával történő lemezcsíkozás a legtöbb asztali alkalmazásban és játékban alig vagy egyáltalán nem növeli a teljesítményt, bár vannak kivételek. A nagy teljesítményt célul kitűző asztali felhasználók és játékosok számára jobb egy gyorsabb, nagyobb és drágább egy lemez megvásárlása, mint két lassabb/kisebb meghajtó RAID 0-ban történő futtatása. Még a legújabb, legnagyobb és legnagyobb meghajtók RAID-0-ban történő futtatása sem valószínű, hogy 10%-nál nagyobb mértékben növeli a teljesítményt, és bizonyos hozzáférési mintáknál, különösen a játékoknál a teljesítmény csökkenhet.
• A RAID-ot nehéz új rendszerbe áthelyezni. Egyetlen lemez esetén viszonylag könnyen áthelyezhető egy új rendszerbe. Egyszerűen csatlakoztatható az új rendszerhez, ha az rendelkezik ugyanazzal az interfésszel. Ez azonban egy RAID-tömb esetében nem ilyen egyszerű. Van egy bizonyos fajta metaadat, amely megmondja, hogyan van beállítva a RAID. A RAID BIOS-nak képesnek kell lennie arra, hogy beolvassa ezeket a metaadatokat, hogy sikeresen felépíthesse a tömböt, és hozzáférhetővé tegye azt az operációs rendszer számára. Mivel a RAID-vezérlők gyártói különböző formátumokat használnak a metaadatokhoz (még ugyanazon gyártó különböző családjába tartozó vezérlők is használhatnak inkompatibilis metaadatformátumokat), szinte lehetetlen egy RAID-tömböt más vezérlőre áthelyezni. Ha egy RAID-tömböt új rendszerbe költöztetünk, a vezérlő áthelyezését is meg kell tervezni. Az alaplapra integrált RAID-vezérlők népszerűségével ez rendkívül nehéz. Általában lehetséges a RAID tömb tagjainak és a vezérlőknek az együttes áthelyezése. A Linux és Windows Server termékekben a szoftveres RAID is képes ezt a korlátozást megkerülni, de a szoftveres RAID-nek vannak más (főként teljesítményhez kapcsolódó) korlátjai is.

Példa

A leggyakrabban használt RAID szintek a RAID 0, RAID 1 és RAID 5. Tegyük fel, hogy van egy 3 lemezes beállítás, 3 azonos, egyenként 1 TB-os lemezzel, és egy adott időintervallumban egy meghajtó meghibásodásának valószínűsége 1%.

RAID szint	Használható kapacitás	A meghibásodás valószínűsége százalékban megadva	A meghibásodás valószínűsége 1 a ... esetekben nem sikerül
0	3 TB	2,9701%	34
1	1 TB	0,0001%	1 millió
5	2 TB	0,0298%	3356