RAID (ดิสก์อิสระที่ซ้ำซ้อน) ซึ่งเดิมรู้จักกันในชื่อดิสก์ที่มีราคาไม่แพงที่ซ้ำซ้อนได้รับการเสนอครั้งแรกโดยศาสตราจารย์ดาแพตเตอร์สันแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์ในกระดาษ เวลาดิสก์ความจุขนาดใหญ่มีราคาแพงดังนั้นแนวคิดพื้นฐานของการจู่โจมคือการรวมดิสก์ขนาดเล็กขนาดเล็กและดิสก์ที่ค่อนข้างราคาไม่แพงเพื่อให้ได้ความจุประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือเทียบเท่ากับดิสก์ความจุขนาดใหญ่ที่มีราคาแพงในราคาที่ต่ำกว่า เมื่อต้นทุนและราคาของดิสก์ลดลงอย่างต่อเนื่องคำว่า "ราคาไม่แพง" กลายเป็นความหมายและคณะกรรมการที่ปรึกษาการจู่โจม (RAB) ตัดสินใจที่จะแทนที่ "ราคาไม่แพง" ด้วย "อิสระ"
แนวคิดการออกแบบของการจู่โจมนี้ได้รับการยอมรับอย่างรวดเร็วจากอุตสาหกรรม เทคโนโลยี RAID ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูลที่มีประสิทธิภาพสูงและมีความน่าเชื่อถือสูงได้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวาง RAID ส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยีการแถบข้อมูลการสะท้อนและข้อมูลความเท่าเทียมกันของข้อมูลเพื่อให้ได้ RAID นั้นมีข้อได้เปรียบที่โดดเด่นหลายประการ ประการแรกมันให้ความจุขนาดใหญ่ ประกอบด้วยดิสก์หลายตัวระบบ RAID สามารถเข้าถึงที่เก็บข้อมูลระดับ PB ได้เนื่องจากดิสก์เดียวตอนนี้เกิน 1TB แม้ว่าความจุที่มีอยู่จะน้อยกว่าทั้งหมดเนื่องจากค่าใช้จ่ายซ้ำซ้อนซึ่งโดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ 50% - 90% ประการที่สองประสิทธิภาพสูงสามารถทำได้ผ่านการสตริปข้อมูลซึ่งกระจาย I/O ข้ามดิสก์เอาชนะคอขวดของประสิทธิภาพดิสก์เดี่ยว ประการที่สามความน่าเชื่อถือได้รับการปรับปรุง ตรงกันข้ามกับความกังวลเชิงทฤษฎีของความไม่น่าเชื่อถือหลายมิติ, RAID ใช้การมิเรอร์และความเท่าเทียมกันของข้อมูลเพื่อให้แน่ใจว่ามีความพร้อมใช้งานของข้อมูลแม้ว่าหลายดิสก์จะล้มเหลว ในที่สุดการจัดการได้ง่ายขึ้น ในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีการจำลองเสมือน RAID จะปรากฏเป็นหนึ่งไดรฟ์เชิงตรรกะไปยังระบบโฮสต์ทำให้สามารถจัดระเบียบข้อมูลได้ง่ายสำหรับผู้ใช้และลดงานการดูแลระบบด้วยคุณสมบัติเช่นการเปลี่ยนแปลงของดิสก์แบบไดนามิกและกระบวนการข้อมูลอัตโนมัติ ประสิทธิภาพสูงความน่าเชื่อถือความทนทานต่อความผิดพลาดและความยืดหยุ่น ตามกลยุทธ์และสถาปัตยกรรมของการใช้หรือรวมเทคโนโลยีทั้งสามนี้การจู่โจมสามารถแบ่งออกเป็นระดับที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองความต้องการของแอปพลิเคชันข้อมูลที่แตกต่างกัน ระดับการจู่โจมดั้งเดิม RAID1-RAID5 ถูกกำหนดไว้ในกระดาษโดย Da Patterson และคณะและ RAID0 และ RAID6 ได้รับการขยายตัวตั้งแต่ปี 1988 ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา RAID53 และ RAID100 แต่ไม่มีมาตรฐานแบบครบวงจร ในปัจจุบันมาตรฐานที่ได้รับการยอมรับในอุตสาหกรรมคือ RAID0-RAID5 และสี่ระดับยกเว้น RAID2 ได้ถูกกำหนดให้เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม ระดับ RAID ที่ใช้กันมากที่สุดในฟิลด์แอปพลิเคชันจริงคือ RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 และ RAID10
จากมุมมองการใช้งาน RAID ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามประเภท: การจู่โจมซอฟต์แวร์, ฮาร์ดแวร์ RAID และการโจมตีแบบไฮบริด สำหรับซอฟต์แวร์ RAID ฟังก์ชั่นทั้งหมดจะเสร็จสมบูรณ์โดยระบบปฏิบัติการและ CPU และไม่มีชิปควบคุม/ประมวลผล RAID อิสระและชิปการประมวลผล I/O ดังนั้นประสิทธิภาพจึงต่ำที่สุด ฮาร์ดแวร์ RAID ติดตั้งชิปควบคุม/ประมวลผล RAID พิเศษและชิปประมวลผล I/O รวมถึงบัฟเฟอร์อาร์เรย์และไม่ได้ครอบครองทรัพยากร CPU แต่ค่าใช้จ่ายสูงมาก Hybrid Raid มีชิปควบคุม/ประมวลผล RAID แต่ขาดชิปการประมวลผล I/O และต้องการโปรแกรม CPU และโปรแกรมไดรเวอร์ให้เสร็จสมบูรณ์และประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายอยู่ระหว่างการ RAID ซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ RAID
แต่ละระดับ RAID แสดงถึงวิธีการใช้งานและเทคโนโลยีและไม่มีความแตกต่างระหว่างระดับสูงและต่ำ ในการใช้งานจริงควรเลือกระดับการ RAID ที่เหมาะสมและวิธีการใช้งานเฉพาะตามลักษณะของแอปพลิเคชันข้อมูลผู้ใช้และความพร้อมใช้งานประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายควรได้รับการพิจารณาอย่างละเอียด
หลักการพื้นฐาน
การจู่โจมคืออาร์เรย์ที่ซ้ำซ้อนของดิสก์อิสระมักจะย่อเป็นอาร์เรย์ดิสก์ โดยสังเขป RAID เป็นระบบย่อยดิสก์ที่ประกอบด้วยดิสก์ไดรฟ์ประสิทธิภาพสูงหลายตัวซึ่งให้ประสิทธิภาพการจัดเก็บข้อมูลที่สูงขึ้นและเทคโนโลยีความซ้ำซ้อนของข้อมูลมากกว่าดิสก์เดียว RAID เป็นเทคโนโลยีการจัดการหลายดิสก์ที่ให้ความน่าเชื่อถือของข้อมูลที่ประหยัดต้นทุนสูงและการจัดเก็บประสิทธิภาพสูงต่อสภาพแวดล้อมโฮสต์ คำจำกัดความของการจู่โจมโดย SNIA คือ: อาร์เรย์ดิสก์ซึ่งส่วนหนึ่งของพื้นที่เก็บข้อมูลทางกายภาพใช้เพื่อบันทึกข้อมูลซ้ำซ้อนของข้อมูลผู้ใช้ที่เก็บไว้ในพื้นที่ที่เหลือ เมื่อดิสก์หรือเส้นทางการเข้าถึงล้มเหลวข้อมูลที่ซ้ำซ้อนสามารถใช้เพื่อสร้างข้อมูลผู้ใช้ใหม่ แม้ว่าการแถบดิสก์จะไม่สอดคล้องกับคำจำกัดความของการจู่โจม แต่ก็มักจะเรียกว่า RAID (เช่น RAID0)
ความตั้งใจดั้งเดิมของการจู่โจมคือการจัดหาฟังก์ชั่นการจัดเก็บข้อมูลระดับสูงและความปลอดภัยของข้อมูลซ้ำซ้อนสำหรับเซิร์ฟเวอร์ขนาดใหญ่ ในระบบทั้งหมด RAID ถือเป็นพื้นที่เก็บข้อมูลที่ประกอบด้วยดิสก์สองตัวขึ้นไปและประสิทธิภาพ I/O ของระบบจัดเก็บข้อมูลได้รับการปรับปรุงโดยการอ่านและการเขียนข้อมูลบนดิสก์หลายตัวพร้อมกัน ระดับการจู่โจมส่วนใหญ่มีการตรวจสอบข้อมูลและมาตรการแก้ไขที่สมบูรณ์และแม้แต่วิธีการทำมิเรอร์ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบอย่างมากและนั่นคือที่ "ซ้ำซ้อน" มาจาก
ที่นี่เราต้องพูดถึง JBOD (แค่ดิสก์จำนวนมาก) ในขั้นต้น JBOD ถูกใช้เพื่อเป็นตัวแทนของคอลเลกชันดิสก์โดยไม่มีซอฟต์แวร์ควบคุมเพื่อให้การควบคุมการประสานงานซึ่งเป็นปัจจัยหลักที่แยกการจู่โจมจาก JBOD ในปัจจุบัน JBOD มักจะอ้างถึงสิ่งที่แนบมาดิสก์ไม่ว่าจะให้ฟังก์ชั่น RAID หรือไม่ก็ตาม
วัตถุประสงค์หลักสองประการของ RAID คือการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของข้อมูลและประสิทธิภาพ I/O ในอาร์เรย์ดิสก์ข้อมูลจะกระจัดกระจายไปตามดิสก์หลายแผ่น แต่สำหรับระบบคอมพิวเตอร์ดูเหมือนว่าดิสก์เดียว ความซ้ำซ้อนทำได้โดยการเขียนข้อมูลเดียวกันลงในหลายดิสก์ (โดยทั่วไปจะทำมิเรอร์) หรือเขียนข้อมูลพาริตีที่คำนวณได้ลงในอาร์เรย์เพื่อให้การสูญเสียข้อมูลไม่เกิดขึ้นเมื่อดิสก์เดียวล้มเหลว ระดับการจู่โจมบางระดับอนุญาตให้ดิสก์ล้มเหลวมากขึ้นในเวลาเดียวกันเช่น RAID6 ซึ่งดิสก์สองแผ่นสามารถเสียหายได้ในเวลาเดียวกัน
ภายใต้กลไกความซ้ำซ้อนดังกล่าวดิสก์ที่ล้มเหลวสามารถถูกแทนที่ด้วยดิสก์ใหม่และ RAID จะสร้างข้อมูลที่สูญหายขึ้นมาใหม่โดยอัตโนมัติตามข้อมูลและข้อมูลความเท่าเทียมในดิสก์ที่เหลือเพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลความสอดคล้องและความสมบูรณ์ ข้อมูลกระจัดกระจายและเก็บไว้ในดิสก์ที่แตกต่างกันหลายแห่งใน RAID และการอ่านและการเขียนข้อมูลพร้อมกันนั้นดีกว่าดิสก์เดียวมากดังนั้นจึงสามารถรับแบนด์วิดท์ I/O ที่รวมได้สูงขึ้น แน่นอนอาร์เรย์ดิสก์จะลดพื้นที่เก็บข้อมูลทั้งหมดที่มีอยู่ของดิสก์ทั้งหมดเสียสละพื้นที่เพื่อแลกกับความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่นการใช้พื้นที่เก็บข้อมูลของ RAID1 เพียง 50%และ RAID5 จะสูญเสียความจุในการจัดเก็บของดิสก์เดียวและการใช้พื้นที่เป็น (N-1)/N
อาร์เรย์ดิสก์สามารถมั่นใจได้ว่าการทำงานอย่างต่อเนื่องของระบบโดยไม่หยุดชะงักเมื่อดิสก์บางตัว (เดี่ยวหรือหลายตัวขึ้นอยู่กับการใช้งาน) ได้รับความเสียหาย ในระหว่างกระบวนการสร้างข้อมูลของดิสก์ที่ล้มเหลวไปยังดิสก์ใหม่ระบบสามารถดำเนินการต่อไปได้ตามปกติ แต่ประสิทธิภาพจะลดลงในระดับหนึ่ง อาร์เรย์ดิสก์บางตัวจะต้องปิดตัวลงเมื่อเพิ่มหรือลบดิสก์ในขณะที่บางส่วนรองรับการแลกเปลี่ยนร้อนทำให้สามารถเปลี่ยนไดรฟ์ดิสก์ได้โดยไม่ต้องปิดตัวลง อาร์เรย์ดิสก์ระดับสูงนี้ส่วนใหญ่จะใช้ในระบบแอปพลิเคชันที่มีความต้องการสูงเพื่อความน่าเชื่อถือและระบบไม่สามารถปิดตัวลงได้หรือเวลาปิดเครื่องจะสั้นที่สุดเท่าที่จะทำได้
โดยทั่วไปแล้ว RAID ไม่สามารถแทนที่การสำรองข้อมูลได้ มันไม่มีอำนาจสำหรับการสูญเสียข้อมูลที่เกิดจากความล้มเหลวที่ไม่ใช่ดิสก์เช่นไวรัสการทำลายมนุษย์การลบโดยไม่ตั้งใจ ฯลฯ ในเวลานี้การสูญเสียข้อมูลนั้นสัมพันธ์กับระบบปฏิบัติการระบบไฟล์ตัวจัดการระดับเสียงหรือระบบแอปพลิเคชัน สำหรับระบบ RAID นั้นข้อมูลยังคงอยู่และไม่มีการสูญเสียเกิดขึ้น ดังนั้นการสำรองข้อมูลการกู้คืนภัยพิบัติและมาตรการการปกป้องข้อมูลอื่น ๆ จึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งซึ่งจะช่วยเสริม RAID และปกป้องความปลอดภัยของข้อมูลในระดับที่แตกต่างกันเพื่อป้องกันการสูญเสียข้อมูล
มีแนวคิดและเทคโนโลยีหลักสามประการในการจู่โจม: การทำมิเรอร์, การแถบข้อมูลและความเท่าเทียมกันของข้อมูล ทำมิเรอร์ข้อมูลสำเนาไปยังหลายดิสก์ ในอีกด้านหนึ่งมันสามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือและในทางกลับกันก็สามารถอ่านข้อมูลจากสองสำเนาขึ้นไปพร้อมกันเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการอ่าน เห็นได้ชัดว่าประสิทธิภาพการเขียนของการมิเรอร์นั้นต่ำกว่าเล็กน้อยและใช้เวลามากขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลถูกเขียนลงในดิสก์หลายแผ่นอย่างถูกต้อง Data Striping จัดเก็บชิ้นข้อมูลบนดิสก์ที่แตกต่างกันหลายตัวและชิ้นข้อมูลหลายชิ้นรวมกันเป็นสำเนาข้อมูลที่สมบูรณ์ซึ่งแตกต่างจากการทำมิเรอร์หลายชุดและมักจะใช้สำหรับการพิจารณาประสิทธิภาพ การแถบข้อมูลมีความละเอียดพร้อมกันที่สูงกว่า
เมื่อเข้าถึงข้อมูลเป็นไปได้ที่จะอ่านและเขียนข้อมูลบนดิสก์ที่แตกต่างกันในเวลาเดียวกันจึงได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพ I/O ที่สำคัญมาก Data Parity ใช้ข้อมูลซ้ำซ้อนสำหรับการตรวจจับและซ่อมแซมข้อผิดพลาดข้อมูล ข้อมูลซ้ำซ้อนมักจะคำนวณโดยอัลกอริทึมเช่นรหัส Hamming และการดำเนินการ XOR การใช้ฟังก์ชั่นความเท่าเทียมกันสามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือความทนทานและความทนทานต่อความผิดพลาดของอาร์เรย์ดิสก์ได้อย่างมาก อย่างไรก็ตามความเท่าเทียมกันของข้อมูลจำเป็นต้องอ่านข้อมูลจากหลายสถานที่และทำการคำนวณและการเปรียบเทียบซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบ ระดับที่แตกต่างกันของ RAID ใช้เทคโนโลยีหนึ่งอย่างหรือมากกว่าสามอย่างข้างต้นเพื่อให้ได้ความน่าเชื่อถือของข้อมูลที่แตกต่างกันความพร้อมใช้งานและประสิทธิภาพ I/O สำหรับการจู่โจมประเภทใด (แม้กระทั่งระดับใหม่หรือประเภท) ในการออกแบบหรือโหมดของการจู่โจมที่จะนำมาใช้จำเป็นต้องมีทางเลือกที่สมเหตุสมผลภายใต้สถานที่ของการทำความเข้าใจข้อกำหนดของระบบอย่างลึกซึ้งและประเมินความน่าเชื่อถือประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายอย่างครอบคลุม เลือกการประนีประนอม
ข้อดีของการจู่โจม
- กำลังการผลิตขนาดใหญ่: นี่เป็นข้อได้เปรียบที่ชัดเจนของการจู่โจม มันขยายความจุของดิสก์และระบบ RAID ที่ประกอบด้วยดิสก์หลายตัวมีพื้นที่เก็บข้อมูลขนาดใหญ่ ตอนนี้ความจุของดิสก์เดียวสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 1TB ดังนั้นความสามารถในการจัดเก็บข้อมูลของ RAID สามารถไปถึงระดับ PB และสามารถปฏิบัติตามข้อกำหนดการจัดเก็บส่วนใหญ่ได้ โดยทั่วไปความสามารถในการจู่โจมที่มีอยู่นั้นน้อยกว่าความสามารถทั้งหมดของดิสก์สมาชิกทั้งหมด ระดับอัลกอริทึม RAID ที่แตกต่างกันนั้นต้องการค่าใช้จ่ายซ้ำซ้อนบางอย่างและค่าใช้จ่ายที่เฉพาะเจาะจงนั้นเกี่ยวข้องกับอัลกอริทึมที่นำมาใช้ หากทราบอัลกอริธึมและความจุ RAID ความสามารถในการ RAID ที่มีอยู่สามารถคำนวณได้ โดยปกติแล้วการใช้กำลังการผลิตของการจู่โจมอยู่ระหว่าง 50% ถึง 90%
- ประสิทธิภาพสูง: ประสิทธิภาพสูงของการจู่โจมได้รับประโยชน์จากเทคโนโลยีสตริปข้อมูล ประสิทธิภาพ I/O ของดิสก์เดียวถูก จำกัด ด้วยเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์เช่นอินเตอร์เฟสและแบนด์วิดท์และมักจะเป็นคอขวดของประสิทธิภาพของระบบ ผ่านการแถบข้อมูล RAID จะกระจายข้อมูล I/O ไปยังดิสก์สมาชิกแต่ละตัวดังนั้นจึงได้รับประสิทธิภาพ I/O ที่รวมซึ่งสูงกว่าดิสก์เดียวหลายเท่า
- ความน่าเชื่อถือ: ความพร้อมใช้งานและความน่าเชื่อถือเป็นอีกหนึ่งคุณสมบัติที่สำคัญของการจู่โจม ในทางทฤษฎีความน่าเชื่อถือของระบบการจู่โจมที่ประกอบด้วยดิสก์หลายแผ่นควรเลวร้ายยิ่งกว่าดิสก์เดียว มีข้อสันนิษฐานโดยนัยที่นี่: ความล้มเหลวของดิสก์เดียวจะทำให้การจู่โจมทั้งหมดไม่พร้อมใช้งาน RAID ใช้เทคโนโลยีความซ้ำซ้อนของข้อมูลเช่นการสะท้อนและความเท่าเทียมกันของข้อมูลเพื่อทำลายสมมติฐานนี้ การทำมิเรอร์เป็นเทคโนโลยีความซ้ำซ้อนแบบดั้งเดิมมากที่สุดซึ่งคัดลอกข้อมูลในกลุ่มไดรฟ์ดิสก์บางกลุ่มไปยังไดรฟ์ดิสก์กลุ่มอื่นเพื่อให้แน่ใจว่ามีสำเนาข้อมูลอยู่เสมอ เมื่อเทียบกับค่าใช้จ่ายซ้ำซ้อน 50% ของการมิเรอร์ความเท่าเทียมกันของข้อมูลมีขนาดเล็กกว่ามากและใช้ข้อมูลซ้ำซ้อนพาริตีเพื่อตรวจสอบและแก้ไขข้อมูล เทคโนโลยีความซ้ำซ้อนของ RAID ปรับปรุงความพร้อมใช้งานของข้อมูลและความน่าเชื่อถืออย่างมากและทำให้มั่นใจได้ว่าเมื่อดิสก์หลายแผ่นล้มเหลวข้อมูลจะไม่สูญหายและการทำงานอย่างต่อเนื่องของระบบจะไม่ได้รับผลกระทบ
- ความสามารถในการจัดการ: ในความเป็นจริง RAID เป็นเทคโนโลยีการจำลองเสมือนจริงที่เสมือนจริงไดรฟ์ดิสก์ทางกายภาพหลายตัวเป็นไดรฟ์ตรรกะความจุขนาดใหญ่ สำหรับระบบโฮสต์ภายนอก RAID เป็นไดรฟ์ดิสก์ขนาดใหญ่ที่รวดเร็วและเชื่อถือได้ ด้วยวิธีนี้ผู้ใช้สามารถจัดระเบียบและจัดเก็บข้อมูลระบบแอปพลิเคชันบนไดรฟ์เสมือนนี้ จากมุมมองของแอปพลิเคชันผู้ใช้สามารถทำให้ระบบจัดเก็บข้อมูลง่ายและใช้งานง่ายและจัดการ เนื่องจาก RAID เสร็จสิ้นการจัดการพื้นที่เก็บข้อมูลจำนวนมากภายในผู้ดูแลระบบจึงจำเป็นต้องจัดการไดรฟ์เสมือนเดียวเดียวซึ่งสามารถประหยัดงานการจัดการได้มากมาย RAID สามารถเพิ่มหรือลบดิสก์ไดรฟ์และดำเนินการตรวจสอบข้อมูลโดยอัตโนมัติและการสร้างข้อมูลใหม่ซึ่งสามารถทำให้งานการจัดการง่ายขึ้นอย่างมาก
โดยสรุปการจู่โจมโดดเด่นสำหรับกำลังการผลิตขนาดใหญ่ประสิทธิภาพสูงความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้นและการจัดการที่ง่ายขึ้น ข้อได้เปรียบเหล่านี้ทำให้เป็นโซลูชันการจัดเก็บที่ขาดไม่ได้ในแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายซึ่งรองรับความต้องการข้อมูลที่เพิ่มขึ้นของสภาพแวดล้อมการคำนวณที่ทันสมัยในขณะเดียวกันก็มั่นใจได้ว่าการทำงานและความสมบูรณ์ของข้อมูลอย่างราบรื่น
Shenzhen Innovative Cloud Computer Co., Ltd.
