47. Дисковые массивы raid3, raid5. (Лекция 10)

В массиве RAID 3 из   дисков данные разбиваются на куски размером меньше сектора (разбиваются на байты) или блока и распределяются по   дискам. Ещё один диск используется для хранения блоков чётности. В RAID 2 для этой цели применялся   диск, но большая часть информации на контрольных дисках использовалась для коррекции ошибок на лету, в то время как большинство пользователей удовлетворяет простое восстановление информации в случае поломки диска, для чего хватает информации, умещающейся на одном выделенном жёстком диске. Отличия RAID 3 от RAID 2: невозможность коррекции ошибок на лету и меньшая избыточность.

RAID 3 – чередование с контролем четности и выделенным резервным диском

Бит четности для чередования на N дисков: P(i) = B(i)N XOR B(i)N-1 XOR … B(i)1

Восстановление 1-го элемента: B(i)1 = P(i) XOR B(i)N XOR B(i)N-1 XOR … B(i)2

Итог – для N дисков допускается выход из строя 1-го из них

Преимущества: - хорошая надежность; - высокая производительность последовательного чтения; - малые потери дискового объема на избыточность (1 диск).

Н едостатки: - имеется выделенный диск для хранения данных четности;- не очень эффективная запись;- посредственные характеристики при произвольном доступе. - допустима поломка только одного диска.

Особенности ввода вывода: Диски используются параллельно, т.е. все диски выполняют операции в одной и той же позиции (дорожка, цилиндр, сектор). Размер блока очень мал – несколько байт. Операция последовательного чтения очень эффективна.

Применение: Приложения с небольшим числом запросов с большим объемом данных.

Родственные технологии с параллельным использованием дисков. RAID 2 – вместо четности применялись коды коррекции ошибок (обычно коды Хэмминга). Недостатки – требовалось больше дисков для избыточной информации. Не используется. RAID 7 – современная вариация RAID 3. Технологии RAID 3/7 удобны для систем с устойчивым массированным чтением при малом числе запросов.

Основным недостатком уровней RAID от 2-го до 4-го является невозможность производить параллельные операции записи, т.к. для хранения информации о чётности испол-ся отдельный контрольный диск. RAID 5 не имеет этого недостатка. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, нет асимметричности конфигурации дисков. Под контрольными суммами подразумевается результат операции XOR (исключающее или). Xor обладает особенностью, которая применяется в RAID 5, которая даёт возможность заменить любой операнд результатом, и, применив алгоритм xor, получить в результате недостающий операнд. Например: a xor b = c (где a, b, c - три диска рейд-массива), в случае если a откажет, мы можем получить его, поставив на его место c и проведя xor между c и b: c xor b = a. Это применимо вне зависимости от количества операндов: a xor b xor c xor d = e. Если отказывает c тогда e встаёт на его место и проведя xor в результате получаем c: a xor b xor e xor d = c. Этот метод по сути обеспечивает отказоустойчивость 5 версии. Для хранения результата xor требуется всего 1 диск, размер которого равен размеру любого другого диска в raid.

R AID 5 – чередование с контролем четности без выделения резервного диска

Алгоритм расчета четности аналогичен RAID 3, однако P формируется побитно для блока, а не для байта. P распределяется по всем дискам со сдвигом, т.е. выделенного диска для P - нет.

Преимущества: - хорошая надежность;- хорошая производительность произвольного чтения; - хорошая запись малых объемов данных;- малые потери дискового объема на избыточность (1 диск).

Недостатки:- не очень эффективная запись;- нет выигрыша при последовательном доступе;- допустима поломка только одного диска.

Особенности ввода вывода: Диски используются независимо, т.е. хорошо (параллельно) реализована обработка большого числа малых операций с произвольным доступом.

Применение: Приложения с большим числом запросов чтения. Для повышения надежности применяется диск замены (hot-spare), подключаемый после поломки одного из дисков в RAID5.

Родственные технологии с независимым использованием дисков: RAID 4 – аналог RAID 3 для блоков вместо байтов. Недостатки – запись на отдельный диск эффективна только при параллельном использовании.. RAID 6 – вариант RAID 5 c применением двух алгоритмов расчета избыточности. При операциях записи медленнее RAID5, однако обеспечивает высокую отказоустойчивость.