RAID Labs

 

Jakmile se řekne diskové pole, vybaví se obvykle RAID 0 až 5. Existují však další technologie, které zvyšují rychlost, zabezpečení, případně obojí. Jak pracuje RAID 6, 60, 1E, 5E, 1E0 či RAID 100, co udělá s daty RAID 5EE nebo 00? A co Matrix RAID? Nejen na tyto otázky odpoví náš vyčerpávající přehled různých typů RAID polí.

Začněme pěkně od začátku. Disková pole se označují zkratkou RAID, znamenající redundantní pole nezávislých / levných disků (Kalifornská univerzita v Berkeley preferuje „nezávislých“, Microsoft zase „levných“). Oba výklady jsou správné ze svého úhlu pohledu. První RAID pole používala disky velikostí 5,25“ a 3,5“ s cílem vytlačit vysokokapacitní rozměrné disky 14“. Běžný disk měl na přelomu 80. a 90. let pidi kapacitu v porovnání s 14“ monstry, a ani spolehlivost nebyla nijak závratná (například kolem 100 000 hodin MTBF). RAID pole tedy nutně muselo zvýšit spolehlivost uložení dat, aby se i tak malé a levné disky mohly použít pro uchování důležitých informací. Postupně se vytvořilo několik mechanismů:

• RAID 1 = mirroring
• RAID 2 = Hammingův systém ECC
• RAID 3 = byte striping s paritním diskem
• RAID 4 = blokový striping s paritním diskem
• RAID 5 = blokový striping s distribuovanou paritou

Speciální variantou RAID 1 byl takzvaný duplexing, kde se zdvojuje nejen disk, ale také jeho řadič. Tento způsob podporoval například Novell Netware. Nebyl zde vyjmenován RAID 0 (striping), což je diskové pole jednoznačně zaměřené na zvýšení výkonu i za cenu snížení spolehlivosti; také proto je občas z rodiny „slušných“ RAID polí vylučován. JBOD (Just a Bunch of Disks) je „pole nepole“, protože ani nezvyšuje spolehlivost, ani přenosovou rychlost. Jako jediné si nedělá hlavu z disků různých kapacit, jelikož ji pouze spojuje dohromady v jeden logický disk. Digital označoval JBOD jako RAID 7. Mezi násobná pole patří RAID 10, kde jsou zrcadlená pole zapojená do RAID 0. Sesterským typem je RAID 0+1 neboli RAID 01, kde jsou naopak zrcadlená pole RAID 0.

Dále se zaměříme na některá méně obvyklá RAID pole:

Matrix RAID

Matrix RAID se plným názvem jmenuje IMST (Intel Matrix Storage Technology). Je tedy jasno, odkud vítr fouká. Jedná se o přídavnou funkci některých čipsetů tohoto výrobce. Je to tedy diskové pole, směřující do nejslabších serverů či běžných stolních počítačů. Právě tam je běžný malý počet disků. Jestliže má uživatel jen dva disky, může vytvořit RAID 0 nebo 1. Může tedy zvýšit rychlost nebo si zmenšit kapacitu na polovinu, ale s hřejivým pocitem zabezpečení dat. Kompromis pomocí tradičních technologií neexistuje.

Matrix RAID je způsob, jak můžeme pomocí dvou SATA disků vytvořit pole RAID 0 a zároveň RAID 1. Část disků bude zapojena do pole prvního typu, zatímco zbytek do toho druhého. Operační systém, aplikace a důležitá data tedy budou zrcadlena, zatímco SWAPovací prostor, TEMP soubory a další záležitosti se mohou zrychlit pomocí RAID 0. Vše vzniklo roku 2004. Tyto funkce jsou k dispozici v BIOSu základní desky, jestliže je v čipsetech Intel 915 Express a 925 Express přítomen South Bridge obvod Intel ICH5R (jen RAID), ICH6M (jen AHCI) nebo ICH6R (RAID i AHCI).

O rok později byly tyto funkce rozšířeny na čtyři disky. Díky tomu je možné do palety možností zahrnout rovněž RAID 5 nebo RAID 10. Výsledek je součástí čipů Intel ICH8R, ICH8DH, ICH8DO, ICH7M-DH nebo ICH7M. Těmi mohou být vybaveny základní desky s čipsety Intel 965, 975X, 955X, 945G ,945P, 945PM a 945GM Express.

RAID 1E, remote mirroring

…je diskové pole, vycházející z polí typu RAID 0 a RAID 1. Prvně jmenované zvyšuje přenosovou rychlost, ale nezabezpečí data. Druhý typ zabezpečí, ale nezvýší výkon. RAID 1E je vtipnou kombinací obou, přičemž zde vstupuje do hry čas. První krok je stejný jako u RAID 0, tj. zápis dat přes všechny disky. Druhý krok zapíše ještě jednou totéž, ale jednotlivé disky si vymění roli. Data jsou tedy zapsána tak, aby se zrcadlila. Zápis tedy trvá podobně dlouho, jako v případě RAID 1. Když se data čtou, je možné přeskakovat záložní data, takže se čte velmi rychle. Toto je představa firmy IBM nebo LSI Logic o RAID 1E.

Adaptec má pro změnu daleko konzervativnější pohled, při kterém má RAID 1E daleko blíž k poli typu RAID 1. Proto v jeho pojetí nemá RAID 1E takový výkon. Přesto má oproti RAID 10 výhodu v toleranci daleko většího množství kombinací chyb (při vyšších počtech disků).

RAID 1E zvládají řadiče IBM ServeRAID (viz níže), dále ServeRAID 8i, Adaptec Serial Attached SCSI 4800SAS a 4805SAS, ICP ICP5085BR, ICP9087MA, ICP9047MA nebo ICP9085LI.

Existuje nebezpečí, že se odporoučí rovnou celý stroj, kde se disk nachází. Při dálkovém ukládání dat existuje možnost také touto cestou disk zrcadlit. Pro tento způsob se používá označení RAID 1 remote mirroring. Používá se třeba u SAN technologií, kde lze zrcadlit logické disky. Nemusí se jednat o typicky hardwarovou záležitost, může být rovněž součástí aplikačních balíků či operačních systémů.

RAID 1,5 a RAID 53

RIAD 1,5 je kombinací polí RAID 0 a RAID 1. Vyžaduje jen dva disky, kam zapisuje zrcadlené bloky prokládaně. Zápis probíhá stejně pomalu jako u běžného zrcadlení. Zato čtení je tak rychlé, že se výkon blíží typu RAID 0. Jestliže jste o RAID jeden a půl nikdy neslyšeli, nezoufejte. Toto pole je specialitou jediného výrobce HighPoint, navíc jediného řadiče HPT372N.

Proč je pole označované jako RAID 53 právě zde mezi jednovrstvými či jednorozměrnými poli? Důvodem je fakt, že se vlastně používá špatné značení. Nejde totiž o pole RAID 5+3, jak by se mohlo dát. RAID 53 je modifikace pole RAID 3 (proto RAID x3), kde se používá pěti disků (proto RAID 5x). Jednou z výhod je vysoký počet transakcí, o hodně vyšší než u RAID 3. I přesto je to počet podobný jedinému pevnému disku. Protože stejně jako původní RAID 3 používá zápis po bajtech, nevyužívá dostupnou kapacitu právě efektivně a je také extrémně náročná synchronizace mezi disky. Před několika lety ještě existovalo množství nejvýkonnějších disků s podporou synchronizace. Dnes ale vymizely; budoucnost RAID 53 tak společně s RAID 3 skončila na smetišti dějin.

RAID 5E, 5EE

První z jmenovaných je zkratka z RAID 5 Enhanced. RAID 5E je pole, označované jako RAID 5 s náhradním diskovým prostorem uvnitř pole. Podporovala je firma IBM jako vlastník patentu u svých řadičů ServeRAID 4L, 4Lx a 4Mx; novější modely již RAID 5E neznaly. Dlouhou životnost tedy tahle specialitka neměla, protože byla inovována do podoby RAID 5EE.

RAID 5EE je pole, označované jako RAID 5 s distribuovaným náhradním diskovým prostorem uvnitř pole. Od RAID 5E se liší právě oním rozmístěním náhradního prostoru (spare) rovnoměrně po discích. Opět se jedná o patent firmy IBM. Pole RAID 5EE zvládají řadiče IBM ServeRAID 4Mx, 6i, 6i+, 6M, 7k, 8i nebo 8i SAS, Adaptec Serial Attached SCSI 4800SAS a 4805SAS, ICP ICP5085BR, ICP9047MA, ICP9087MA nebo ICP9085LI.

RAID 6, RAID 6E

Na začátku se této technologii říkalo RAID 5 DP (Dual / Double Parity) nebo RAID 5 Diagonal Parity. Firma Compaq potažmo Hewlett Packard označovala toto pole jako RAID ADG (Advanced Data Guarding). Většího rozmachu docílila společnost Intel díky XScale RAID procesorům IOP331 a IOP333, které začali výrobci používat. RAID 6 si vyžádaly okolnosti, protože stále stoupá riziko výpadku RAID pole. Používají se disky se stále větší kapacitou a jejich počet v RAID polích navíc roste. Bylo tedy nutné data lépe zabezpečit. Proto se místo jednoduchého XOR propočtu z RAID 5 používají dvakrát XOR. Jeden je orientován stejně jako v případě RAID 5, druhý šikmo k němu. Každé místo je tedy chráněno dvakrát, což výrazně zvyšuje pravděpodobnost přežití dat. Dvojnásobná ochrana si ale vyžaduje dvojnásobnou ochrannou kapacitu. Místo jednoho disku navíc jsou zde nutné disky dva. Tím se snižuje využitelnost kapacity pro menší počet disků. Zároveň je možno připojit daleko větší množství disků, díky čemu se naopak využitelnost zvyšuje. Hewlett Packard uvádí, že může jít až o 96 % kapacity dostupných disků!

Mezi produkty s podporou RAID 6 patří Adaptec Serial Attached SCSI 4800SAS a 4805SAS, IBM ServeRAID 8i a 8i SAS, HP Smart Array P400/512MB Controller with BBWC a Smart Array P600, ICP ICP5085BR, ICP9047MA, ICP9085LI a ICP9087MA, Promise Supertrak EX8300, EX8350, EX16300 a Supertrak EX16350. Ve verzi ADG jej podporují řadiče HP / Compaq Smart Array 5304, HP Smart Array 6402/128, Smart Array 6404/256 a Smart Array P600.

RAID 6E zatím nepodporuje žádný řadič, je to spíš teoretická možnost. Není dokonce ani součástí standardu DDF, kam se vešlo leccos. O softwarově tvořeném poli RAID 6E se hovoří v souvislosti s budoucí podporou v Linuxu.

RAID 00

Tímto polem začínají dvouvrstvá řešení. Dvě nebo několik polí se spojí do jediného pole vyšší úrovně. A nyní konkrétně. Dvounulka byla nejen mouka a tato čísla jsme nacházeli nejen na určitých dveřích. Pokud se jedná o diskové pole, představuje několik polí RAID 0, spojených do ještě větší RAID nuly. Je to cesta, jak maximalizovat přenosový výkon; zároveň si snad nelze představit pole, které může mít menší spolehlivost. To jsou vlastnosti, které vyhovují diskům pro swap a jiné podobné účely, kde případná ztráta obsahu nic neznamená. RAID 00 umějí řadiče IBM ServeRAID 4L, 4Lx, 4Mx, 5i, 6i, 6i+, 6M, 7k nebo 8i SAS.

RAID 01, RAID 05, RAID 1E0

RAID 01 je typ, který si hodně lidé pletou s RAID 10; jsou sice podobné, ale opačně zapojené. Rozdíl je při použití více než čtyř disků. RAID 01 má vyšší výkon, ovšem chyba jediného disku degraduje zabezpečení na úroveň RAID 0. Nepatří díky tomu mezi privilegované technologie. Zatímco RAID 10 podporuje přes dvě stě RAID řadičů, RAID 01 dokáže dnes vytvořit jen 33 řadičů. Je to například Acard AEC 6896, Adaptec ATA RAID 1200A, Allnet ALL5017, Apple Xserve RAID, Dawicontrol DC 133 RAID, IBM ServeRAID 8i, ICP vortex GDT 8524RZ, LSI Logic LSI20320, Mylex eXtremeRAID 2000, Promise Supertrak SX6000 nebo Startech PCISATA4R1.

RAID 05 neboli pole 0+5 je několik polí RAID 0, spojených do RAID 5. Má menší ochranu před chybami, ale zato vyšší výkon. Tuto zvláštní odrůdu podporují dnes jen tři řadiče – Adapter SCSI RAID 2110S, 3410S a 5400S.

RAID 1E0 je striping dvou polí typu RAID 1E. Docílí se tím téměř dvoj a vícenásobného výkonu v porovnání s RAID 1E. Toto pole umějí všechny RAID řadiče, které se vypořádají také s RAID 00. Opět se jedná o specialitu některých řadičů IBM.

RAID 50, RAID 51, RAID 60

Padesátka je typ dvouúrovňového pole, které je celkem známé. Vezmou se dvě pole RAID 5 a spojí se do RAID 0 s vidinou vyššího výkonu. K našemu překvapení jej v dnešní době podporuje dokonce třikrát více řadičů než RAID 3 a o třetinu víc, než RAID 4!

RAID 51 je jedním z typů, které jsou zapojeny zřejmě podle pravidla „to, že jsem paranoidní, neznamená, že po mě nejdou“. Dvě pole RAID 5 jsou nadále zapojena do RAID 1 (jsou zrcadlena). To řeší výpadek i celého jednoho pole.

RAID 60 je dvouúrovňové pole, vytvořené stripingem několika polí typu RAID 6. Ty poskytují extrémní zabezpečení, zatímco RAID 0 nad nimi pomůže k vysoké přenosové rychlosti. Nejde však o nic levného, minimální počet disků je 8. V současné době se jedná o jedno z nejbezpečnějších řešení pro vysoké výkony. Zároveň je zde možnost vysoké efektivity využití kapacity, pokud se použije také větší množství disků. Tato královská disciplína je záležitostí řadičů Adaptec Serial Attached SCSI 4800SAS a 4805SAS, IBM ServeRAID 8i a 8i SAS, ICP ICP5085BR, ICP9085LI a ICP9087MA.

RAID 100

RAID 100 neboli RAID 10+0 je na rozdíl od předchozích tříúrovňové pole. Je to několik polí typu 10 (tj. 1 + 0), spojených dohromady do jediného pole typu 0. Díky zrcadlení na nejnižší úrovni je zajištěna ochrana. Extrémního výkonu se dociluje ve dvou vyšších vrstvách, kde se pracuje na úrovni RAID 0. Přímou podporu RAID 100 nemá žádný existující řadič, je tedy nutné vytvořit RAID 10 (například řadičem) a poté softwarově implementovat RAID 0.

...a jak to dopadlo?

Vedle několika notoricky známých typů existuje určité množství nových či staronových typů, které rozšiřují nabídku. Jedny zvyšují efektivitu využití kapacity, jiné zlepšují zabezpečení, další posilují čtecí výkon. Masovému rozšíření některých typů brání jejich patentová ochrana, a tak chceme-li je opravdu využívat, musíme si koupit produkt od majitele patentu nebo jeho licence. Právě patenty stále brání spuštění přenositelného RAID pole, na který se již mnoho let čeká. Organizace SNIA představila DDF (Common RAID Disk Data Format Specification) již verzi 1.2, ovšem opět se ozvalo několik výrobců v čele s HP. Patentové nároky je nutné respektovat, a tak nám nezbývá nic jiného, než setrvat ve stávajícím světě navzájem nekompatibilních polí. Vezměme zavděk alespoň nově používanými typy RAID polí.

Doporučená literatura: www.snia.org

Autor: Patrik Veselík

Přidáno: 22.11.2006