RAID (pelbagai cakera bebas yang berlebihan), yang pada asalnya dikenali sebagai pelbagai cakera yang murah, pertama kali dicadangkan oleh Profesor Da Patterson dari University of California, Berkeley dalam kertas "kes cakera yang berlebihan" pada tahun 1988. Masa, cakera berkapasiti besar adalah mahal, jadi idea asas RAID adalah secara organik menggabungkan pelbagai kapasiti kecil dan cakera yang agak murah untuk mendapatkan kapasiti, prestasi dan kebolehpercayaan yang setara dengan cakera berkapasiti besar yang mahal dengan kos yang lebih rendah. Oleh kerana kos dan harga cakera terus berkurangan, istilah "murah" menjadi tidak bermakna, dan Lembaga Penasihat RAID (RAB) memutuskan untuk menggantikan "murah" dengan "bebas".
Idea reka bentuk RAID ini dengan cepat diterima oleh industri. Teknologi RAID, sebagai teknologi storan yang berprestasi tinggi dan sangat dipercayai, telah digunakan secara meluas. RAID terutamanya menggunakan teknologi jalur, pencerminan dan data pariti data untuk mencapai RAID menawarkan beberapa kelebihan yang ketara. Pertama, ia menyediakan kapasiti yang besar. Yang terdiri daripada pelbagai cakera, sistem RAID boleh mencapai penyimpanan peringkat PB sebagai cakera tunggal kini melebihi 1TB, walaupun kapasiti yang tersedia adalah kurang daripada jumlah yang disebabkan oleh overhead redundansi, biasanya dari 50% - 90%. Kedua, prestasi tinggi dicapai melalui striping data, yang mengedarkan I/O merentasi cakera, mengatasi kesesakan prestasi tunggal cakera. Ketiga, kebolehpercayaan dipertingkatkan. Bertentangan dengan keprihatinan teoretikal kebolehpercayaan multi-cakera, RAID menggunakan pencerminan dan pariti data untuk memastikan ketersediaan data walaupun banyak cakera gagal. Akhirnya, pengurusan mudah dipermudahkan. Sebagai teknologi virtualisasi, RAID muncul sebagai satu pemacu logik ke sistem tuan rumah, membolehkan organisasi data mudah untuk pengguna dan mengurangkan tugas pentadbiran dengan ciri -ciri seperti perubahan cakera dinamik dan proses data automatik. Prestasi tinggi, kebolehpercayaan, toleransi kesalahan dan skalabiliti. Menurut strategi dan seni bina menggunakan atau menggabungkan ketiga -tiga teknologi ini, RAID boleh dibahagikan kepada tahap yang berbeza untuk memenuhi keperluan aplikasi data yang berbeza. Tahap RAID asal RAID1-RAD5 ditakrifkan dalam kertas oleh Da Patterson et al., Dan RAID0 dan RAID6 telah diperluas sejak tahun 1988. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, vendor penyimpanan telah memperkenalkan tahap RAID seperti RAID7, RAID10/01, RAID50, RAID53 dan RAID100, tetapi tidak ada standard bersatu. Pada masa ini, piawaian yang diiktiraf oleh industri adalah RAID0-raid5, dan empat tahap kecuali RAID2 telah ditetapkan sebagai piawaian perindustrian. Tahap RAID yang paling biasa digunakan dalam medan aplikasi sebenar ialah RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 dan RAID10.
Dari perspektif pelaksanaan, RAID terutamanya dibahagikan kepada tiga jenis: RAID perisian, serbuan perkakasan dan serbuan hibrid. Untuk RAID perisian, semua fungsi disiapkan oleh sistem operasi dan CPU, dan tidak ada cip kawalan/pemprosesan RAID bebas dan cip pemprosesan I/O, jadi kecekapan adalah yang paling rendah. Raid perkakasan dilengkapi dengan cip kawalan/pemprosesan RAID khas dan cip pemprosesan I/O serta penampan array, dan tidak menduduki sumber CPU, tetapi kosnya sangat tinggi. RAID Hybrid mempunyai cip kawalan/pemprosesan RAID tetapi tidak mempunyai cip pemprosesan I/O, dan memerlukan program CPU dan pemacu untuk disiapkan, dan prestasinya dan kosnya adalah antara serangan perisian dan serbuan perkakasan.
Setiap tahap RAID mewakili kaedah dan teknologi pelaksanaan, dan tidak ada perbezaan antara tahap tinggi dan rendah. Dalam aplikasi praktikal, tahap RAID yang sesuai dan kaedah pelaksanaan tertentu harus dipilih mengikut ciri -ciri aplikasi data pengguna, dan ketersediaan, prestasi dan kos harus dipertimbangkan secara komprehensif.
Prinsip asas
RAID, iaitu pelbagai cakera bebas yang berlebihan, biasanya disingkat sebagai array cakera. Secara ringkas, RAID adalah subsistem cakera yang terdiri daripada pelbagai cakera cakera berprestasi tinggi yang bebas, yang menyediakan prestasi penyimpanan yang lebih tinggi dan teknologi redundansi data daripada cakera tunggal. RAID adalah teknologi pengurusan pelbagai cakera yang menyediakan kebolehpercayaan data yang berkesan, tinggi dan penyimpanan berprestasi tinggi ke persekitaran tuan rumah. Takrif RAID oleh SNIA adalah: array cakera di mana bahagian ruang penyimpanan fizikal digunakan untuk merakam maklumat berlebihan data pengguna yang disimpan di ruang yang tinggal. Apabila cakera atau laluan akses gagal, maklumat berlebihan boleh digunakan untuk membina semula data pengguna. Walaupun jalur cakera tidak sesuai dengan definisi RAID, ia biasanya juga dipanggil RAID (iaitu, RAID0).
Hasrat asal RAID adalah untuk menyediakan fungsi penyimpanan mewah dan keselamatan data yang berlebihan untuk pelayan besar. Di seluruh sistem, RAID dianggap sebagai ruang penyimpanan yang terdiri daripada dua atau lebih cakera, dan prestasi I/O sistem penyimpanan diperbaiki dengan membaca dan menulis data pada pelbagai cakera serentak. Kebanyakan tahap RAID mempunyai langkah pengesahan dan pembetulan data lengkap, dan juga kaedah pencerminan, yang sangat meningkatkan kebolehpercayaan sistem, dan di sinilah "berlebihan" berasal.
Di sini kita perlu menyebut JBOD (hanya sekumpulan cakera). Pada mulanya, JBOD digunakan untuk mewakili koleksi cakera tanpa perisian kawalan untuk menyediakan kawalan yang diselaraskan, yang merupakan faktor utama yang membezakan serbuan dari JBOD. Pada masa ini, JBOD sering merujuk kepada kandang cakera, tanpa mengira sama ada ia menyediakan fungsi RAID atau tidak.
Dua objektif utama RAID adalah untuk meningkatkan kebolehpercayaan data dan prestasi I/O. Dalam pelbagai cakera, data bertaburan di antara pelbagai cakera, tetapi untuk sistem komputer, ia kelihatan seperti cakera tunggal. Redundansi dicapai dengan menulis data yang sama ke pelbagai cakera (biasanya mencerminkan) atau menulis data pariti yang dikira ke dalam array, supaya kehilangan data tidak akan disebabkan apabila cakera tunggal gagal. Sesetengah tahap RAID membolehkan lebih banyak cakera gagal pada masa yang sama, seperti RAID6, di mana dua cakera boleh rosak pada masa yang sama.
Di bawah mekanisme redundansi sedemikian, cakera gagal boleh digantikan dengan cakera baru, dan RAID akan secara automatik membina semula data yang hilang mengikut data dan data pariti dalam cakera yang selebihnya untuk memastikan konsistensi dan integriti data. Data ini bertaburan dan disimpan pada pelbagai cakera yang berbeza dalam RAID, dan bacaan dan penulisan data serentak jauh lebih baik daripada cakera tunggal, sehingga jalur lebar I/O yang lebih tinggi dapat diperolehi. Sudah tentu, array cakera akan mengurangkan jumlah ruang penyimpanan yang tersedia bagi semua cakera, mengorbankan ruang sebagai pertukaran untuk kebolehpercayaan dan prestasi yang lebih tinggi. Sebagai contoh, penggunaan ruang penyimpanan RAID1 hanya 50%, dan RAID5 akan kehilangan kapasiti penyimpanan satu cakera, dan penggunaan ruang adalah (n-1)/n.
Arahan cakera dapat memastikan operasi sistem yang berterusan tanpa gangguan apabila beberapa cakera (tunggal atau berganda, bergantung kepada pelaksanaan) rosak. Semasa proses membina semula data cakera yang gagal ke cakera baru, sistem boleh terus beroperasi secara normal, tetapi prestasi akan dikurangkan ke tahap tertentu. Sesetengah tatasusunan cakera mesti ditutup apabila menambah atau memadam cakera, sementara beberapa sokongan swapping panas, yang membolehkan penggantian cakera cakera tanpa menutup. Arahan cakera mewah ini digunakan terutamanya dalam sistem aplikasi dengan keperluan yang tinggi untuk kebolehpercayaan, dan sistem tidak dapat ditutup atau masa penutupan harus seketika mungkin.
Secara umumnya, RAID tidak dapat menggantikan sandaran data. Ia tidak berdaya untuk kehilangan data yang disebabkan oleh kegagalan bukan cakera, seperti virus, kemusnahan manusia, penghapusan tidak sengaja, dan lain-lain. Pada masa ini, kehilangan data adalah relatif kepada sistem operasi, sistem fail, pengurus volume atau sistem aplikasi. Untuk sistem RAID itu sendiri, data itu utuh dan tiada kerugian telah berlaku. Oleh itu, sandaran data, pemulihan bencana dan langkah -langkah perlindungan data yang lain sangat diperlukan, yang melengkapkan RAID dan melindungi keselamatan data pada tahap yang berbeza untuk mencegah kehilangan data.
Terdapat tiga konsep dan teknologi utama dalam RAID: mencerminkan, jalur data dan pariti data. Mencerminkan data salinan ke pelbagai cakera. Di satu pihak, ia dapat meningkatkan kebolehpercayaan, dan sebaliknya, ia dapat membaca data dari dua atau lebih salinan serentak untuk meningkatkan prestasi baca. Jelas sekali, prestasi mencerminkan penulisan sedikit lebih rendah, dan ia mengambil lebih banyak masa untuk memastikan data ditulis dengan betul kepada pelbagai cakera. Data Striping menyimpan irisan data pada pelbagai cakera yang berbeza, dan pelbagai irisan data bersama -sama membentuk salinan data lengkap, yang berbeza dari pelbagai salinan pencerminan dan biasanya digunakan untuk pertimbangan prestasi. Striping data mempunyai granulariti konkurensi yang lebih tinggi.
Apabila mengakses data, adalah mungkin untuk membaca dan menulis data pada cakera yang berbeza pada masa yang sama, dengan itu memperoleh peningkatan prestasi I/O yang sangat penting. Pariti data menggunakan data yang berlebihan untuk pengesanan dan pembaikan ralat data. Data berlebihan biasanya dikira oleh algoritma seperti kod Hamming dan operasi XOR. Menggunakan fungsi pariti dapat meningkatkan kebolehpercayaan, keteguhan dan toleransi kesalahan dari array cakera. Walau bagaimanapun, pariti data perlu membaca data dari pelbagai tempat dan melakukan pengiraan dan perbandingan, yang akan menjejaskan prestasi sistem. Tahap RAID yang berbeza mengamalkan satu atau lebih daripada tiga teknologi di atas untuk mendapatkan kebolehpercayaan data yang berbeza, ketersediaan dan prestasi I/O. Mengenai jenis serbuan (walaupun tahap atau jenis baru) untuk mereka bentuk atau cara serbuan untuk mengadopsi, adalah perlu untuk membuat pilihan yang munasabah di bawah premis yang mendalam memahami keperluan sistem dan secara komprehensif menilai kebolehpercayaan, prestasi dan kos untuk Buat pilihan kompromi.
Kelebihan RAID
- Kapasiti Besar: Ini adalah kelebihan RAID yang jelas. Ia memperluaskan kapasiti cakera, dan sistem RAID yang terdiri daripada pelbagai cakera mempunyai ruang penyimpanan yang besar. Sekarang kapasiti cakera tunggal dapat mencapai lebih dari 1TB, jadi kapasiti penyimpanan RAID dapat mencapai tahap PB, dan kebanyakan keperluan penyimpanan dapat dipenuhi. Secara umumnya, kapasiti RAID yang ada kurang daripada jumlah kapasiti semua cakera ahli. Tahap algoritma RAID yang berbeza memerlukan overhead redundansi tertentu, dan overhead kapasiti tertentu berkaitan dengan algoritma yang diterima pakai. Sekiranya algoritma dan kapasiti RAID diketahui, kapasiti RAID yang ada boleh dikira. Biasanya, penggunaan kapasiti RAID adalah antara 50% dan 90%.
- Prestasi Tinggi: Prestasi tinggi RAID mendapat manfaat daripada teknologi striping data. Prestasi I/O cakera tunggal adalah terhad oleh teknologi komputer seperti antara muka dan jalur lebar, dan sering kali kesesakan prestasi sistem. Melalui striping data, RAID mengedarkan data I/O ke setiap cakera ahli, dengan itu memperoleh prestasi I/O agregat yang beberapa kali lebih tinggi daripada cakera tunggal.
- Kebolehpercayaan: Ketersediaan dan kebolehpercayaan adalah satu lagi ciri penting RAID. Secara teorinya, kebolehpercayaan sistem RAID yang terdiri daripada pelbagai cakera harus lebih buruk daripada cakera tunggal. Terdapat andaian tersirat di sini: kegagalan cakera tunggal akan menyebabkan keseluruhan serbuan tidak tersedia. RAID menggunakan teknologi redundansi data seperti pencerminan dan pariti data untuk memecahkan andaian ini. Mirroring adalah teknologi redundansi yang paling primitif, yang benar -benar menyalin data pada kumpulan cakera cakera tertentu ke kumpulan cakera lain untuk memastikan bahawa selalu ada salinan data yang tersedia. Berbanding dengan overhead redundansi 50% pencerminan, pariti data jauh lebih kecil, dan ia menggunakan maklumat yang berlebihan pariti untuk mengesahkan dan membetulkan data. Teknologi redundansi RAID sangat meningkatkan ketersediaan dan kebolehpercayaan data, dan memastikan bahawa apabila beberapa cakera gagal, data tidak akan hilang dan operasi berterusan sistem tidak akan terjejas.
- Pengurusan: Malah, RAID adalah teknologi virtualisasi yang virtualisasi pelbagai cakera fizikal memandu ke dalam pemacu logik berkapasiti besar. Bagi sistem tuan rumah luaran, RAID adalah pemacu cakera berkapasiti tunggal, cepat dan boleh dipercayai. Dengan cara ini, pengguna boleh menyusun dan menyimpan data sistem aplikasi pada pemacu maya ini. Dari perspektif aplikasi pengguna, ia boleh menjadikan sistem penyimpanan mudah dan mudah digunakan dan dikendalikan. Oleh kerana RAID telah menyelesaikan sejumlah besar kerja pengurusan storan secara dalaman, pentadbir hanya perlu menguruskan pemacu maya tunggal, yang dapat menjimatkan banyak kerja pengurusan. RAID secara dinamik boleh menambah atau memadam pemacu cakera dan secara automatik melakukan pengesahan data dan pembinaan semula data, yang dapat memudahkan kerja pengurusan.
Ringkasnya, RAID menonjol untuk kapasiti yang besar, prestasi tinggi, kebolehpercayaan yang dipertingkatkan, dan pengurusan mudah. Kelebihan ini menjadikannya penyelesaian penyimpanan yang sangat diperlukan dalam pelbagai aplikasi, yang memenuhi permintaan data yang semakin meningkat bagi persekitaran pengkomputeran moden sambil memastikan operasi dan integriti data yang lancar.
Shenzhen Innovative Cloud Computer Co., Ltd.
