Статьи
Март 16, 2006

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ RAID6 ДЛЯ СОВЕРШЕННОЙ ЗАЩИТЫ ДАННЫХ


  

Требования к отказоустойчивости возрастают


  RAID технология используется для защиты данных, a также для того, чтобы обеспечить более эффективный доступ к информации и рациональное использование емкости накопителей в дисковых подсистемах. Если данные размещены на нескольких дисках, операции ввода/вывода могут перекрываться во времени оптимальным образом, тем самым, улучшая характеристики системы. Использование дисковых массивов, в которых информация записывается с избыточностью, увеличивает среднее время между отказами (Mean Time Between Failure – MTBF) и, как следствие, отказоустойчивость системы в целом. Существует несколько реализаций RAID, с помощью которых возможно удовлетворить требования, возникающие в различных областях их применения, как, например, RAID0, RAID1, RAID5 и их комбинации, такие как RAID10 и RAID50. RAID0 обеспечивает наилучшие характеристики, однако не имеет никакой избыточности, в RAID1 данные, хранящиеся на одном жестком диске, зеркально записываются на другой диск и, следовательно, эта конфигурация может быть реализована только на двух дисковых накопителях. В RAID5 информация о четности не хранится на каком-либо определенном накопителе и, в случае отказа какого-либо из дисков, контроллер может восстановить утраченную информацию с отказавшего накопителя, сравнивая данные с остальных дисков и вычисляя по ним недостающие фрагменты. Выбор конфигурации в большой степени зависит от потребностей пользователя и от его бюджета.

  Новые технологии привели к появлению недорогих дисковых накопителей большой емкости с интерфейсами SAS (Serial Attached SCSI) и SATA (Serial ATA), что позволило создавать недорогие массивы с большой емкостью, надежно защищающие информацию. Однако применение этих доступных решений увеличивает риски, поскольку SATA диски отказывают чаще, чем Fibre Channel (FC) или SCSI накопители. В типичной реализации RAID5, если отказывает один накопитель, то другие берут на себя, его функции без остановки функционирования системы. Отказ двух дисков одновременно вызовет потерю всех данных дискового массива. Следовательно, когда применение менее надежных дисковых накопителей становится обычной практикой, необходима более надежная защита, позволяющая сохранить данные даже в случае одновременного отказа нескольких дисков.

RAID6 – технология, побеждающая отказы


  RAID6, по существу, представляет собой расширение RAID5, которое позволяет достигнуть большей отказоустойчивости путем использования схемы двойной распределенной четности (дуальной четности).

  В RAID6 данные распределяются на уровне блоков по всем дискам массива, аналогично RAID5, но кроме этого, генерируется второй набор кодов четности, который также распределяется по всем накопителям массива. Так как RAID5 использует только один набор кодов четности, то данные будут безвозвратно утеряны в случае отказа второго диска или если возникнет ошибка доступа в течение длительного времени восстановления. С помощью же дополнительных защитных средств RAID6 данные будут реконструированы даже в случае отказа второго диска. RAID6 обеспечивает исключительно высокую отказоустойчивость и может противостоять множественным одновременным отказам накопителей, причем с минимальными потерями производительности и дискового пространства.

Сравнение RAID5 и RAID6

 
RAID5
RAID6
Четность
Одинарная
Дуальная
Степень защиты
Один накопитель
Два накопителя
Реализация
Требует N+1 диска, минимум 3
Требует N+2 диска, минимум 4
Характеристика
Средние потери на операциях записи и восстановления
Уменьшение скорости последовательной записи по сравнению с RAID5


Почему RAID6 лучше


  Как описано выше, RAID5 защищает данные в случае отказа одного диска без остановки функционирования системы, однако, при отказе второго накопителя все данные будут безвозвратно утеряны. Хотя одновременный отказ двух накопителей менее вероятен, чем отказ одного, возможностью такого события не следует пренебрегать, учитывая факторы, перечисленные ниже:

  1. Все большее распространение менее надежных накопителей: Достоинства SATA дисков – низкая цена и большая емкость, однако MTBF для них ниже, чем для FC или SCSI накопителей. Растущее применение этих дисков увеличивает вероятность одновременного отказа двух из них.
  2. Большая емкость означает более длительное время восстановления: Чем больше емкость каждого отдельного диска, тем больше времени требуется для восстановления данным в случае отказа одного из них. В ходе восстановления данных значительно возрастает интенсивность операций чтения/записи, за счет чего увеличивается вероятность повреждения другого диска или отказа второго накопителя в ходе длительного времени восстановления.
  3. Человеческая ошибка: Когда отказывает один диск, кто-то должен заменить его на новый. Такая распространенная ошибка, как замена не того диска, может вызвать отказ второго и, как следствие, данные будут потеряны.
  4. Частота отказов существенно возрастает по мере увеличения количества накопителей в системе: Увеличение количества накопителей в массиве неизбежно увеличивает ожидаемую частоту первого отказа диска. Во время реконструкции системы с помощью запасного диска ожидаемая частота отказа второго накопителя также возрастает. Подсистема, состоящая из многих жестких дисков, требует дополнительной защиты, чтобы гарантировать сохранность данных на случай одновременного отказа двух дисков в массиве.


  С учетом значительной вероятности одновременного отказа двух накопителей становится ясным преимущество конфигурации RAID6 для массива дисковых накопителей.
 
Как работает RAID6


  Алгоритм RAID6 подразумевает использование двух наборов битов четности, P и Q, которые вычисляются с помощью двух независимых уравнений и хранятся на разных накопителях массива. В то время как набор P вычисляется аналогично RAID5, набор Q получается по более сложной формуле, зависящей от количества дисков в массиве. На рис.1 приведен пример размещения блоков данных и битов четности на дисках RAID6.
 

Размещение блоков данных на дисках RAID6

Полоса 1 P1
Q1
D13
D14
D15
Полоса 2 D21
P2
Q2
D24
D25
Полоса 3 D31
D32
P3
Q3
D35
Полоса 4 D41
D42
D43
P4
Q4
Полоса 5 Q5
D52
D53
D54
P5
  Диск 1
Диск 2
Диск 3
Диск 4
Диск 5


Рис 1.


Реконструкция RAID6


  Реконструкция наборов четности P и Q
В результате выполнения процедуры восстановления наборы P и Q будут реконструированы по блокам данных.
  Реконструкция набора четности P и поврежденного блока данных
Алгоритм восстановления использует данные набора Q и все оставшиеся блоки данных для того, чтобы реконструировать потерянный блок данных. После восстановления поврежденного блока набор данных четности P будет регенерирован по всем блокам данных стандартным методом.
  Реконструкция набора четности Q и поврежденного блока данных
Процедура восстановления похожа на реконструкцию данных в RAID5. Поврежденный блок данных будет восстановлен по набору четности P и по оставшимся блокам данных, аналогично тому, как это происходит в RAID5. Затем будет регенерирован набор Q.
  Реконструкция двух поврежденных блоков данных
Процедура восстановления данных в случае отказа двух дисков наиболее сложна, так как имеется два уравнения для генерации наборов четности с двумя неизвестными. Однако, применяя обратное преобразование матриц, можно восстановить утраченные данные.
  Выбор конфигурации RAID – компромисс между выгодами и потерями
Выбирая конфигурацию дискового массива, системный администратор должен постоянно искать компромисс между характеристиками системы и защитой данных. Например, если приоритетом являются высокие характеристики, то лучший выбор – это RAID10. Для надежной защиты данных лучший выбор – это raid 5 , однако, как описано в этой статье, raid 6 обеспечивает дополнительную защиту на случай потери данных при отказе второго диска в системах большой емкости, особенно для SATA дисков в системах Энтерпрайз класса. Некоторое ухудшение характеристик по сравнению с RAID5 вполне оправдано, учитывая повышение защиты данных.
 

Сбалансированное решение: RAID 6 компании Infortrend


  Компания Infortrend разработала эффективные алгоритмы raid 6 для своих RAID подсистем, которые обеспечивают высокую отказоустойчивость при минимальных потерях производительности. Дисковый массив RAID6 может сохранять работоспособность при отказе более чем одного диска, или, в режиме деградации, при отказе одного диска и наличии поврежденных блоков на другом. При появлении отказа (отказов) контроллер может восстановить утерянные данные на сбойном диске (дисках) без прерывания I/O операций.

  По сравнению с существующими RAID6 решениями, технология Infortrend предоставляет значительные преимущества пользователю, который получает двойную защиту при ухудшении характеристик всего на 10-15 процентов по сравнению с RAID5.
 
Выводы


  RAID6 обеспечивает чрезвычайно высокую отказоустойчивость и может противостоять отказу двух дисковых накопителей без остановки системы и без потери данных. Это совершенное решение для тех применений, где требуется особо высокая отказоустойчивость и недопустима потеря данных.

Источник: Infortrend Corporation



все статьи

 
     Производство Данио-Пресс. © 2018 ИНФОСТОР. Все права защищены.