Subsistemul hardware RAID 5 sunt de departe cele mai populare pentru serverele de fișiere de uz general, servere Web și alte aplicații legate de stocare și prelucrare a datelor. Ei nu numai creșterea productivității și îmbunătățirea protecției datelor, dar poate reduce costul unor astfel de soluții în același timp menținerea sau îmbunătățirea caracteristicilor de bază și a proprietăților.
efectivă de depozitare - o sarcină importantă pentru mediul enterprise, și multe organizații folosesc RAID-matrice în aplicații de server, de rețea și de stocare pe Internet și de prelucrare a datelor pentru a îmbunătăți accesibilitatea acestora. Tehnologiile RAID pot permite de IT-manageri să profite de caracteristicile cheie de performanță și operaționale care controlere și subsisteme furnizează RAID 5 prin procesoare I / O, care degreveaza procesorul de întreruperi în timpul operațiilor de disc „citire-modificare-scriere“.
La punerea în aplicare a RAID-controlerele sunt software-ul (de exemplu, un software), firmware și hardware complet.
Software-ul RAID nu are nevoie de hardware speciale. Toate datele sunt prelucrate de către CPU. În acest caz, un drive-uri standard de conectare. Dezavantajul unei astfel de punere în aplicare a RAID - sarcina substanțială suplimentară pe procesor, reducând timpul de procesare a cererilor de aplicații de prelucrare și a sistemului de operare precum și CPU se ocupă de toate RAID-operare (calculul XOR, datele de plasare și întrerupe procesarea acestor sarcini).
Hardware-software RAID implementat folosind IO cip cip de construcții (ASIC), care poate efectua operație XOR. În acest caz, o parte din operațiunile pentru a asigura funcționarea RAID-matrice ia de pe cip. Orice altceva - este încă CPU care efectuează operațiunea cu ajutorul conducătorului auto. Software-ul și hardware RAID - în esență, o soluție productivă bazată pe sistemul CPU.
RAID hardware-controler este un RAID-subsistem, care de fapt este o organizație independentă și auto-suficient pentru îndeplinirea sarcinilor sale și nu necesită practic nici resurse CPU pentru operațiunile cu RAID-matrice. În acest subsistem are propriul BIOS, care poate fi o invitație de a vedea la boot, propriul procesor și memorie, numit controler de memorie cache.
Definiția niveluri RAID
Există mai multe tipuri majore (numite „niveluri») RAID. Fiecare oferă o combinație unică de proprietăți, principalele două dintre care - este gradul de protecție a datelor și de performanță. Pentru a înțelege modul în care un RAID 5, considerăm nivelul doi RAID inițial - „0“ și „1“:
RAID 0 (benzi, benzi): acest nivel RAID ofera blocuri de date de citire / scriere simultane direct pe toate unitățile de matrice în paralel. Această procesare paralelă vă permite să citească și să scrie informații pe o matrice RAID 0 este mult mai rapid decât o singură unitate. RAID 0 este utilizat în mod obișnuit pentru aplicații în care viteza de procesare este mult mai importantă decât integritatea lor din cauza defectării unuia dintre drive-urile din matrice toate datele sunt pierdute.
RAID 1 (oglindă, oglindă): Acest nivel RAID reproduce datele de pe una sau mai multe unități. RAID 1, RAID 0, în schimb, este utilizat pentru aplicații în care protecția datelor este mai importantă decât performanța. În cazul defectării unuia dintre drive-urile, informațiile vor rămâne complet în al doilea. RAID-1 oferă citire mai rapidă decât o unitate, dar de scris este mai lent. Având în vedere că protecția sistemului de operare este o sarcină importantă, RAID 1 este adesea folosit pentru a porni server pentru a reflecta unitatea (în acest caz, atunci când sistemul de operare și datele sunt efectuate pe diferite unități sau rețele).
Cum RAID 5
RAID 5 combină proprietățile RAID 0 și RAID 1. Pe de o parte, de citire și scriere operații au loc simultan (în paralel), cu toate discurile matrice. Pe de altă parte, în caz de eșec de informații un disc nu este pierdut.
RAID 5 matrice de disc asigură integritatea datelor folosind un spațiu de volum egal mai mică unitate în matrice. De exemplu, într-o serie de cinci unități de disc, cu o capacitate de 72 GB, capacitatea disponibilă a șirului va fi 288 GB. Capacitatea disponibilă de utilizare RAID 5 matrice se calculează cu formula S * (N-1), unde S - cel mai mic dispozitiv de stocare a capacității în matrice, N - numărul total de unități în matrice.
Numărul de unități, capacitatea lor și capacitatea totală a RAID 5 matrice la integritatea datelor nu este afectată. De asemenea, ca și capacitatea de stocare numai de 72 GB poate proteja toate datele într-o serie de cinci unități de disc capacitate de 288 GB în total într-o matrice cu 15 unități de 300 GB, o singură unitate de 300 GB poate proteja întreaga matrice 4.2 TB în caz de eșec o singură unitate.
RAID 5 oferă o modalitate eficientă de a proteja datele și pentru a atinge un anunț similar RAID 0 performanță în citire. În același timp, RAID 5 viteza de scriere poate ajunge la valori mai mari decât cea a unui singur hard disc. Astfel, ca un RAID 5 protejează în mod eficient de date și poate crește performanța de disc, acesta este cel mai popular până în prezent.
Calcularea funcțiilor XOR
O unitate poate proteja datele de la orice număr de alte unități cu condiția ca merge în jos doar una dintre unitățile de matrice. XOR este atât o asociativă și funcționare comutativă, ceea ce înseamnă că nici ordinea, nici gruparea operanzii nu afectează rezultatele. XOR - de asemenea, o operație binară, și are doar patru combinații posibile de doi operanzi. Două operanzi sunt „adevărate“, rezultat al XOR, atunci când unul și numai un singur operand are o valoare de 1.
XOR Calculul se realizează prin hardware-ul dedicat, care poate fi XOR cip ASIC sau procesor I / O cu funcționalitate XOR integrată, care crește foarte mult RAID-controler de performanță. Fiecare octet de date stocate într-un RAID 5 necesită calcule XOR. O idee despre modul în care operațiunea XOR este foarte important pentru înțelegerea modului în care RAID 5 subsistem poate proteja cantități mari de date, folosind o cantitate relativ mică de stocare.
In Figura 1, fiecare bară reprezintă bloc de date Dn, numită o bandă (benzi, Eng. Stripe). Toate benzile serie numita bandă (benzi, ing. Strip). În RAID 5, datele de paritate sunt aranjate în diferite benzi pe fiecare unitate - așa-numita rotație paritate (în engleză „paritate de rotație“.). Acest lucru se face pentru a îmbunătăți performanța: deoarece paritatea este calculat și stocat în fiecare tranzacție „citire-modificare-scriere“ plasare, aceasta ar duce la un acumulator pentru a forma strangulare, așa-numita „strangulare“. Tratamentul pentru o astfel de unitate ar fi cât de multe ori la fel de des în raport cu alte unități din sistem, cât de multe dintre aceste unități în sistem. Paritatea de date - Pn, unde n - numărul de benzi, numai rezultatul funcționării XOR pe toate celelalte elemente de date în cadrul aceleiași benzi. Deoarece XOR - asociativă și funcționarea comutativă, rezultatul pe mai multe operanzi pot fi găsite prin efectuarea unui prim XOR pe oricare două operanzi, apoi efectuarea XOR pe rezultatul acestei operații și operandul următoare, și așa mai departe, cu toate operanzi până când se obține rezultatul.
Figura 1. Date cartografice ale unui RAID tipic 5 cu patru drive-uri
Un RAID 5 permite eșecul oricărei matrice o unitate fără pierderi de date. De obicei, atunci când o unitate fizică eșuează, de exemplu, unitatea 3 din figura 2, a declarat că masele în stare critică (Eng. Degraded). În această situație, datele lipsă pentru fiecare bandă poate fi determinată prin efectuarea operațiunilor XOR pe toate elementele de date rămase ale acestei benzi. Aproximativ vorbind, fiecare element de date pierdute este prezentată ca valoarea totală a benzii rămase într-o bandă. benzi dimensiunea normală - de la 32 KB la 128 KB. Figura 2 prezintă o matrice cu un volum nominal al benzii, unde fiecare element reprezintă un singur bit.
Paritatea pentru prima pagină:
P1 = D1 D2 XOR XOR D3;
P1 interm. = D1 XOR D2 = 1;
P1 = P1 interm. XOR D3 = 0.
De aceea, P1 = 0.
Figura 2. Harta de date RAID 5 cu patru unități; matrice cu un volum nominal al benzii.
În cazul în care controlerul gazdă solicită date din matrice, care este într-o stare critică, RAID-controler trebuie să citească mai întâi toate elementele de date disponibile pe bandă, inclusiv paritate. După aceea, XOR acestor elemente. Rezultatul acestei operații sunt datele pierdute. Astfel, accesul la matrice în cazul defectării unuia dintre drive-urile nu este întreruptă. Cu toate acestea, dacă nu în acest moment din a doua unitate, datele se pierd iremediabil întreaga matrice.
Cele mai multe RAID hardware-controler de matrice este redusă automat atunci când este disponibil de rezervă (hot-de rezervă) unitate, revenind o matrice la starea sa normală. În plus, de regulă, cu software-ul furnizat hardware RAID-controler, care include mijloace de a notifica administratorul de sistem atunci când apare o defecțiune. Acest lucru permite administratorilor pentru a rezolva problema înainte de unitatea următoare nu reușește, și o serie de a merge într-o stare critică fără recuperare automată.
Operațiunea „citire-modificare-scriere“
Operațiunea de înregistrare în RAID 5 este responsabil pentru calcularea și scrierea datelor de paritate. Această operațiune este denumit în mod obișnuit ca operațiune „citire-modificare-scriere.“ Prezentați bandă compusă din patru blocuri de date și un bloc de paritate. Să presupunem că gazda dorește să schimbe un mic bloc de date care au loc într-o singură bandă în interiorul fâșiei. RAID-controler nu se poate scrie pur si simplu acel bloc de date mici și cererea de citire care trebuie îndeplinite. Această operațiune trebuie să actualizeze, de asemenea, operația XOR calculat datele de paritate se realizează pe fiecare bandă în interiorul fâșiei. Astfel, paritatea se calculează de fiecare dată când se schimbă una sau mai multe benzi.
Figura 3 prezintă o operație tipică „citire-modificare-scriere“, în care datele pe care gazda scrie la unitatea sunt conținute într-o singură bandă numai în blocul D5. Operațiunea „citire-modificare-scriere“ este format din următoarele etape:
Figura 3. Pas cu pas: operația „citire-modificare-scriere“ într-o matrice RAID 5 cu patru unități
În exemplul din Figura 3, să presupunem că Dnew = 0, Dold = 1 și Põld = 0. Procesare pasul 4 pe aceste date ne va da: 1 XOR 0 XOR 0 = 1. Această paritate P. După procedura „read-modifikatsiya- înregistrare“, al doilea rând din figura 3 se va D4 = 1, D5 = 0, P2 = 1 și D6 = 0.
Această metodă optimizată este complet scalabil. Numărul de citire, scriere și operații XOR sunt independente de numărul de unități în matrice. Deoarece datele unitate de paritate implicate în fiecare operațiune de înregistrare (pașii 6 și 7), datele sunt stocate paritate pe toate unitățile în matrice în timp ce se deplasează relativ într-o bandă de blocuri de date. În cazul în care toate datele sunt stocate de paritate pe aceeași unitate fizică, această unitate ar putea deveni o strangulare, „strangulare“, după cum sa menționat mai sus.
Descarcarea întrerupe CPU
Întrerupere - este o solicitare de la o componentă de sistem pe timpul CPU. I / O întrerupere a procesorului produc, atunci când realizează o tranzacție. Mai jos este o comparație mică, care întrerupe generat de diverse controlere de tip RAID pentru executarea înregistrării pe o matrice simplă de RAID 5:
Software-ul RAID: la fel ca în acest caz, sistemul CPU este responsabil pentru plasarea datelor pe disc, acesta trebuie să genereze o cerere pentru fiecare citire și scriere operații necesare pentru „citire-modificare-scriere.“ Astfel, procesorul primește întrerupere din subsistemul patru format din două cereri de citire și două write (etapele 2, 3, 6 și 7, în exemplul din Figura 3).
Hardware-software RAID: această implementare generează aceleași patru întreruperi generate de RAID software-ul, deoarece simplificarea în această implementare este asociată în majoritatea cazurilor, numai un calcul operațiune specială cip XOR XOR ASIC.
RAID hardware: I procesor / O într-un subsistem RAID hardware ascunde de obicei, toate citire intermediare și scrie operații, și generează o întrerupere de un singur - cu privire la punerea în aplicare cu succes a tranzacției. I / O interceptări procesor toate celelalte întreruperi, eliberând procesorul, astfel încât să poată îndeplini sarcinile de bază non-RAID.
bazate pe Dell și Intel