Το RAID (Redundant Array of Independent Disks), αρχικά γνωστό ως Redundant Array of Inexpensive Disks, προτάθηκε για πρώτη φορά από τον καθηγητή D. A. Patterson του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια,Μπέρκλεϊ στην εργασία "Μια περίπτωση περιττής σειράς φθηνών δίσκων" το 1988Εκείνη την εποχή, οι δίσκοι μεγάλης χωρητικότητας ήταν ακριβά, έτσι η βασική ιδέα του RAID ήταν να συνδυάσει οργανικά πολλαπλούς μικρής χωρητικότητας και σχετικά φθηνούς δίσκους για να αποκτήσει την χωρητικότητα,απόδοση και αξιοπιστία ισοδύναμη με τους ακριβούς δίσκους μεγάλης χωρητικότητας με χαμηλότερο κόστοςΚαθώς το κόστος και η τιμή των δίσκων συνέχισαν να μειώνονται, ο όρος "φθηνός" έπαψε να έχει νόημα και το Συμβουλευτικό Συμβούλιο RAID (RAB) αποφάσισε να αντικαταστήσει τον όρο "φθηνός" με τον όρο "ανεξάρτητος".

Η τεχνολογία RAID, ως τεχνολογία αποθήκευσης υψηλής απόδοσης και υψηλής αξιοπιστίας, έχει εφαρμοστεί ευρέως.τεχνολογίες αντανάκλασης και ισότητας δεδομένων για την επίτευξη υψηλών επιδόσεωνΣύμφωνα με τις στρατηγικές και τις αρχιτεκτονικές χρήσης ή συνδυασμού αυτών των τριών τεχνολογιών, οι τεχνολογίες αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη των στόχων που έχουν ανατεθεί.Το RAID μπορεί να διαιρεθεί σε διαφορετικά επίπεδα για να καλύψει τις ανάγκες διαφορετικών εφαρμογών δεδομένωνΤα αρχικά επίπεδα RAID RAID1-RAID5 καθορίστηκαν στην εργασία από τον D. A. Patterson et al., και τα RAID0 και RAID6 επεκτάθηκαν από το 1988.Οι προμηθευτές αποθήκευσης έχουν συνεχώς εισαγάγει επίπεδα RAID όπως RAID7, RAID10/01, RAID50, RAID53 και RAID100, αλλά δεν υπάρχει ενιαίο πρότυπο.και τα τέσσερα επίπεδα εκτός από το RAID2 έχουν καθοριστεί ως βιομηχανικά πρότυπαΤα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα επίπεδα RAID στον πραγματικό τομέα εφαρμογής είναι τα RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 και RAID10.

Από την άποψη της εφαρμογής, το RAID χωρίζεται κυρίως σε τρεις τύπους: RAID λογισμικού, RAID υλικού και υβριδικό RAID.όλες οι λειτουργίες ολοκληρώνονται από το λειτουργικό σύστημα και την CPU, και δεν υπάρχει ανεξάρτητο τσιπ ελέγχου / επεξεργασίας RAID και τσιπ επεξεργασίας I / O, έτσι η απόδοση είναι χαμηλότερη.Το RAID υλικού είναι εξοπλισμένο με ειδικό τσιπ ελέγχου/επεξεργασίας RAID και τσιπ επεξεργασίας I/O καθώς και μπουφέρα συστοιχίαςΤο υβριδικό RAID διαθέτει ένα τσιπ ελέγχου / επεξεργασίας RAID αλλά δεν διαθέτει τσιπ επεξεργασίας I / O και χρειάζεται το CPU και τα προγράμματα οδηγού για να ολοκληρωθεί,και η απόδοσή του και το κόστος είναι μεταξύ RAID λογισμικού και RAID υλικού.

Κάθε επίπεδο RAID αντιπροσωπεύει μια μέθοδο και τεχνολογία εφαρμογής και δεν υπάρχει διάκριση μεταξύ υψηλών και χαμηλών επιπέδων.το κατάλληλο επίπεδο RAID και η ειδική μέθοδος εφαρμογής θα πρέπει να επιλέγονται σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά των εφαρμογών δεδομένων χρήστη, και η διαθεσιμότητα, η απόδοση και το κόστος θα πρέπει να εξετάζονται ολοκληρωτικά.

Βασικές Αρχές

Το RAID, δηλαδή Redundant Array of Independent Disks, συνήθως συντομογραφείται ως disk array.που παρέχει υψηλότερη απόδοση αποθήκευσης και τεχνολογία επανεκτάσεως δεδομένων από έναν ενιαίο δίσκοΤο RAID είναι μια τεχνολογία διαχείρισης πολλών δίσκων που παρέχει οικονομικά αποδοτική, υψηλή αξιοπιστία δεδομένων και αποθήκευση υψηλής απόδοσης στο περιβάλλον υποδοχής.μια σειρά δίσκων στην οποία μέρος του φυσικού χώρου αποθήκευσης χρησιμοποιείται για την καταγραφή των περιττών πληροφοριών των δεδομένων χρήστη που αποθηκεύονται στον υπόλοιπο χώρο. Όταν ένας δίσκος ή μια διαδρομή πρόσβασης αποτυγχάνει, οι περιττές πληροφορίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανακατασκευή των δεδομένων του χρήστη.Συνήθως ονομάζεται επίσης RAID (i.e, RAID0).

Η αρχική πρόθεση του RAID ήταν να παρέχει λειτουργίες αποθήκευσης υψηλού επιπέδου και περιττή ασφάλεια δεδομένων για μεγάλους διακομιστές.Το RAID θεωρείται χώρος αποθήκευσης που αποτελείται από δύο ή περισσότερους δίσκουςΤα περισσότερα επίπεδα RAID έχουν πλήρη μέτρα επαλήθευσης και διόρθωσης δεδομένων,και ακόμη και μεθόδους καθρέφτησης, που ενισχύουν σημαντικά την αξιοπιστία του συστήματος, και από εκεί προέρχεται το "επαναχρηστικό".

Αρχικά, το JBOD χρησιμοποιήθηκε για να αντιπροσωπεύσει μια συλλογή δίσκων χωρίς λογισμικό ελέγχου για να παρέχει συντονισμένο έλεγχο.ο οποίος είναι ο κύριος παράγοντας που διακρίνει το RAID από το JBODΕπί του παρόντος, το JBOD συχνά αναφέρεται σε ένα περίβλημα δίσκου, ανεξάρτητα από το αν παρέχει λειτουργικότητα RAID ή όχι.

Οι δύο βασικοί στόχοι του RAID είναι να βελτιώσουν την αξιοπιστία των δεδομένων και την απόδοση Ε/Υ. Στην συστοιχία δίσκων, τα δεδομένα είναι διασκορπισμένα μεταξύ πολλαπλών δίσκων, αλλά για το σύστημα υπολογιστών,Μοιάζει με ένα μόνο δίσκο.Η εφεδρικότητα επιτυγχάνεται με την εγγραφή των ίδιων δεδομένων σε πολλαπλούς δίσκους (συνήθως καθρέφτες) ή την εγγραφή των υπολογισμένων δεδομένων ισοτιμίας στη σειρά,έτσι ώστε η απώλεια δεδομένων δεν θα προκληθεί όταν ένας μόνο δίσκος αποτύχειΟρισμένα επίπεδα RAID επιτρέπουν περισσότερους δίσκους να αποτύχουν ταυτόχρονα, όπως το RAID6, όπου δύο δίσκοι μπορούν να καταστραφούν ταυτόχρονα.ο αποτυχημένος δίσκος μπορεί να αντικατασταθεί με νέο δίσκο, και το RAID θα ανακατασκευάσει αυτόματα τα χαμένα δεδομένα σύμφωνα με τα δεδομένα και τα δεδομένα ισοτιμίας στους υπόλοιπους δίσκους για να εξασφαλίσει τη συνοχή και την ακεραιότητα των δεδομένων.Τα δεδομένα είναι διασκορπισμένα και αποθηκευμένα σε πολλαπλά διαφορετικά δίσκα στο RAID, και η ταυτόχρονη ανάγνωση και εγγραφή δεδομένων είναι πολύ καλύτερη από αυτή ενός ενιαίου δίσκου, έτσι ώστε να μπορεί να ληφθεί μεγαλύτερο συγκεντρωτικό εύρος ζώνης I / O.η συστοιχία δίσκων θα μειώσει το συνολικό διαθέσιμο χώρο αποθήκευσης όλων των δίσκωνΓια παράδειγμα, η χρησιμοποίηση χώρου αποθήκευσης του RAID1 είναι μόνο 50% και το RAID5 θα χάσει την χωρητικότητα αποθήκευσης ενός δίσκου,και η χρησιμοποίηση χώρου είναι (n-1) /n.

Η συστοιχία δίσκων μπορεί να εξασφαλίσει τη συνεχή λειτουργία του συστήματος χωρίς διακοπή όταν κάποιοι δίσκοι (μονή ή πολλαπλή, ανάλογα με την υλοποίηση) είναι κατεστραμμένοι.Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανακατασκευής των δεδομένων του αποτυχημένου δίσκου στον νέο δίσκο, το σύστημα μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί κανονικά, αλλά η απόδοση θα μειωθεί σε κάποιο βαθμό.Ενώ κάποιοι υποστηρίζουν την ανταλλαγή θερμώνΑυτή η υψηλού επιπέδου συστοιχία δίσκων χρησιμοποιείται κυρίως σε εφαρμογές με υψηλές απαιτήσεις για αξιοπιστία,και το σύστημα δεν μπορεί να απενεργοποιηθεί ή ο χρόνος απενεργοποίησης πρέπει να είναι όσο το δυνατόν συντομότεροςΓενικά μιλώντας, το RAID δεν μπορεί να αντικαταστήσει το backup δεδομένων. Είναι ανίσχυρο για απώλεια δεδομένων που προκαλείται από αστοχίες εκτός δίσκου, όπως ιούς, ανθρώπινη καταστροφή, τυχαία διαγραφή, κλπ.η απώλεια δεδομένων είναι σχετική με το λειτουργικό σύστημαΓια το ίδιο το σύστημα RAID, τα δεδομένα είναι άθικτα και δεν έχει συμβεί καμία απώλεια.Η αποκατάσταση μετά από καταστροφή και άλλα μέτρα προστασίας δεδομένων είναι πολύ απαραίτητα, που συμπληρώνουν το RAID και προστατεύουν την ασφάλεια των δεδομένων σε διαφορετικά επίπεδα για την πρόληψη της απώλειας δεδομένων.

Υπάρχουν τρεις βασικές έννοιες και τεχνολογίες στο RAID: αντανάκλαση, απόσπαση δεδομένων και ισοτιμία δεδομένων.και από την άλληΠροφανώς, η απόδοση εγγραφής της αντανάκλασης είναι ελαφρώς χαμηλότερη,και χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να βεβαιωθείτε ότι τα δεδομένα γράφονται σωστά σε πολλαπλά δίσκαΤο data striping αποθηκεύει κομμάτια δεδομένων σε πολλούς διαφορετικούς δίσκους, και πολλά κομμάτια δεδομένων μαζί σχηματίζουν ένα πλήρες αντίγραφο δεδομένων,που διαφέρει από τα πολλαπλά αντίγραφα της αντανάκλασης και χρησιμοποιείται συνήθως για λόγους απόδοσης. Η αποκόλληση δεδομένων έχει υψηλότερη αμφοτερότητα ταυτόχρονης πρόσβασης.Έτσι λαμβάνεται μια πολύ σημαντική βελτίωση της απόδοσης I/OΗ ισοτιμία δεδομένων χρησιμοποιεί περιττά δεδομένα για την ανίχνευση και επισκευή σφαλμάτων δεδομένων. Τα περιττά δεδομένα υπολογίζονται συνήθως με αλγόριθμους όπως ο κώδικας Hamming και η λειτουργία XOR.Η χρήση της λειτουργίας ισοτιμίας μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αξιοπιστίαΩστόσο, η ισοτιμία δεδομένων πρέπει να διαβάζει δεδομένα από πολλαπλά σημεία και να εκτελεί υπολογισμούς και συγκρίσεις, οι οποίες θα επηρεάσουν τις επιδόσεις του συστήματος.Διαφορετικά επίπεδα RAID υιοθετούν μία ή περισσότερες από τις παραπάνω τρεις τεχνολογίες για να αποκτήσουν διαφορετική αξιοπιστία δεδομένων, διαθεσιμότητα και επιδόσεις I/O. Όσον αφορά το είδος του RAID (ακόμη και νέων επιπέδων ή τύπων) που πρέπει να σχεδιαστεί ή το είδος του RAID που πρέπει να υιοθετηθεί,είναι απαραίτητο να γίνει μια εύλογη επιλογή με βάση την προϋπόθεση της βαθιάς κατανόησης των απαιτήσεων του συστήματος και της ολοκληρωμένης αξιολόγησης της αξιοπιστίας, απόδοσης και κόστους για να κάνει μια συμβιβαστική επιλογή.

Πλεονεκτήματα του RAID

• Μεγάλη χωρητικότηταΑυτό είναι ένα προφανές πλεονέκτημα του RAID. Διεύρυνση της χωρητικότητας του δίσκου, και το σύστημα RAID που αποτελείται από πολλαπλούς δίσκους έχει τεράστιο χώρο αποθήκευσης.Έτσι η χωρητικότητα αποθήκευσης του RAID μπορεί να φτάσει στο επίπεδο PBΓενικά, η διαθέσιμη χωρητικότητα του RAID είναι μικρότερη από τη συνολική χωρητικότητα όλων των δίσκων μελών.Διαφορετικά επίπεδα των αλγορίθμων RAID απαιτούν ένα ορισμένο κόστος επανεξέτασηςΑν ο αλγόριθμος RAID και η χωρητικότητα είναι γνωστές, η διαθέσιμη χωρητικότητα του RAID μπορεί να υπολογιστεί.η χρησιμοποίηση της ικανότητας του RAID είναι μεταξύ 50% και 90%.

• Υψηλή απόδοση: Η υψηλή απόδοση του RAID επωφελείται από την τεχνολογία stripping δεδομένων.και είναι συχνά το εμπόδιο της απόδοσης του συστήματοςΜέσω της αποκόλλησης δεδομένων, το RAID διανέμει τα δεδομένα I/O σε κάθε δίσκο μέλος, λαμβάνοντας έτσι τη συνολική απόδοση I/O που είναι αρκετές φορές υψηλότερη από εκείνη ενός ενιαίου δίσκου.

• Αξιόπιστη: Η διαθεσιμότητα και η αξιοπιστία είναι άλλα σημαντικά χαρακτηριστικά του RAID. Θεωρητικά, η αξιοπιστία ενός συστήματος RAID που αποτελείται από πολλαπλούς δίσκους θα πρέπει να είναι χειρότερη από εκείνη ενός ενιαίου δίσκου.Υπάρχει μια έμμεση υπόθεση εδώ.Το RAID χρησιμοποιεί τεχνολογίες εφεδρείας δεδομένων όπως η αντανάκλαση και η ισοτιμία δεδομένων για να σπάσει αυτή την υπόθεση.Η αντανάκλαση είναι η πιο πρωτόγονη τεχνολογία., η οποία αντιγράφει πλήρως τα δεδομένα σε μια συγκεκριμένη ομάδα δίσκων σε άλλη ομάδα δίσκων, ώστε να διασφαλίζεται ότι υπάρχει πάντα διαθέσιμο αντίγραφο δεδομένων.Σε σύγκριση με το 50% του υπερβολικού κόστους της αντανάκλασης, η ισοτιμία των δεδομένων είναι πολύ μικρότερη και χρησιμοποιεί τις περιττές πληροφορίες ισοτιμίας για την επαλήθευση και τη διόρθωση των δεδομένων.Η τεχνολογία απόσπασης του RAID βελτιώνει σημαντικά τη διαθεσιμότητα και την αξιοπιστία των δεδομένων, και διασφαλίζει ότι όταν αρκετοί δίσκοι αποτύχουν, τα δεδομένα δεν θα χαθούν και η συνεχής λειτουργία του συστήματος δεν θα επηρεαστεί.

• ΔιαχειρίσιμηΣτην πραγματικότητα, το RAID είναι μια τεχνολογία εικονικοποίησης που εικονικοποιεί πολλαπλές φυσικές μονάδες δίσκου σε μια λογική μονάδα μεγάλης χωρητικότητας.γρήγορη και αξιόπιστη μεγάλη χωρητικότητα δίσκουΜε αυτόν τον τρόπο, οι χρήστες μπορούν να οργανώσουν και να αποθηκεύσουν τα δεδομένα του συστήματος εφαρμογής σε αυτό τον εικονικό δίσκο.Δεδομένου ότι το RAID έχει ολοκληρώσει ένα μεγάλο μέρος της εσωτερικής εργασίας διαχείρισης αποθήκευσης, ο διαχειριστής χρειάζεται μόνο να διαχειριστεί μια ενιαία εικονική μονάδα, η οποία μπορεί να εξοικονομήσει πολλά εργαλεία διαχείρισης.Το RAID μπορεί να προσθέσει ή να διαγράψει δυναμικά δίσκους και να εκτελέσει αυτόματα επαλήθευση δεδομένων και ανοικοδόμηση δεδομένων, η οποία μπορεί να απλοποιήσει σημαντικά τη διαχείριση.