REDADA

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RAID ( matriz redundante de discos independientes : una matriz redundante de discos independientes ) es una tecnología de virtualización de datos para combinar varios dispositivos de disco físico en un módulo lógico para mejorar la tolerancia a fallos y/o el rendimiento.

Historia

El término "RAID" fue propuesto en 1987 por Patterson ( David A. Patterson ), Gibson ( Garth A. Gibson ) y Katz ( Randy H. Katz ) como abreviatura del inglés. Matriz redundante de discos económicos ("matriz redundante de discos económicos"). En su presentación, argumentaron su invención por el costo relativamente bajo de una serie de discos baratos diseñados para computadoras personales , en comparación con los discos de alta capacidad, a los que llamaron "SLED" ( Single Large Expensive Drive ) [1] .

Más tarde, la decodificación del término cambió a Redundant Array of Independent Disks (una matriz redundante de discos independientes), porque los costosos discos de servidor se usaban a menudo en matrices.

Petterson y sus colegas de Berkeley presentaron especificaciones para cinco niveles de RAID que se han convertido en el estándar de facto [1] :

RAID 1 : matriz de discos en espejo;
RAID 2 : reservado para arreglos que usan código Hamming ;
matriz RAID de 3 discos con un disco de paridad dedicado ;
RAID 4 : matriz de discos en bandas con un disco de paridad dedicado;
RAID 5 es una matriz de discos con creación de bandas, incluidos los datos de paridad (no hay ningún disco asignado para el almacenamiento de paridad; los bloques de paridad se dividen en bandas con bloques de datos en cada disco).

Entre las implementaciones modernas de matrices RAID, se proporcionan niveles de especificación adicionales:

RAID 0 : matriz de discos seccionados de alto rendimiento sin tolerancia a fallas;
RAID 6 es una matriz de discos en bandas que utiliza dos sumas de comprobación calculadas de dos formas independientes;
RAID 10 : matriz RAID 0 creada a partir de matrices RAID 1;
RAID 50: matriz RAID 0 creada a partir de matrices RAID 5;
RAID 60: matriz RAID 0 creada a partir de matrices RAID 6;
RAID 1E es una matriz espejo de otras tres matrices: RAID 50, RAID 05, RAID 60 y otras.

Un controlador RAID de hardware puede tener características adicionales y admitir varias matrices RAID de diferentes niveles al mismo tiempo. Al mismo tiempo, muchos controladores RAID integrados en la placa base tienen solo dos estados en la configuración del BIOS (habilitado o deshabilitado), por lo que el sistema puede ignorar un disco duro nuevo conectado a una ranura de controlador no utilizada con el modo RAID habilitado hasta que se recupere. asociada como otra matriz RAID (spanned)JBOD consta de un disco.

Niveles de RAID implementados mediante el sistema de archivos ZFS :

RAID-Z: una unidad redundante;
RAID-Z2: dos discos redundantes;
RAID-Z3: tres discos redundantes.

Niveles básicos del modelo RAID

RAID 0

RAID 0 (striping - "striping") es una matriz de discos de dos o más discos duros sin redundancia. La información se divide en bloques de datos ( ) de longitud fija y se escribe en ambos/varios discos a la vez, es decir, un bloque ( ) en el primer disco y el segundo bloque ( ) en el segundo disco, respectivamente. $Ai}$ $A_{1}$ $A_{2}$

ventajas:

La velocidad de lectura de archivos aumenta n veces, donde n es el número de discos. Sin embargo, dicho rendimiento óptimo se logra solo para consultas grandes, cuando los fragmentos de archivos se encuentran en cada uno de los discos.

Defectos:

Existe un mayor riesgo de pérdida de datos debido a la falla de uno de los dispositivos de la matriz. Si denotamos la probabilidad de falla de un solo disco durante un año de operación como , entonces la probabilidad de falla de una matriz RAID 0 que consta de N discos de este tipo se puede calcular usando la fórmula y el valor resultante para cualquier N excederá significativamente . Si la probabilidad de falla de un solo disco en un año de operación es del 1 %, entonces una matriz que consta de dos de esos discos fallará con una probabilidad de alrededor del 2 % ( ), y una matriz de cinco de esos discos con una probabilidad del 5 %. % ( ). El cálculo muestra un aumento en la probabilidad de falla con un aumento en la cantidad de discos, casi lineal para una pequeña cantidad de discos. Por esta razón, la tecnología RAID 0 rara vez se usa en su forma pura, pero ha demostrado su eficacia como el nivel superior de RAID N0 en cascada (por ejemplo, RAID 10, RAID 50 o RAID 60), donde el número 0 solo significa que una matriz RAID 0 Se combinan múltiples matrices RAID N: RAID N + RAID 0 = RAID N0. $p_{1}$ ${\displaystyle p_{N}=1-(1-p_{1})^{N))$ $p_{1}$ $p_{2}=1-(1-p_{1})^{2}=2p_{1}-p_{1}^{2}=2\%-0,01\%=1,99\%$ $p_{5}=1-(1-p_{1})^{5}=4,90099501\%$

RAID 1

RAID 1 (duplicación - "duplicación"): una matriz de dos (o más) discos que son copias completas entre sí. No debe confundirse con RAID 1+0 (RAID 10), RAID 0+1 (RAID 01), que utilizan mecanismos de duplicación más sofisticados.

ventajas:

Proporciona una velocidad de escritura aceptable (la misma que sin duplicación) y una ganancia en la velocidad de lectura al paralelizar consultas [2] .
Tiene una alta confiabilidad: funciona siempre que esté funcionando al menos un disco en la matriz. La probabilidad de falla de dos discos a la vez es igual al producto de las probabilidades de falla de cada disco, es decir, mucho menor que la probabilidad de falla de un disco individual. En la práctica, si uno de los discos falla, se deben tomar medidas urgentes para restaurar la redundancia nuevamente. Para ello, con cualquier nivel de RAID (excepto cero), se recomienda utilizar discos de repuesto en caliente .

Defectos:

Por el precio de dos discos duros, el usuario obtiene el volumen de uno.

RAID 2

Los arreglos de este tipo se basan en el uso del código Hamming . Los discos se dividen en dos grupos: para datos y para códigos de corrección de errores, y si los datos se almacenan en discos, se necesitan discos para almacenar códigos de corrección . El número total de discos en este caso será igual a . Los datos se distribuyen en discos destinados a almacenar información de la misma forma que en RAID 0, es decir, se dividen en pequeños bloques según el número de discos. Los discos restantes almacenan códigos de corrección de errores, según los cuales, en caso de falla del disco duro, es posible recuperar la información. El método Hamming se ha utilizado durante mucho tiempo en la memoria ECC y le permite corregir errores únicos y detectar errores dobles sobre la marcha. $2^n - n - 1$ $norte$ $2^{n}-1$

El beneficio de una matriz RAID 2 es que las operaciones del disco son más rápidas que las de un solo disco.

La desventaja de una matriz RAID 2 es que la cantidad mínima de discos en la que tiene sentido usarlo es 7, solo que a partir de este número requiere menos discos que RAID 1 (4 discos con datos, 3 discos con códigos de corrección de errores) , la redundancia adicional disminuye exponencialmente.

RAID 3

En una matriz de discos RAID 3 , los datos se dividen en fragmentos más pequeños que un sector (se dividen en bytes) y se distribuyen por los discos. Otro disco se utiliza para almacenar bloques de paridad. En RAID 2, los discos se usaban para este propósito , pero la mayor parte de la información en los discos de control se usaba para la corrección de errores sobre la marcha, mientras que la mayoría de los usuarios están satisfechos con la recuperación simple de datos en caso de daño (usando la operación XOR) , para el cual hay suficientes datos que caben en un disco duro dedicado. $norte$ $n-1$ $\approx log_{2}(n)$

Diferencias entre RAID 3 y RAID 2: la imposibilidad de corregir errores sobre la marcha.

ventajas:

datos de lectura y escritura de alta velocidad;
El número mínimo de discos para crear una matriz es tres.

Defectos:

una matriz de este tipo es buena solo para trabajos de una sola tarea con archivos grandes, ya que el tiempo de acceso a un sector separado, dividido por discos, es igual al máximo de los intervalos de acceso a los sectores de cada uno de los discos. Para tamaños de bloque pequeños, el tiempo de acceso es mucho más largo que el tiempo de lectura.
una gran carga en el disco de control y, como resultado, su confiabilidad cae significativamente en comparación con los discos que almacenan datos.

RAID 4

RAID 4 es similar a RAID 3, pero se diferencia en que los datos se dividen en bloques en lugar de bytes. Por lo tanto, fue posible "ganar" parcialmente el problema de la baja tasa de transferencia de datos de una pequeña cantidad. Las escrituras son lentas debido al hecho de que la paridad de un bloque se genera durante las escrituras y se escribe en un solo disco.

De los sistemas de almacenamiento ampliamente utilizados, RAID-4 se usa en dispositivos NetApp (NetApp FAS), donde sus deficiencias se han eliminado con éxito al operar discos en un modo de escritura de grupo especial, determinado por el sistema de archivos WAFL interno que se usa en los dispositivos .

RAID 5

RAID 5 es una matriz de discos con división de bloques de datos y paridad [3] .

La principal desventaja de los niveles RAID 2 a 4 es la incapacidad de realizar operaciones de escritura en paralelo, ya que se usa un disco de paridad separado para almacenar la información de paridad. RAID 5 no tiene esta desventaja. Los bloques de datos y las sumas de verificación se escriben cíclicamente en todos los discos de la matriz, no hay asimetría en la configuración del disco. Las sumas de comprobación son el resultado de una operación XOR (o exclusiva). Xor tiene una característica que hace posible reemplazar cualquier operando con el resultado y, usando el algoritmo xor, obtener el operando faltante como resultado. Por ejemplo: a xor b = c (donde a , b , c son tres discos del arreglo raid), si a falla, podemos obtenerlo poniendo c en su lugar y dibujando xor entre c y b : c xor b = un . Esto se aplica independientemente del número de operandos: a xor b xor c xor d = e . Si c falla , entonces e toma su lugar y, después de xor , obtenemos c como resultado : a xor b xor e xor d = c . Este método esencialmente proporciona tolerancia a fallas de la versión 5. Solo se necesita 1 disco para almacenar el resultado de xor , cuyo tamaño es igual al tamaño de cualquier otro disco en el RAID.

El número mínimo de discos usados es tres.

ventajas:

RAID 5 se ha generalizado, principalmente debido a su rentabilidad. El tamaño de una matriz de discos RAID 5 se calcula mediante la fórmula (n−1)×S, donde n es la cantidad de discos en la matriz y S es el tamaño del disco (el más pequeño si los discos son de diferentes tamaños). Por ejemplo, para una matriz de cuatro unidades de 500 gigabytes, el volumen total será (4−1) × 500 = 1500 gigabytes, es decir, el 25 % se “pierde” frente al 50 % de RAID 10. Con un aumento en el número de unidades en el arreglo, los ahorros (en comparación con otros niveles de RAID con tolerancia a fallas) continúan creciendo. RAID 5 proporciona altas velocidades de lectura: la ganancia se logra a través de flujos de datos independientes de varios discos en la matriz, que se pueden procesar en paralelo.

Defectos:

El rendimiento de RAID 5 es notablemente inferior en las operaciones de escritura aleatoria (escribe en orden aleatorio), en las que el rendimiento cae entre un 10 % y un 25 % con respecto al rendimiento de RAID 0 (o RAID 10), ya que requiere más operaciones de disco (cada operación de escritura, a excepción de operaciones de "escritura de banda completa", se reemplaza en el controlador RAID por cuatro: dos lecturas y dos escrituras).

Cuando falla un disco, la confiabilidad del volumen disminuye inmediatamente al nivel RAID 0 con el número correspondiente de discos n-1, es decir, n-1 veces menor que la confiabilidad de un disco; este estado se denomina crítico (degradado o degradado). crítico). Regresar una matriz a su funcionamiento normal requiere un largo proceso de recuperación que conlleva una pérdida significativa en el rendimiento y un mayor riesgo. Durante la recuperación (reconstrucción o reconstrucción), el controlador realiza una lectura intensiva larga, lo que puede provocar la falla de uno o más discos en la matriz. Además, las lecturas pueden detectar fallas de lectura no detectadas previamente en arreglos de datos fríos (datos a los que no se accede durante el funcionamiento normal del arreglo, datos archivados e inactivos), lo que impide la recuperación. Si ocurre una falla antes de que la matriz se restaure por completo, o si se produce un error de lectura irrecuperable en al menos un disco más, la matriz se destruye y los datos que contiene no se pueden restaurar mediante métodos convencionales. Los controladores RAID pueden utilizar el análisis de atributos SMART para evitar tales situaciones.

RAID 6

RAID 6 es una matriz de cuatro o más unidades con paridad P+Q o DP, diseñada para proteger contra la pérdida de datos si dos unidades de disco duro de la matriz fallan al mismo tiempo. Dicha confiabilidad se logra a expensas del rendimiento y la reducción de la capacidad: para restaurar la información, se requieren dos operaciones computacionales y dos discos en la matriz no se usan para almacenar datos, sino para monitorear su integridad y recuperarse de fallas. Debido a los dos discos de redundancia, tiene un mayor grado de confiabilidad. Entre las matrices de discos, RAID 6 es la más confiable, pero también la más lenta. La velocidad de escritura de datos en una matriz RAID 6 es notablemente, hasta un 50 % menor que en RAID 5 incluso en una matriz RAID 6 completa, mientras que la velocidad de lectura de RAID 6 P + Q no difiere mucho de la de RAID 5 y RAID 10 [3] .

RAID 6 requiere al menos cuatro discos: dos o más discos de datos y dos discos de paridad [3] .

Estimaciones de rendimiento [3]

Situación	RAID 5	RAID 6 P+Q	RAID 6DP
Entrada opcional	100 %	cincuenta %	cincuenta %
Acceso serie	100 %	90%	60%
Recuperación de un solo disco en una matriz	100 %	~100%	Más lento

Opciones de RAID 6 [3] :

P+Q: una matriz con dos volúmenes de paridad "P" y "Q", según la arquitectura RAID 6 P+Q es una extensión de RAID 5 con un disco adicional "Q";
DP ( English Dual Parity , Double Parity ) es una matriz con doble paridad.

Dependiendo de la implementación, las matrices RAID 6 DP pueden tener diferentes límites en la cantidad de discos necesarios. En muchas implementaciones, la cantidad de discos en una matriz debe ser un número primo (por ejemplo, 5, de los cuales 3 discos de datos y 2 discos de paridad; 7, de los cuales 5 discos de datos y 2 discos de paridad; 11, de los cuales 9 discos de datos discos y 2 discos de paridad, etc.), algunas implementaciones tienen un requisito diferente: la cantidad de discos de matriz debe ser uno menos que un número primo (4, 6, 10, etc.). Tales restricciones reducen la flexibilidad en la construcción de arreglos de datos [3] .

Las limitaciones en las opciones para la cantidad de discos en una matriz RAID 6 DP están relacionadas con la complejidad de calcular la doble paridad de la "banda vertical" de datos en una cantidad arbitraria de discos. Las implementaciones con una cantidad de discos que son un múltiplo de un número primo permiten el uso de algoritmos simples para controlar la integridad de los datos, mientras que las implementaciones sin tales restricciones usan algoritmos complejos, lo que ralentiza aún más la matriz de discos [3] .

La ventaja de RAID 6 es su confiabilidad: es la más alta de todas las matrices de datos RAID, esto determina el alcance de las matrices RAID 6: entornos informáticos que requieren un alto nivel de disponibilidad continua de datos [3] .

Las desventajas de RAID 6 son el costo relativamente alto y la pérdida de rendimiento en comparación con RAID 5. El rendimiento de RAID 6 es el más bajo entre todas las matrices RAID [3] .

Principios matemáticos

La mayoría de las implementaciones de RAID 6 P+Q utilizan un polinomio de Galois ( polinomio ) , siendo el primer término del polinomio el exclusivo "o" utilizado en RAID 5 (su valor se escribe en el disco "P"), siendo el segundo término del polinomio más complejo , por lo general representa un "o" exclusivo con un multiplicador [3] . Las implementaciones de RAID 6 DP utilizan el cálculo XOR para franjas de bits horizontales y verticales en la matriz de discos, cada disco de paridad almacena su propia paridad (horizontal o vertical) [3] .

Niveles combinados

Además de los niveles RAID básicos del 0 al 6, descritos en el "estándar de formato de unidad de disco RAID común (DEF)", existen niveles combinados con nombres como "RAID α+β" o "RAID αβ", que generalmente significa " Un RAID β compuesto por varios RAID α' (a veces los proveedores lo interpretan a su manera), a veces denominado RAID híbrido [4] .

Por ejemplo:

RAID 10 (o RAID 1+0) es RAID 0 compuesto por dos o más RAID 1 (pares duplicados).
RAID 51: RAID 1 reflejando dos RAID 5.

Los niveles combinados heredan tanto las ventajas como las desventajas de sus "padres": la aparición de bandas en el nivel RAID 5 + 0 no le agrega confiabilidad, pero tiene un efecto positivo en el rendimiento. El nivel RAID 1+5 es probablemente muy fiable, pero no el más rápido y, además, extremadamente antieconómico: la capacidad útil del volumen es menos de la mitad de la capacidad total de los discos.

RAID 01 (RAID 0+1)

Una matriz RAID 01 (RAID 0+1) se denomina espejo de banda [5] . Es una matriz RAID 1 que consta de dos matrices RAID 0 anidadas. La cantidad de discos en ambas matrices RAID 0 anidadas debe ser la misma, debido a esta función, este tipo solo puede funcionar con una cantidad par de discos.

Dependiendo del fabricante del controlador RAID, RAID 0+1 puede significar otra configuración, además, algunos modelos ofrecen la creación de RAID 0+1 en un número impar de dispositivos [6] , de hecho, implementando RAID 1E bajo este nombre .

Como en RAID 1 "puro", el volumen útil de la matriz es la mitad del volumen total de todos los discos (si son discos de la misma capacidad).

La tolerancia a fallas de RAID 01 es menor que la de RAID 10 con aproximadamente el mismo rendimiento e igual volumen, por lo que este tipo de RAID prácticamente no se usa.

RAID 10 (RAID 1+0)

RAID 10 (RAID 1 + 0) es una matriz duplicada en la que los datos se escriben secuencialmente en varios discos, como en RAID 0. Esta arquitectura es una matriz de tipo RAID 0, cuyos segmentos son matrices RAID 1 en lugar de discos individuales. , una matriz de este nivel debe contener al menos 4 discos (y siempre un número par). RAID 10 combina alta tolerancia a fallos y rendimiento.

RAID 10 es una opción bastante confiable para el almacenamiento de datos debido al hecho de que toda la matriz RAID 10 solo fallará si fallan todas las unidades en la misma matriz RAID 1. En una matriz total de 4 unidades, con una unidad fallida, la posibilidad de falla del segundo en la misma matriz es 1/3 × 100 = 33%.

En comparación, RAID 0+1 fallará si fallan dos unidades en matrices diferentes. La probabilidad de falla de una unidad en una matriz vecina es 2/3 × 100 = 66%. Sin embargo, dado que la matriz RAID 0 con la unidad fallida ya no está en uso, la unidad en buen estado restante en esta matriz se puede excluir del cálculo y tenemos la posibilidad de que la siguiente unidad deshabilite la matriz: 2/2 × 100 = 100%.

Algunos fabricantes, como HP, utilizan la designación RAID 1+0 en sus controladores RAID (HP Smart Array P400) no solo para RAID 10. El tipo de RAID dependerá de la cantidad de discos utilizados en la configuración. Seleccionar RAID 1+0 en una configuración de 2 unidades dará como resultado RAID 1 y, para 4 unidades, RAID 10.

Niveles RAID no estándar

RAID 1E

RAID 1E (mejorado) es un espejo capaz de ejecutarse en un número impar de dispositivos.

Hay al menos dos algoritmos RAID 1E diferentes:

RAID 1E cerca (también conocido como RAID 1E seccionado) [7] ;
RAID 1E intercalado [8] .

Es posible que el manual de su controlador RAID no indique qué tipo de RAID 1E (cercano o intercalado) admite [9] . Lo que tienen en común es que son muy adecuados para crear una matriz de tres dispositivos de disco.

En RAID 1E near, el primer bloque de datos se escribe en el disco n.º 1 y en el disco n.º 2 (copia completa, como en RAID 1). El siguiente bloque va al disco No. 3 y al disco No. 4 (si no hay más discos, por ejemplo, no hay disco No. 4 en la matriz, el tercer disco es el último; el controlador regresa al disco No. .1 y pasa a la siguiente tira).

En RAID 1E intercalado, los datos se intercalan en tiras: los datos mismos se escriben en la primera tira y una copia de ellos se escribe en la segunda tira. Al pasar de una barra a otra, aumenta el índice del dispositivo desde el que comienza la grabación. Por lo tanto, el primer bloque de datos se escribe en el disco n.º 1 en la primera franja y en el disco n.º 2 en la segunda franja, el segundo bloque de datos se escribe en el disco n.º 2 en la primera franja y en el disco n.º 3 en la segunda. tira, y así sucesivamente.

La capacidad de la matriz resultante con RAID 1E es , donde N es la cantidad de discos en la matriz y S es la capacidad del disco más pequeño. ${\ estilo de visualización S*N/2}$

ventajas:

Buena transferencia de datos y velocidad de procesamiento de solicitudes.
A diferencia de RAID 1 y RAID 10, es posible organizar un espejo en un número impar de dispositivos.

Defectos:

Aumento del costo ya que solo se dispone de la mitad de la capacidad total de los dispositivos.
En algunos modelos de controlador, solo una unidad puede fallar y, por lo tanto, con un número par de unidades y sin unidad de intercambio en caliente, es preferible utilizar RAID 10 [8] .

El número mínimo de discos es tres (con dos, es indistinguible de RAID 1).

RAID 7

RAID 7 es una marca comercial registrada de Storage Computer Corporation y no es un nivel de RAID independiente. La estructura de la matriz es la siguiente: los datos se almacenan en discos, un disco se usa para almacenar bloques de paridad. Las escrituras en disco se almacenan en caché usando RAM, la matriz en sí requiere un UPS obligatorio ; en caso de un corte de energía, los datos se corrompen. $n-1$

El número 7 en el nombre da la impresión de que el sistema es de alguna manera superior a sus "hermanos pequeños" RAID 5 y 6, pero las matemáticas de RAID 7 no difieren de las de RAID 4, y el caché y las baterías se usan en los controladores RAID de todos. niveles (cuanto más caro es el controlador, más probable es que tenga estos componentes). Por lo tanto, aunque nadie niega que RAID 7 tiene alta confiabilidad y velocidad, no es un estándar de la industria, sino más bien una estrategia de marketing del único fabricante de este tipo de dispositivos, y solo esta empresa brinda soporte técnico para los mismos [10] .

RAID-DP

Hay una modificación de RAID-4 de NetApp: RAID-DP (paridad dual). La diferencia con una matriz tradicional radica en la asignación de dos discos separados para las sumas de verificación. Debido a la interacción de RAID-DP y el sistema de archivos WAFL (todas las operaciones de escritura son secuenciales y se realizan en el espacio libre), la caída del rendimiento se elimina tanto en comparación con RAID-5 como con RAID-6.

Controladores RAID de hardware

Representan una tarjeta de expansión o se colocan fuera del servidor (por ejemplo, como parte de un subsistema de disco externo o NAS ) [11] . Tienen su propio procesador, muchos tienen memoria caché para agilizar el trabajo. Las baterías se instalan opcionalmente en dispositivos más costosos (Unidad de respaldo de batería, abreviado BBU, químico o capacitor ) para guardar datos en el caché en caso de un corte de energía de emergencia. Las baterías de capacitores son más modernas, pero más costosas, ya que requieren adicionalmente un módulo de memoria FLASH no volátil, donde se copiará el caché en caso de accidente. Estas baterías no se deterioran con el tiempo y, a diferencia de las químicas, no requieren reemplazo durante la vida útil del servidor [12] .

Para conectar discos, el controlador puede tener puertos internos o externos, o ambos. Los puertos se pueden hacer de acuerdo con varios estándares (consulte la lista de conectores SAS internos y externos , así como SFF-8639 para ver un ejemplo ).

Los controladores de diferentes fabricantes, por regla general, no son compatibles ni intercambiables entre sí; esto debe tenerse en cuenta en caso de falla de la placa del controlador. La información sobre la configuración de la matriz RAID se almacena en discos, pero solo un controlador del mismo fabricante puede leerla, incluso desde discos totalmente funcionales, y recrear la matriz [13] . Para evitar este tipo de problemas, existen sistemas de disco en clúster [14] . Las matrices RAID de software tampoco tienen esta desventaja.

Características adicionales de los controladores RAID

Muchos controladores RAID están equipados con un conjunto de funciones adicionales:

" intercambio en caliente " (intercambio en caliente);
" hot reserve " (repuesto caliente);
comprobación de estabilidad.

Comparación de niveles de RAID

Nivel	Número de discos	Capacitancia efectiva [15] [16] [17] [18] [19]	Número permitido de discos fallidos	Fiabilidad	Velocidad de lectura	Velocidad de grabación	Nota
0	de 2	SxN	No	muy bajo	alto	alto	¡Pérdida de datos en caso de fallo de alguno de los discos!
una	de 2	S	N-1 discos	muy alto	promedio	promedio	N veces el costo del espacio en disco; la mayor fiabilidad posible; tamaño más pequeño posible, velocidad de lectura/escritura de un solo disco
1E	de 3	S×N/2	1 a N/2−1 discos	alto	alto	bajo	Pérdida de datos si dos discos adyacentes fallan al mismo tiempo, o el primero con el último
diez	de 4, incluso	S×N/2	1 a N/2 discos [20]	alto	alto	alto	el doble del costo del espacio en disco, la pérdida de datos cuando falla un grupo espejo (RAID 1), la operación es posible si al menos uno de los discos de un grupo espejo (RAID 1) sobrevive en cada grupo espejo (RAID 1).
01	de 4, incluso	S×N/2	1 a N/2 discos [20]	bajo	alto	alto	el doble del costo del espacio en disco, la pérdida de datos cuando falla un grupo espejo (RAID 1), la operación es posible solo si todos los discos de cualquier grupo de franja (RAID 0) sobreviven.
5	de 3	S×(N−1)	1 disco	promedio	alto	promedio
cincuenta	de 6, incluso	S×(N−2)	1 a 2 discos [21]	promedio	alto	alto
51	de 6, incluso	S×(N−2)/2	de 2 a N/2+1 discos [22]	alto	alto	bajo	duplicar el costo del espacio en disco
5E	de 4	S×(N−2)	1 disco	promedio	alto	alto	la unidad de copia de seguridad está inactiva y no se comprueba
5EE	de 4	S×(N−2)	1 disco	promedio	alto	alto	la unidad de copia de seguridad está inactiva y no se comprueba
6	de 4	S×(N−2)	2 discos	alto	alto	bajo o medio	velocidad de escritura según la implementación (puede coincidir con la velocidad de escritura de RAID 5)
60	a partir de las 8, incluso	S×(N−4)	2 a 4 discos [21]	promedio	alto	promedio
61	a partir de las 8, incluso	S×(N−2)/2	de 4 a N/2+2 discos [22]	alto	alto	bajo	duplicar el costo del espacio en disco

RAID de software

Para implementar RAID, puede usar no solo hardware, sino también componentes de software completos ( controladores ). Por ejemplo, en los sistemas kernel de Linux, el soporte existe directamente en el nivel del kernel . Los dispositivos RAID de Linux se pueden administrar mediante la utilidad mdadm . El software RAID tiene sus ventajas y desventajas. Por un lado, no cuesta nada (a diferencia de los controladores RAID de hardware ). Por otro lado, el software RAID utiliza algunos recursos de la CPU .

El kernel de Linux 2.6.28 admite los niveles de software RAID 0, 1, 4, 5, 6 y 10. La implementación permite que se cree RAID en particiones de disco individuales, que es similar a Matrix RAID que se describe a continuación. Se admite el arranque desde RAID.

Los sistemas operativos de la familia Windows NT , como Windows NT 3.1/3.5/3.51/ NT4 / 2000 / XP / 2003 , han admitido software RAID 0, RAID 1 y RAID 5 desde el diseño de esta familia (consulte Disco dinámico ). Windows XP Home no es compatible con RAID. Windows XP Pro admite RAID 0, y los desarrolladores bloquean la compatibilidad con RAID 1 y RAID 5, pero, sin embargo, se puede habilitar editando los archivos binarios del sistema operativo, lo cual está prohibido por el acuerdo de licencia [23] . Windows 7 admite software RAID 0 y RAID 1, Windows Server 2003 admite 0, 1 y 5.

FreeBSD tiene varias implementaciones RAID de software. Por ejemplo, atacontrol puede crear RAID de software completo o admitir RAID de semihardware en chips como el ICH5R. En FreeBSD, desde la versión 5.0, el subsistema de disco está controlado por el mecanismo GEOM integrado en el kernel. GEOM proporciona una estructura de disco modular, gracias a la cual nacieron módulos como gstripe (RAID 0), gmirror (RAID 1), graid3 (RAID 3), gconcat (que combina varios discos en una sola partición de disco). También hay clases ccd heredadas (RAID 0, RAID 1) y gvinum (vinum logic volume manager). A partir de FreeBSD 7.2, se admite el sistema de archivos ZFS , que puede crear niveles 0, 1, 5 y 6, así como niveles combinables.

OpenSolaris y Solaris 10 utilizan Solaris Volume Manager, que admite RAID 0, RAID 1, RAID 5 y cualquier combinación de ellos, como 1+0. RAID 6 es compatible con el sistema de archivos ZFS .

Matriz

Matrix RAID es una tecnología implementada por Intel en los puentes sur de sus conjuntos de chips , comenzando con ICH6R. Esta tecnología no es un nuevo nivel de RAID y no tiene soporte de hardware. Las herramientas del BIOS le permiten organizar varios dispositivos en una matriz lógica, cuyo procesamiento posterior es precisamente como una matriz RAID, se asigna al controlador. La tecnología permite organizar varias matrices de niveles RAID 1, RAID 0 y RAID 5 simultáneamente en diferentes particiones de disco [24] . Esto le permite seleccionar mayor confiabilidad para algunas particiones y alto rendimiento para otras.

Posteriormente, Intel anunció el cambio de nombre de la tecnología Matrix RAID a Intel Rapid Storage Technology (Intel RST) [25] .

Lista de controladores Intel compatibles con Intel RST [26] :

PCHM SATA RAID/AHCI;
PCH SATA RAID/AHCI;
ICH10R/DO SATA RAID/AHCI;
ICH10D SATA AHCI;
ICH9M-E SATA AHCI/RAID;
ICH9M AHCI;
E/S 82801IR (RAID y AHCI);
E/S 82801HEM (RAID y AHCI);
E/S 82801HBM (solo AHCI);
82801HR/HH/HO E/S (RAID y AHCI);
E/S 631xESB/632xESB (RAID y AHCI);
E/S 82801GHM (solo RAID);
E/S 82801GBM (solo AHCI);
82801GR/GH E/S (RAID y AHCI).

Mayor desarrollo de la idea de RAID

La idea de las matrices RAID es combinar discos, cada uno de los cuales se considera como un conjunto de sectores y, como resultado, el controlador del sistema de archivos "ve" como si fuera un solo disco y trabaja con él, sin prestar atención a su estructura interna. Sin embargo, puede lograr un aumento significativo en el rendimiento y la confiabilidad del sistema de disco si el controlador del sistema de archivos "sabe" que no está funcionando con un disco, sino con un conjunto de discos.

Además, si se destruye alguno de los discos de RAID 0, se perderá toda la información de la matriz. Pero si el controlador del sistema de archivos ha colocado cada archivo en un disco y la estructura de directorios está organizada correctamente, entonces, cuando se destruya cualquiera de los discos, solo se perderán los archivos que estaban en este disco; y los archivos que están completamente en los discos preservados permanecerán disponibles. Una idea similar de "aumentar la confiabilidad" se implementa en los arreglos JBOD .

La colocación de archivos en un enfoque de "todos los archivos residen completamente en un disco" tiene un efecto complejo/ambiguo en el rendimiento del sistema de disco. Para archivos pequeños, la latencia (tiempo de posicionamiento de la cabeza sobre la pista deseada + tiempo de espera para que el sector deseado llegue debajo de la cabeza) es más importante que el tiempo real de lectura/escritura; por lo tanto, si un archivo pequeño está completamente en un disco, el acceso a él será más rápido que si está repartido en dos discos (la estructura de las matrices RAID es tal que un archivo pequeño no puede estar en tres o más discos). Para archivos grandes, ubicarlos estrictamente en un disco puede ser peor que ubicarlos en múltiples discos; sin embargo, esto solo ocurrirá si los datos se intercambian en bloques grandes; o si se realizan muchos pequeños accesos al archivo en modo asíncrono, lo que permite trabajar con todos los discos en los que se encuentra este archivo a la vez.

Desventajas de RAID

Accidentes correlacionados

Las unidades en una matriz, con la excepción de los repuestos ("repuesto"), suelen tener la misma edad al principio, están sujetas a la misma carga e influencias ambientales, lo que viola las suposiciones sobre la probabilidad independiente de falla de la unidad; las fallas están en realidad correlacionadas estadísticamente. En la práctica, la posibilidad de una segunda falla antes de la primera recuperación es mayor que la posibilidad de fallas aleatorias.

Incompatibilidades de configuración

Aunque la configuración de la matriz se almacena directamente en los discos físicos, no existe un estándar generalmente aceptado para codificarla y almacenarla. Cuando un controlador falla, el usuario se ve obligado a comprar un controlador compatible para restaurar el acceso a los datos, en lugar de volver a crear una matriz vacía.

Véase también

JBOD es una matriz de discos con una distribución secuencial del espacio en disco entre los discos.
NAS : almacenamiento en red externo (se puede utilizar RAID).

Notas

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↑ 1 2 La información no se perderá si las unidades fallan en espejos diferentes.
↑ 1 2 La información no se perderá si falla la misma cantidad de discos en diferentes franjas.
↑ 1 2 La información no se perderá si fallan los discos dentro del mismo espejo.
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Literatura

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Enlaces

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