Рівень 5

Для виконання великої кількості операцій уведення-виведення з різних місць диска (довільний доступ), що буває, наприклад, під час роботи з базами даних, використовують RAID п’ятого рівня. В цьому масиві перевірні блоки розміщені по всіх дисках масиву, і зберігаються разом з даними. Це прискорює роботу з довільним доступом і гальмує роботу з доступом послідовним. Переваги, недоліки та сфера використання масивів RAID п’ятого рівня наведена у таблиці 6.7.

Таблиця 6.7. Переваги, недоліки та сфера використання масивів п’ятого рівня

Переваги	Найвища швидкість читання Середня швидкість запису Невелика кількість перевірочних даних — висока ефективність використання дискового простору
Недоліки	Відмова диску суттєво впливає на швидкість роботи системи Найскладніша конструкція контролера
Сфера застосування	Файлові сервера та сервера застосувань, веб-сервера, сервера баз даних, електронної пошти

Рівень 6

Шостий рівень подібний до п'ятого, проте забезпечує подвійний контроль парності. Крім обчислення перевірних даних з кожної смуги, виконуються обчислення і для диска в цілому. Тому такий масив має на один диск більше, ніж масив п’ятого рівня.

Інші рівні

Дискову систему сьомого рівня випускає тільки фірма Storage Computer Corp. У її продукції реалізоване асинхронне виконання операцій уведення-виведення, використана спеціалізована операційна система реального часу, та інші вирішення.

RAID десятого рівня вважають комбінацією рівнів першого та нульового. Недоліки масиву першого рівня – обмеженість та недостатність одного диска, недостатня продуктивність. Тому використовують підхід віртуального диска з почерговим записуванням блоків на різні диски і дзеркальне копіювання таких дискових масивів.

RAID 53 – це масив масивів, який логічно можна уявити у вигляді матриці, в колонках якої містяться масиви третього (або п’ятого) рівня, а в рядках – масиви нульового рівня.

На практиці найчастіше використовуються RAID рівнів 0, 1, 3, 5.

Технічна реалізація та окремі вирішення для RAID

Для реалізації масиву RAID можна застосувати:

• відповідні програмні продукти. Такі продукти є в Novell Netware, Windows та Linux. Вони дають змогу створити масив зі звичайних дисків, навіть різних типів. Таке вирішення дешеве, однак і продуктивність його невисока;

• плату розширення, яка містить відповідний контролер, її включають у роз’няття розширення сервера;

• окремий пристрій. Таке вирішення найдорожче, проте й забезпечує найвищі параметри щодо продуктивності, надійності та зручності адміністрування.

Закони Зіпфа та Парето

Емпіричні закони Зіпфа та Парето визначають частоти використання певних елементів.

Закон Зіпфа, сформульований американським лінгвістом та філософом Дж. Зіпфом (1902-1950) на основі аналізу частоти використання слів у тексті, яка може бути подана як рівнобічна гіпербола. Так, якщо найвживаніше слово у тексті використовується n раз, то слово друге за частотою використовується в k раз менше (n/k раз), а наступне слово — n/2k раз ітд. Значення k називають коефіціентом Зіпфа.

Закон Парето сформульований економістом Парето, який звернув увагу, що 20% населення володіє 80% всього національного багатства. Пізніше Семюель Бредфорд розширив цей принцип на неекономічні області, перш за все на закономірності бібліографічного пошуку.

Реалізація простих RAID масивів підтримується сучасними материнськими платами – контролер Serial ATA RAID включено у набір мікросхем системної плати.

Різні фірми розробили окремі вирішення, спрямовані на поліпшення роботи масивів RAID. Так, Digital використовує кеш зворотного запису з живленням від батарей. Відомо, що кешування інформації прискорює операції записування та читання. Однак, якщо виникне збій і частина даних виявиться не переписаною з кешу на диск, то інформацію буде втрачено. Запобігти цьому покликане додаткове живлення кешу з батарей. У разі поновлення роботи сервера першою буде записана інформація кешу.

Деякі фірми застосовують потрійні дзеркальні диски. Крім додаткового захисту інформації, така конфігурація дає змогу тимчасово від’єднувати один з дисків для резервного копіювання.

HP пропонує технологію динамічного конфігурування RAID. У звичайних системах є чітке відображення між логічними блоками віртуального диска і фізичними блоками дисків масиву. Це полегшує роботу контролера, збільшує його продуктивність, проте утруднює роботу адміністратора, який повинен підбирати параметри оптимального функціювання масиву вручну. Технологія динамічного конфігурування дає змогу автоматично обирати рівні RAID залежно від характеристик інформації, додавати до дискового масиву нові диски без зупинення інших. У цій технології використана проміжна адресна таблиця блоків.

Дублювання жорстких дисків не вирішує всіх проблем з надійністю сервера. Для її підвищення застосовують дублювання й інших пристроїв: SCSI адаптерів, дискових котролерів, джерел живлення, вентиляторів тощо.

MAID

В 2002 році в університеті ш. Колорадо Д.Колларели та Д.Грюнвальд запропонували використати масиви дисків для збереження зархівованих даних. В сучасних умовах, коли вартість окремого диску стрімко падає, стає вигідним будувати величезні масиви дисків. А щоб зекономити споживання електроенергії та зменшити тепловиділення, значну частину дисків можна періодично зупиняти. Такі дискові масиви отримали назву MAID (Massive Array of Idle Disks). MAID диски працюють з даними у режимі WORO (Write Once, Read Occasionally). При цьому до значної частини даних не звертаються взагалі.

Спочатку була запропонована така схема організації масива MAID. Усі диски поділялися на два рівні. Диски нульового рівня не працюють в нормальному режимі. Диски першого рівня виконують функції кешу і постійно ввімкнені. Якщо інформації у кешу немає, то вмикається один з дисків у нульового рівня. Як виявилося така схема має ряд суттєвих недоліків. Зокрема, залежно від значення коефіціентів Зіпфа та Парето-Бредфорда (див. врізку), потрібна ємність дисків першого рівня може різко зрости і звести нанівець усі переваги в економії електроенергії. Крім того, вузьким місцем стає обмін даними між дисками нульового та першого рівнів

Розглянемо будову дискового масиву фірми Copan. В масив входить 896 дисків сумарною ємністю у 224 Тбайта. Більшість дисків простоюють, а запускаються тільки тоді, коли потрібна інформація, що зберігається на них. Кожен диск є незалежним елементом збереження даних, а самі дані можуть мігрувати між дисками. Окремий рівень кешування — відсутній.

Диски у масиві утворюють трьохрівневу архітектуру. На нульовому рівні знаходиться коробка з 14 дисками обсягом 250 Гбайт кожен. Вісім коробок дисків зібрано в одну полицю. На найвищому рівні вісім полиць розміщують в одній стійці.

На кожному рівні є свій блок керування. Блок керування коробки забезпечує маршрутизацію даних та контроль температури. На рівні полиці контролер забезпечує внутрішню організацію збереження даних по типу RAID, а також кешування. На рівні стійки блок керування надає зовнішній доступ до бібліотеки згідно з протоклами SCSI, iSCSI, NFS, CIFS.

В процесі роботи виявилося, що оптимальна кількість ввімкнених дисків складає 0.27 від загальної кількості дисків. Для збільшення надійності у кожній коробці 4 диски є резервними і можуть бути перекомутовані так, щоб замінити довільний диск, у будь-якій іншій коробці, якщо той вийде з ладу.

Приймаючи до уваги, що певна кількість дисків не працює, традиційні підходи до реалізації RAID дисків були непридатні і довелося розробляти окремо Power Managed RAID.

Загалом масиви MAID забезпечують надійне та дешеве збереження даних у таких галузях застосування:

• системи архівації даних;

• бібліотеки контенту