Вложенные уровни RAID

Вложенные уровни RAID , также известные как гибридный RAID , объединяют два или более стандартных уровней RAID (где « RAID » означает «избыточный массив независимых дисков» или «избыточный массив недорогих дисков») для повышения производительности, дополнительной избыточности или того и другого. , в результате объединения свойств различных стандартных макетов RAID. ^[1]^[2]

Вложенные уровни RAID обычно нумеруются с помощью ряда чисел, тогда как наиболее часто используемые уровни используют два числа. Первое число в числовом обозначении обозначает самый низкий уровень RAID в «стеке», а самое правое — самый высокий уровень RAID; например, RAID 50 накладывает чередование данных RAID 0 поверх распределенной четности RAID 5 . Вложенные уровни RAID включают RAID 01, RAID 10, RAID 100, RAID 50 и RAID 60, которые сочетают в себе чередование данных с другими методами RAID; В результате многоуровневой схемы RAID 01 и RAID 10 представляют собой существенно разные вложенные уровни RAID. ^[3]

РЕЙД 01 (РЕЙД 0+1)

Вложенная конфигурация RAID 01.

RAID 01 , также называемый RAID 0+1 , представляет собой уровень RAID , использующий зеркало полос, обеспечивающий как репликацию, так и совместное использование данных между дисками. ^[3] Полезная емкость массива RAID 01 такая же, как и у массива RAID 1, состоящего из тех же дисков, в котором одна половина дисков используется для зеркалирования другой половины. $(N/2)\cdot S_{\mathrm {min} }$ , где $N$ общее количество дисков и $S_{\mathrm {min} }$ — емкость наименьшего диска в массиве. ^[4]

В стандартной конфигурации RAID 01 требуется как минимум четыре диска, но также используются массивы большего размера.

РЕЙД 03 (РЕЙД 0+3)

RAID 03 , также называемый RAID 0+3 и иногда RAID 53 , похож на RAID 01, за исключением того, что вместо зеркалирования используется чередование на уровне байтов с выделенной четностью. ^[5]

RAID 10 (RAID 1+0)

RAID 10 , также называемый RAID 1+0 , а иногда и RAID 1&0 , похож на RAID 01, за исключением того, что два используемых стандартных уровня RAID расположены в противоположном порядке; таким образом, RAID 10 представляет собой полосу зеркал. ^[3]

RAID 10, по признанию ассоциации производителей систем хранения данных и обычно реализуемый RAID-контроллерами, представляет собой массив зеркал RAID 0, которые могут быть двух- или трехсторонними зеркалами. ^[6] и требует как минимум четырех дисков. было создано нестандартное определение «RAID 10» Однако для драйвера Linux MD ; Linux «RAID 10» может быть реализован всего с двумя дисками. Реализации, поддерживающие два диска, такие как Linux RAID 10, предлагают выбор макетов. ^[7] Также возможны массивы из более чем четырех дисков.

Согласно спецификациям производителя и официальным независимым тестам, в большинстве случаев RAID 10 ^[8] обеспечивает лучшую пропускную способность и задержку, чем все другие уровни RAID ^[9] кроме RAID 0 (который выигрывает по пропускной способности). ^[10] Таким образом, это предпочтительный уровень RAID для приложений с интенсивным вводом-выводом, таких как базы данных, электронная почта и веб-серверы, а также для любого другого использования, требующего высокой производительности диска. ^[11]

RAID 50 (RAID 5+0)

RAID 50 , также называемый RAID 5+0 , сочетает в себе прямое чередование на уровне блоков RAID 0 с распределенной четностью RAID 5. ^[3] Поскольку массив RAID 0 разделен на элементы RAID 5, минимальная конфигурация RAID 50 требует шести дисков. Справа показан пример, в котором три коллекции RAID 5 по 120 ГБ объединены вместе, образуя 720 ГБ общего дискового пространства.

Один диск из каждого набора RAID 5 может выйти из строя без потери данных; например, конфигурация RAID 50, включающая три набора RAID 5, может допускать одновременно три возможных отказа диска (но только один на каждый набор RAID 5). Поскольку надежность системы зависит от быстрой замены неисправного диска для возможности восстановления массива, обычно включаются «горячие» резервы , которые могут немедленно начать восстановление массива в случае сбоя. Однако это не решает проблему, заключающуюся в том, что массив подвергается максимальной нагрузке при чтении каждого бита для восстановления массива в тот момент, когда он наиболее уязвим. ^[12]^[13]

RAID 50 повышает производительность RAID 5, особенно во время записи, и обеспечивает лучшую отказоустойчивость, чем одиночный уровень RAID. Этот уровень рекомендуется для приложений, которым требуется высокая отказоустойчивость, емкость и производительность произвольного доступа. По мере увеличения количества дисков в наборе RAID и увеличения емкости дисков это соответственно влияет на время восстановления после сбоя, поскольку интервал восстановления набора RAID увеличивается. ^[12]^[13]

RAID 60 (RAID 6+0)

RAID 60 , также называемый RAID 6+0 , сочетает в себе прямое чередование на уровне блоков RAID 0 с распределенной двойной четностью RAID 6, в результате чего получается массив RAID 0 с чередованием элементов RAID 6. Требуется как минимум восемь дисков. ^[14]

РЕЙД 100 (РЕЙД 10+0)

RAID 100 , иногда также называемый RAID 10+0 , представляет собой полосу RAID 10. Это логически эквивалентно более широкому массиву RAID 10, но обычно реализуется с использованием программного RAID 0 вместо аппаратного RAID 10. Будучи «полосатым в двух направлениях», RAID 100 описывается как « клетчатый RAID». ^[15]

Сравнение

В следующей таблице представлен обзор некоторых особенностей вложенных уровней RAID. В каждом случае:

Эффективность использования пространства выражается в количестве приводов $n$ ; это выражение обозначает дробное значение от нуля до единицы, представляющее долю суммы мощностей накопителей, доступную для использования. Например, если три диска объединены в RAID 3, это дает эффективность использования пространства массива $1 - 1/ n = 1 - 1/3 = 2/3 \approx 67%$ ; таким образом, если каждый диск в этом примере имеет емкость 250 ГБ, то общая емкость массива составляет 750 ГБ, но емкость, которую можно использовать для хранения данных, составляет только 500 ГБ. Иногда необходимо использовать $m$ вместо $n$ из-за особенностей конфигурации (используется в RAID 10). Отказоустойчивость использует $m$ для представительства вместо $n$ , на определенных уровнях вложенного RAID (расчет отказоустойчивости см. ниже). $m$ — это количество дисков в каждом зеркале, а не общее количество дисков.
Отказоустойчивость — это допустимое количество сбоев дисков, где min — гарантированное количество сбоев, которые может обработать RAID, а max — максимально возможное без гарантированного сбоя.
Интенсивность отказов выражается в виде количества приводов. $n$ (или количество дисков $m$ в каждом зеркале, в некоторых случаях), а также интенсивность отказов дисков, $r$ (который считается идентичным и независимым для каждого привода) и может рассматриваться как испытание Бернулли . ^{[ нужна ссылка ]} Например, если каждый из трех дисков имеет частоту отказов 5% в течение следующих трех лет, и эти диски организованы в RAID 3, то это дает частоту отказов массива в течение следующих трех лет:

{\begin{aligned}1-(1-r)^{n}-nr(1-r)^{n-1}&=1-(1-5\%)^{3}-3\times 5\%\times (1-5\%)^{3-1}\\&=1-0.95^{3}-0.15\times 0.95^{2}\\&=1-0.857375-0.135375\\&=0.00725\\&\approx 0.7\%\end{aligned}}

Уровень	Описание	Минимальное количество дисков ^[а]	Эффективность использования пространства	Отказоустойчивость
Уровень	Описание	Минимальное количество дисков ^[а]	Эффективность использования пространства	Мин	Макс
Рейд 01	Чередование на уровне блоков и зеркалирование без контроля четности	4	$1/ полоски на полоску$	$полосок на полоску - 1$	$n - n / полос на полосу$
Рейд 03	Чередование на уровне блоков и чередование на уровне байтов с выделенной четностью	6	$1 - 1/ полосок на полосу$	$1$	$n / полосок на полосу$
Рейд 10 ^[б]	Зеркальное отображение без контроля четности и чередование на уровне блоков	4	$1/ полоски на полоску$	$полосок на полоску - 1$	$(полосок на полосу - 1) \times полосок на полосу$
Рейд 1+6	Зеркальное отображение без четности и чередование на уровне блоков с двойной распределенной четностью.	8	$(1-2/ полоски на полоску)/2$	$2 \times полоски на полоску$	$2 x полоски на полоску + (n / полосок на полоску) - 2$
Рейд 50	Чередование на уровне блоков с распределенной четностью и чередование на уровне блоков	6	$1 - (1 / полоски на полосу)$	$1$	$n / полосок на полосу$
Рейд 60	Распределение на уровне блоков с двойной распределенной четностью и чередование на уровне блоков	8	$1 - (2/ полоски на полосу)$	$2$	$2 \times (n / полосок на полосу)$
Рейд 100	Зеркальное отображение без четности и два уровня чередования на уровне блоков	8	$1/ полоски на полоску$	$полосок на полоску - 1$	$(полосок на полосу - 1) \times (полосок на полосу)$

См. также

Пояснительные примечания

^ Предполагается невырожденное минимальное количество дисков.
^ Теоретическая максимальная производительность чтения может быть представлена как n ×. Однако на практике это может быть всего лишь $(n / spans)$ ×, в зависимости от конфигурации и реализации; теоретическая максимальная производительность записи может быть представлена как $(n / spans)$ ×, что близко к наблюдаемым на практике значениям; См. раздел «Сравнение производительности» выше для объяснения n .

Ссылки

^ Дельмар, Майкл Грейвс (2003). «Восстановление данных и отказоустойчивость». Полное руководство по работе в сети и Network+ . Cengage Обучение. п. 448. ИСБН 1-4018-3339-Х .
^ Мишра, Словакия; Вемулапалли, СК; Мохапатра, П. (1995). «Дисковый массив с двойным перекрестием: высоконадежная архитектура гибридного RAID». Материалы Международной конференции по параллельной обработке 1995 года: Том 1 . ЦРК Пресс . стр. I-146 и далее . ISBN 0-8493-2615-Х .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Лейтон, Джеффри Б. (6 января 2011 г.). «Введение в Nested-RAID: RAID-01 и RAID-10» . Linux-Mag.com . Журнал Линукс . Архивировано из оригинала 10 января 2011 года . Проверено 1 февраля 2015 г. {{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
^ Козерок, Чарльз (17 августа 2018 г.). «Уровни RAID 0+1 (01) и 1+0 (10)» . Руководство для ПК . Проверено 28 мая 2019 г.
^ Козерок, Чарльз (5 сентября 2018 г.). «RAID-уровни 0+3 (03 или 53) и 3+0 (30)» . Руководство для ПК . Проверено 28 мая 2019 г.
^ Докинз, Билл; Джонс, Арнольд (28 июля 2006 г.). «Спецификация общего формата данных RAID-диска» (PDF) . SNIA.org (1.2 изд.). Ассоциация производителей сетей хранения данных . Архивировано из оригинала (PDF) 24 августа 2009 г. Проверено 31 января 2015 г.
^ Браун, Нил (27 августа 2004 г.). «RAID10 в драйвере Linux MD» . Архивировано из оригинала 12 сентября 2013 года . Проверено 17 апреля 2009 г.
^ наборы микросхем /imsm/sb/CS-020655.htm «Технология Intel Rapid Storage: что такое RAID 10?» . Интел . 16 ноября 2009 г.
^ «Производительность RAID-контроллера IBM и HP SAS 6 Гбит/с» (PDF) . Демартек. Октябрь 2009 г. Архивировано из оригинала (PDF) 5 июня 2011 г.
^ Козерок, Чарльз (15 августа 2018 г.). «Краткое сравнение уровней RAID» . Руководство для ПК . Проверено 28 мая 2019 г.
^ Гупта, Сильвер (2002). Основы сети хранения данных . Сиско Пресс . п. 268. ИСБН 1-58705-065-Х .
^ Jump up to: ^а ^б «Руководство по RAID для серверов Cisco UCS, Глава 1: Обзор RAID» (PDF) . Cisco.com . Сиско Системы . стр. 1–14, 1–15 . Проверено 1 февраля 2015 г.
^ Jump up to: ^а ^б Лоу, Скотт (9 июля 2010 г.). «RAID 50 предлагает баланс производительности, емкости хранилища и целостности данных» . TechRepublic.com . Проверено 1 февраля 2015 г.
^ «Какой уровень RAID мне подходит: RAID 60 (чередование и чередование с двойной стороной)» . Адаптек.com . Адаптек . Архивировано из оригинала 10 июля 2015 г. Проверено 3 февраля 2015 г.
^ МакКинстри, Джим. «Управление сервером: вопросы и ответы» . SAMag.com . Архивировано из оригинала 19 января 2008 года.

Дальнейшее чтение

«Знакомство с RAID» . Поддержка.Dell.com. Делл . 2009. Архивировано из оригинала 20 февраля 2009 г. Проверено 15 апреля 2016 г.

[NonDegenerate-16] Предполагается невырожденное минимальное количество дисков.

[RAID_10_I/O_Performance-17] Теоретическая максимальная производительность чтения может быть представлена как n ×. Однако на практике это может быть всего лишь $(n / spans)$ ×, в зависимости от конфигурации и реализации; теоретическая максимальная производительность записи может быть представлена как $(n / spans)$ ×, что близко к наблюдаемым на практике значениям; См. раздел «Сравнение производительности» выше для объяснения n .

[Delmar-1] Дельмар, Майкл Грейвс (2003). «Восстановление данных и отказоустойчивость». Полное руководство по работе в сети и Network+ . Cengage Обучение. п. 448. ИСБН 1-4018-3339-Х .

[Mishra-2] Мишра, Словакия; Вемулапалли, СК; Мохапатра, П. (1995). «Дисковый массив с двойным перекрестием: высоконадежная архитектура гибридного RAID». Материалы Международной конференции по параллельной обработке 1995 года: Том 1 . ЦРК Пресс . стр. I-146 и далее . ISBN 0-8493-2615-Х .

[linux-mag-7928-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Лейтон, Джеффри Б. (6 января 2011 г.). «Введение в Nested-RAID: RAID-01 и RAID-10» . Linux-Mag.com . Журнал Линукс . Архивировано из оригинала 10 января 2011 года . Проверено 1 февраля 2015 г. {{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )

[4] Козерок, Чарльз (17 августа 2018 г.). «Уровни RAID 0+1 (01) и 1+0 (10)» . Руководство для ПК . Проверено 28 мая 2019 г.

[5] Козерок, Чарльз (5 сентября 2018 г.). «RAID-уровни 0+3 (03 или 53) и 3+0 (30)» . Руководство для ПК . Проверено 28 мая 2019 г.

[6] Докинз, Билл; Джонс, Арнольд (28 июля 2006 г.). «Спецификация общего формата данных RAID-диска» (PDF) . SNIA.org (1.2 изд.). Ассоциация производителей сетей хранения данных . Архивировано из оригинала (PDF) 24 августа 2009 г. Проверено 31 января 2015 г.

[7] Браун, Нил (27 августа 2004 г.). «RAID10 в драйвере Linux MD» . Архивировано из оригинала 12 сентября 2013 года . Проверено 17 апреля 2009 г.

[8] наборы микросхем /imsm/sb/CS-020655.htm «Технология Intel Rapid Storage: что такое RAID 10?» . Интел . 16 ноября 2009 г.

[9] «Производительность RAID-контроллера IBM и HP SAS 6 Гбит/с» (PDF) . Демартек. Октябрь 2009 г. Архивировано из оригинала (PDF) 5 июня 2011 г.

[10] Козерок, Чарльз (15 августа 2018 г.). «Краткое сравнение уровней RAID» . Руководство для ПК . Проверено 28 мая 2019 г.

[11] Гупта, Сильвер (2002). Основы сети хранения данных . Сиско Пресс . п. 268. ИСБН 1-58705-065-Х .

[cisco-raid-12] Jump up to: ^а ^б «Руководство по RAID для серверов Cisco UCS, Глава 1: Обзор RAID» (PDF) . Cisco.com . Сиско Системы . стр. 1–14, 1–15 . Проверено 1 февраля 2015 г.

[techrepublic-13] Jump up to: ^а ^б Лоу, Скотт (9 июля 2010 г.). «RAID 50 предлагает баланс производительности, емкости хранилища и целостности данных» . TechRepublic.com . Проверено 1 февраля 2015 г.

[14] «Какой уровень RAID мне подходит: RAID 60 (чередование и чередование с двойной стороной)» . Адаптек.com . Адаптек . Архивировано из оригинала 10 июля 2015 г. Проверено 3 февраля 2015 г.

[15] МакКинстри, Джим. «Управление сервером: вопросы и ответы» . SAMag.com . Архивировано из оригинала 19 января 2008 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[а]

[б]

v т и Рейд
Резервный массив независимых дисков
Дисковые массивы	Очистка данных Распределение данных Контроллер дискового массива Зеркальное отображение дисков Четность привода
Уровни RAID	Стандартный Вложенный Нестандартный
Принципы	Доступность Отказоустойчивость Избыточность данных Ухудшенный режим Аварийное переключение Бит четности Репликация Масштабируемость Пропускная способность
Интерфейсы	биоктл геометрия мдадм Oracle ZFS
Архитектуры дисков без RAID