RAID

A lap 2007. szeptember 27., 21:14-kori változata

Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks. Külön szócikk foglalkozik a szoftveres RAID linuxos megvalósításával.

1 Mire jó?

• Sok kis diszk helyett egy nagyot látunk
  • Ami ráadásul gyorsabb is
  • És megbízhatóbb is
    • És jobb esetben működés közben cserélhető
    • Egy diszk MTFF-je 200000 óra is lehet
    • Akkor 100 diszké 2000 óra (kb. két és fél hónap)

2 Megvalósítás típusai

• Hardware
  • Drága vezérlő (ATA, SCSI, ...)
  • SCSI-buszra csatlakoztatható RAID-vezérlő is létezik
• Software
  • pl. Linux md
  • FreeBSD Vinum(?)
  • Windows dynamic disk (?)
    • Az XP pro csak RAID0-t tud, a szervertermékek RAID1-et is (woah!)
• Hibrid
  • Olcsó alaplapok "RAID"-vezérlői
• (Külső doboz: SAN, NAS)

3 RAID szintek

• Két ortogonális fogalom:
  • Csíkozás (striping) a nagyobb teljesítmény, és
  • Redundancia (redundancy) a nagyobb megbízhatóság érdekében.

• Másfelől: nagy, megbízható, gyors - ebből választhatunk kettőt (vagy legalábbis az egyik kicsit mindig háttérbe szorul a másik kettő javára)

• Csíkozás:
  • Lehet finom vagy durva
  • Rövidebb sorbanállás független I/O műveletek esetén
  • Nagyobb effektív átviteli sebesség egyetlen, több-blokkos I/O művelet esetén
  • Csökkenti a megbízhatóságot: 10 diszkből egy várhatóan pontosan tizedannyi idő alatt romlik el, mint egyből egy

• Redundancia:
  • Milyen hibadetektáló/-javító kódot használ? (általában paritás, ritkábban Hamming vagy Reed-Solomon)
  • Hogyan osszuk el a redundáns információt a több diszk között?
    • Koncentráltan
    • Szétterítve

3.1 RAID0

• Nincs redundancia, csak csíkozás
• A legjobb írási sebesség (nem kell kódokat számolgatni és frissíteni)
• A RAID1 tudhat gyorsabban olvasni (több diszken is megvan ugyanaz az adat, tehát olvashatunk arról, amelyik várhatóan a leghamarabb odaér)
• Egy diszk kiesése után a tömb "használhatatlan"

3.2 RAID1

• Az adatokat nem 1, hanem n>1 diszken tároljuk
• A tömbhöz tartozhat melegtartalék is (hotspare); erre nem íródnak az adatok, amíg éles diszk ki nem esik
• Ha 8 diszkünk van, akkor 4 kapacitása hasznosul
  • Bármelyik kieshet, és a tömb még működik
  • Ha szerencsénk van, akár 4 is kieshet, és még működik, de ez már nem garantált

3.3 RAID2

• Hamming kódos
• 4 adatdiszkhez 3 paritásdiszk kell, de a paritásdiszkek száma az adatdiszkek logaritmusával arányos
• A fenti hétből egy eshet ki, négy kapacitása hasznosul
• Nemigen használják

3.4 RAID3

• A memóriahibákkal ellentétben a diszkek esetében pontosan tudjuk, melyik a rossz, tehát nem kell a Hamming-kód, találhatunk jobbat
• n adatdiszkhez 1 paritásdiszk tartozik
• Minden írás minden diszket érint
• Az olvasásban csak az adatdiszkek vesznek részt
• Pontosan egy diszk eshet ki
• Nemigen használják

3.5 RAID4

• Mint a RAID3, de nem bitenként használja az egyes diszkeket, hanem blokkonként (striping unit, esetleg stride size).
• Blokkméret alatti írási műveleteknél read-modify-write van:
  • a többi diszkről is be kell olvasni az adott paritásblokkhoz tartozó adatokat
  • újra kiszámolni a paritást
  • kiírni a módosított adatot és az új paritást
• Mivel csak egy paritásdiszk van, és azt az összes írás érinti, szűk keresztmetszet lehet
• Itt is pontosan egy diszk eshet ki
• Nemigen használják
  • Akkor lehet jó, ha van több lassú és egy nagyon gyors diszkünk - pl. egy lokális diszk és több hálózati

3.6 RAID5

• Mint a RAID4, de a paritás is el van osztva
  • n diszk esetén minden diszken minden n-edik blokk paritásblokk
• n+1 diszkből itt is n-nek a kapacitását hasznosítjuk
• Minden diszk részt vehet az olvasási műveletek kiszolgálásában
• Kis olvasás, nagy olvasás, nagy írás gyors; kis írás relatív lassú
• Pontosan egy eshet ki
• Széles körben elterjedt

3.7 RAID6

• Reed-Solomon
• n+2 diszk kell n diszknyi kapacitáshoz
• Bármely két diszk kieshet
• Amúgy olyan, mint a RAID5; a kis írás még egy kicsit lassúbb
• Terjedőben

3.8 RAID1+0

• RAID10-nek is hívják, de "van" "valódi" RAID10 is
• Két (vagy több) RAID1 tömböt csíkozással összefűzünk

3.9 RAID0+1

• Mint fent, de két RAID0-tömböt tükrözünk egymásra RAID1-gyel

3.10 RAID10 vagy RAID 1e

• Elvileg egy RAID1+0-jellegű hibrid megoldás
• Egy komplex tömb, nem két egymásra épített
• Állhat páratlan számú diszkből is
• Így aztán lehet az egésznek egy hotspare-je, ami bármelyik diszk kiesése esetén beállhat
• A Linux kernel támogatja

4 Hardveres vagy szoftveres RAID?

A (nyílt) szoftveres megvalósítás mellett szól:

• rugalmasság
  • Különböző vezérlőkön lógó diszkek is lehetnek egy tömbben;
  • sőt, egy RAID-tömb állhat teljesen különböző technológiákat használó eszközökből (pl. USB-s flash drive+SATA diszk+network block device/iSCSI)
  • segít csökkenteni a kritikus pontok (SPoF) számát - pl. egy tömb minden diszkje lehet másik vezérlőn, vagy akár másik városban
  • partíciókból is építhető tömb, nemcsak diszkekből
• a RAID-vezérlők firmware-je gyakran hibás, de a frissítés nehézkes és a hibák nehezen derülnek ki
• a szoftveres megoldásnál viszonylag egyszerű a hibakeresés (van forráskód, amit el lehet olvasni)
• nyilvános az adatformátum
  • nem kell mindig ugyanolyan vezérlőt venni
  • a diszkek szabadon mozgathatók egyik gépből a másikba)
    • egy RAID1 tömb minden diszkje külön-külön is használható más-más gépben
  • (hardware raid esetén még gyártó két vezérlője közötti mozgatás esetén is szükség lehet dump-restore ciklusra)
• A gép CPU-ja tipikusan sokkal gyorsabban futtatja a RAID5-höz szükséges XORt, mint a RAID-vezérlő mikrokontrollere
  • Persze ez egyben hátrány is, hiszen ezt is a CPU-nak kell csinálnia
  • Viszont CPU-t egyszerűbb upgrade-elni, mint RAID-vezérlőt
  • A CPU-magok számával nő a RAID5 sebessége
  • Tehát: nem igaz, hogy egy hardveres RAID szükségszerűen gyorsabb lenne, mint egy - mondjuk azonos árfekvésű - szoftveres megoldás
• kültséghatékonyság: általában olcsóbb több RAMot és gyorsabb CPU-t venni, mint gyorsabb RAID-vezérlőt
• termék-életciklus: régi RAID-vezérlőhöz többnyire nincs támogatás, firmware-frissítés stb. (sőt, esetleg már a gyártó sincs meg)
• egységes felhasználói interfész (amúgy minden RAID-vezérlőnek más)
  • naplózás, hibakezelés szintén különbözhet, nemcsak a tömbök összerakásához használt eszköz
  • pl. hardveres RAID esetén nem magától értetődő, hogy a syslogban megjelenik minden hiba (pedig ez segít a diszkhalál előrejelzésében)
• a RAID-vezérlő funkcióinak halmaza adott; a szoftver-RAID fejlődik, anélkül, hogy hardvert cserélnénk
• funkcionalitás: a legtöbb hardveres megvalósítás nem támogatja a RAID6-ot és a RAID10-et (ami nem RAID1+0)

A hardveres megvalósítás mellett szól:

• a softraid jobban terheli a rendszerbuszt
  • RAID1-nél azért, mert több példányban kell a buszra küldeni minden írást
  • RAID5-nél azért, mert a paritást is át kell tolni a memóriából a diszkre
• a vezérlőn levő akkumulátor segítségével áramszünet esetén is a diszkre írható a cache tartalma
• a PC-hardver bizonyos típusú hibákra nincs jól felkészítve, úgyhogy ha egy diszk bedöglik, lefagyhat a gép, és oda a rendelkezésreállás

5 Ajánlott irodalom

Az itt fel nem sorolt irodalommal bánjatok óvatosan! RAID-ügyben sok a makacs mítosz és téveszme. Könnyű önellentmondást tartalmazó ismeretterjesztő cikket találni (pl. kijelenti, hogy a hardveres RAID mindenképpen gyorsabb bármilyen szoftvermegoldásnál, majd kiméri, hogy vannak konkrét esetek, amikor a softraid a gyorsabb...).

• Peter M. Chen, Edward K. Lee, Garth A. Gibson, Randy H. Katz, David A. Patterson: "RAID: High-Performance, Reliable Secondary Storage", ACM Computing Surveys (CSUR), Volume 26, Issue 2 (June 1994), pp. 145-185, ISSN 0360-0300
  • Van benne szép ábra is, nem akar esetleg valaki hasonlót rajzolni nekünk?
  • Ugyanez a cikk HTML-ként
• Tomka Gergely: RAID és ENBD - gyakorlati útmutató. Könnyed bevezetés a RAID, az LVM és az ENBD (Enhanced Network Block Device) használatába.
• Why software RAID? - érvek pro és kontra a hardver-RAID vs. szoftver-RAID vitában.
• RAID Classifications - egy jó összeállítás az egyes RAID-szintekről, ábrákkal.