RAID (serangkaian disk independen yang berlebihan), yang awalnya dikenal sebagai serangkaian disk murah yang berlebihan, pertama kali diusulkan oleh Profesor Da Patterson dari University of California, Berkeley di koran "Kasus serangkaian disk yang berlebihan" pada tahun 1988. Pada saat itu Waktu, disk berkapasitas besar mahal, sehingga ide dasar RAID adalah untuk secara organik menggabungkan beberapa disk berkapasitas kecil dan relatif murah untuk mendapatkan kapasitas, kinerja, dan keandalan yang setara dengan disk berkapasitas besar yang mahal dengan biaya lebih rendah. Ketika biaya dan harga disk terus menurun, istilah "murah" menjadi tidak berarti, dan Dewan Penasihat RAID (RAB) memutuskan untuk menggantikan "murah" dengan "independen".
Gagasan desain RAID ini dengan cepat diadopsi oleh industri. Teknologi RAID, sebagai teknologi penyimpanan berkinerja tinggi dan sangat andal, telah diterapkan secara luas. RAID terutama menggunakan striping data, mirroring dan teknologi paritas data untuk mencapai RAID menawarkan beberapa keuntungan penting. Pertama, memberikan kapasitas besar. Terdiri dari beberapa disk, sistem RAID dapat mencapai penyimpanan tingkat PB karena disk tunggal sekarang melebihi 1TB, meskipun kapasitas yang tersedia kurang dari total karena overhead redundansi, biasanya berkisar antara 50% - 90%. Kedua, kinerja tinggi dicapai melalui striping data, yang mendistribusikan I/O di seluruh disk, mengatasi bottleneck kinerja disk tunggal. Ketiga, keandalan ditingkatkan. Bertentangan dengan masalah teoretis dari multi-disk yang tidak dapat diandalkan, RAID menggunakan mirroring dan paritas data untuk memastikan ketersediaan data bahkan ketika beberapa disk gagal. Akhirnya, manajemen disederhanakan. Sebagai teknologi virtualisasi, RAID muncul sebagai salah satu drive logis ke sistem host, memungkinkan organisasi data yang mudah untuk pengguna dan mengurangi tugas administratif dengan fitur seperti perubahan disk dinamis dan proses data otomatis. Kinerja tinggi, keandalan, toleransi kesalahan dan skalabilitas. Menurut strategi dan arsitektur menggunakan atau menggabungkan ketiga teknologi ini, RAID dapat dibagi menjadi berbagai tingkatan untuk memenuhi kebutuhan aplikasi data yang berbeda. Level RAID asli RAID1-RAID5 didefinisikan dalam kertas oleh Da Patterson et al., Dan Raid0 dan RAID6 telah diperluas sejak 1988. Dalam beberapa tahun terakhir, vendor penyimpanan terus memperkenalkan tingkat RAID seperti RAID7, RAID10/01, RAID50, RAID53 dan RAID100, tetapi tidak ada standar terpadu. Saat ini, standar yang diakui industri adalah RAID0-RAID5, dan empat level kecuali RAID2 telah ditetapkan sebagai standar industri. Level RAID yang paling umum digunakan di bidang aplikasi yang sebenarnya adalah RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 dan RAID10.
Dari perspektif implementasi, RAID terutama dibagi menjadi tiga jenis: Perangkat Lunak RAID, Hardware Raid dan Hybrid Raid. Untuk RAID Perangkat Lunak, semua fungsi diselesaikan oleh sistem operasi dan CPU, dan tidak ada chip pengendalian/pemrosesan pengendalian RAID independen dan chip pemrosesan I/O, sehingga efisiensinya adalah yang terendah. Hardware Raid dilengkapi dengan chip kontrol/pemrosesan RAID khusus dan chip pemrosesan I/O serta buffer array, dan tidak menempati sumber daya CPU, tetapi biayanya sangat tinggi. Hybrid Raid memiliki chip kontrol/pemrosesan RAID tetapi tidak memiliki chip pemrosesan I/O, dan membutuhkan program CPU dan driver untuk diselesaikan, dan kinerjanya serta biayanya antara RAID perangkat lunak dan RAID perangkat keras.
Setiap level RAID mewakili metode implementasi dan teknologi, dan tidak ada perbedaan antara level tinggi dan rendah. Dalam aplikasi praktis, tingkat RAID yang sesuai dan metode implementasi spesifik harus dipilih sesuai dengan karakteristik aplikasi data pengguna, dan ketersediaan, kinerja, dan biaya harus dipertimbangkan secara komprehensif.
Prinsip dasar
RAID, yaitu serangkaian disk independen yang berlebihan, biasanya disingkat array disk. Secara singkat, RAID adalah subsistem disk yang terdiri dari beberapa drive disk kinerja tinggi independen, yang menyediakan kinerja penyimpanan yang lebih tinggi dan teknologi redundansi data daripada disk tunggal. RAID adalah teknologi manajemen multi-disk yang menyediakan keandalan data yang hemat biaya, dan penyimpanan berkinerja tinggi untuk lingkungan host. Definisi RAID oleh SNIA adalah: Array disk di mana bagian dari ruang penyimpanan fisik digunakan untuk merekam informasi yang berlebihan dari data pengguna yang disimpan di ruang yang tersisa. Ketika disk atau jalur akses gagal, informasi yang berlebihan dapat digunakan untuk merekonstruksi data pengguna. Meskipun striping disk tidak sesuai dengan definisi RAID, biasanya juga disebut RAID (yaitu, RAID0).
Tujuan asli RAID adalah untuk menyediakan fungsi penyimpanan kelas atas dan keamanan data yang berlebihan untuk server besar. Di seluruh sistem, RAID dianggap sebagai ruang penyimpanan yang terdiri dari dua atau lebih disk, dan kinerja I/O dari sistem penyimpanan ditingkatkan dengan membaca dan menulis data pada beberapa disk secara bersamaan. Sebagian besar level RAID memiliki verifikasi data lengkap dan langkah -langkah koreksi, dan bahkan metode mirroring, yang sangat meningkatkan keandalan sistem, dan dari situlah "redundan" berasal.
Di sini kita perlu menyebutkan JBOD (hanya banyak disk). Awalnya, JBOD digunakan untuk mewakili koleksi disk tanpa perangkat lunak kontrol untuk memberikan kontrol terkoordinasi, yang merupakan faktor utama yang membedakan serangan dari JBOD. Saat ini, JBOD sering mengacu pada kandang disk, terlepas dari apakah itu memberikan fungsionalitas RAID atau tidak.
Dua tujuan utama RAID adalah untuk meningkatkan keandalan data dan kinerja I/O. Dalam array disk, data tersebar di antara beberapa disk, tetapi untuk sistem komputer, itu terlihat seperti disk tunggal. Redundansi dicapai dengan menulis data yang sama ke beberapa disk (biasanya mirroring) atau menulis data paritas yang dihitung ke dalam array, sehingga kehilangan data tidak akan disebabkan ketika disk tunggal gagal. Beberapa level serangan memungkinkan lebih banyak disk gagal pada saat yang sama, seperti RAID6, di mana dua disk dapat rusak pada saat yang sama.
Di bawah mekanisme redundansi seperti itu, disk yang gagal dapat diganti dengan disk baru, dan RAID akan secara otomatis merekonstruksi data yang hilang sesuai dengan data dan data paritas dalam disk yang tersisa untuk memastikan konsistensi dan integritas data. Data tersebar dan disimpan pada beberapa disk yang berbeda dalam RAID, dan pembacaan dan penulisan data bersamaan jauh lebih baik daripada disk tunggal, sehingga bandwidth I/O agregat yang lebih tinggi dapat diperoleh. Tentu saja, array disk akan mengurangi total ruang penyimpanan yang tersedia dari semua disk, mengorbankan ruang dengan imbalan keandalan dan kinerja yang lebih tinggi. Misalnya, pemanfaatan ruang penyimpanan RAID1 hanya 50%, dan RAID5 akan kehilangan kapasitas penyimpanan satu disk, dan pemanfaatan ruang adalah (N-1)/n.
Array disk dapat memastikan operasi terus menerus dari sistem tanpa gangguan ketika beberapa disk (tunggal atau ganda, tergantung pada implementasinya) rusak. Selama proses merekonstruksi data disk yang gagal ke disk baru, sistem dapat terus beroperasi secara normal, tetapi kinerjanya akan dikurangi sampai batas tertentu. Beberapa array disk harus dimatikan saat menambahkan atau menghapus disk, sementara beberapa dukungan swapping panas, memungkinkan penggantian drive disk tanpa dimatikan. Array disk kelas atas ini terutama digunakan dalam sistem aplikasi dengan persyaratan tinggi untuk keandalan, dan sistem tidak dapat dimatikan atau waktu shutdown harus sesingkat mungkin.
Secara umum, RAID tidak dapat menggantikan cadangan data. Ini tidak berdaya untuk kehilangan data yang disebabkan oleh kegagalan non-disk, seperti virus, penghancuran manusia, penghapusan kecelakaan, dll. Pada saat ini, kehilangan data relatif terhadap sistem operasi, sistem file, manajer volume atau sistem aplikasi. Untuk sistem RAID itu sendiri, data masih utuh dan tidak ada kerugian yang terjadi. Oleh karena itu, cadangan data, pemulihan bencana dan langkah -langkah perlindungan data lainnya sangat diperlukan, yang melengkapi menyerang dan melindungi keamanan data pada tingkat yang berbeda untuk mencegah kehilangan data.
Ada tiga konsep dan teknologi utama dalam RAID: mirroring, striping data dan paritas data. Mirroring Copy Data ke beberapa disk. Di satu sisi, dapat meningkatkan keandalan, dan di sisi lain, dapat membaca data dari dua atau lebih salinan secara bersamaan untuk meningkatkan kinerja baca. Jelas, kinerja tulis mirroring sedikit lebih rendah, dan butuh lebih banyak waktu untuk memastikan bahwa data ditulis dengan benar ke beberapa disk. Data Striping menyimpan irisan data pada beberapa disk yang berbeda, dan beberapa irisan data bersama -sama membentuk salinan data lengkap, yang berbeda dari beberapa salinan mirroring dan biasanya digunakan untuk pertimbangan kinerja. Striping data memiliki granularitas konkurensi yang lebih tinggi.
Saat mengakses data, dimungkinkan untuk membaca dan menulis data pada disk yang berbeda secara bersamaan, sehingga mendapatkan peningkatan kinerja I/O yang sangat signifikan. Paritas data menggunakan data yang berlebihan untuk deteksi dan perbaikan kesalahan data. Data yang berlebihan biasanya dihitung dengan algoritma seperti kode hamming dan operasi XOR. Menggunakan fungsi paritas dapat sangat meningkatkan keandalan, ketahanan dan toleransi kesalahan dari array disk. Namun, paritas data perlu membaca data dari beberapa tempat dan melakukan perhitungan dan perbandingan, yang akan mempengaruhi kinerja sistem. Tingkat RAID yang berbeda mengadopsi satu atau lebih dari tiga teknologi di atas untuk mendapatkan keandalan data, ketersediaan, dan kinerja I/O yang berbeda. Adapun jenis penggerebekan (bahkan tingkat atau jenis baru) untuk merancang atau mode penggerebekan apa yang harus diadopsi, perlu membuat pilihan yang masuk akal di bawah premis memahami persyaratan sistem secara mendalam dan secara komprehensif mengevaluasi keandalan, kinerja, dan biaya untuk membuat pilihan kompromi.
Keuntungan RAID
- Kapasitas besar: Ini adalah keuntungan yang jelas dari serangan. Ini memperluas kapasitas disk, dan sistem RAID yang terdiri dari beberapa disk memiliki ruang penyimpanan yang sangat besar. Sekarang kapasitas disk tunggal dapat mencapai lebih dari 1TB, sehingga kapasitas penyimpanan RAID dapat mencapai tingkat PB, dan sebagian besar persyaratan penyimpanan dapat dipenuhi. Secara umum, kapasitas RAID yang tersedia kurang dari kapasitas total semua disk anggota. Berbagai tingkat algoritma RAID membutuhkan overhead redundansi tertentu, dan overhead kapasitas spesifik terkait dengan algoritma yang diadopsi. Jika algoritma dan kapasitas RAID diketahui, kapasitas RAID yang tersedia dapat dihitung. Biasanya, pemanfaatan kapasitas RAID adalah antara 50% dan 90%.
- Kinerja Tinggi: Kinerja tinggi manfaat RAID dari teknologi striping data. Kinerja I/O dari disk tunggal dibatasi oleh teknologi komputer seperti antarmuka dan bandwidth, dan seringkali merupakan hambatan kinerja sistem. Melalui striping data, RAID mendistribusikan data I/O untuk setiap disk anggota, sehingga memperoleh kinerja I/O agregat yang beberapa kali lebih tinggi daripada disk tunggal.
- Keandalan: Ketersediaan dan keandalan adalah fitur penting RAID lainnya. Secara teoritis, keandalan sistem RAID yang terdiri dari beberapa disk harus lebih buruk daripada disk tunggal. Ada asumsi implisit di sini: kegagalan disk tunggal akan menyebabkan seluruh serangan tidak tersedia. RAID menggunakan teknologi redundansi data seperti mirroring dan paritas data untuk melanggar asumsi ini. Mirroring adalah teknologi redundansi paling primitif, yang sepenuhnya menyalin data pada kelompok drive disk tertentu ke kelompok drive disk lain untuk memastikan bahwa selalu ada salinan data yang tersedia. Dibandingkan dengan overhead redundansi 50% dari mirroring, paritas data jauh lebih kecil, dan menggunakan informasi berlebihan paritas untuk memverifikasi dan memperbaiki data. Teknologi redundansi RAID sangat meningkatkan ketersediaan dan keandalan data, dan memastikan bahwa ketika beberapa disk gagal, data tidak akan hilang dan operasi terus menerus dari sistem tidak akan terpengaruh.
- Manajemen: Faktanya, RAID adalah teknologi virtualisasi yang virtualisasi beberapa drive disk fisik menjadi drive logis kapasitas besar. Untuk sistem host eksternal, RAID adalah drive disk berkapasitas besar tunggal, cepat dan andal. Dengan cara ini, pengguna dapat mengatur dan menyimpan data sistem aplikasi pada drive virtual ini. Dari perspektif aplikasi pengguna, ini dapat membuat sistem penyimpanan sederhana dan mudah digunakan dan dikelola. Karena RAID telah menyelesaikan sejumlah besar pekerjaan manajemen penyimpanan secara internal, administrator hanya perlu mengelola drive virtual tunggal, yang dapat menghemat banyak pekerjaan manajemen. RAID dapat secara dinamis menambahkan atau menghapus drive disk dan secara otomatis melakukan verifikasi data dan rekonstruksi data, yang dapat sangat menyederhanakan pekerjaan manajemen.
Singkatnya, RAID menonjol karena kapasitasnya yang besar, kinerja tinggi, keandalan yang ditingkatkan, dan pengelolaan yang disederhanakan. Keuntungan ini menjadikannya solusi penyimpanan yang sangat diperlukan di berbagai aplikasi, melayani permintaan data yang berkembang dari lingkungan komputasi modern sambil memastikan operasi yang mulus dan integritas data.
Shenzhen Innovative Cloud Computer Co., Ltd.
