RAID можно реализовать как программный комплекс, где управляющее про­граммное обеспечение обычно либо поставляется в комплекте с ОС, либо явля­ется дополнением к ОС типа программ "volume manager" (Управление томами), поставляемого фирмами Veritas, Sun или HP. Этот тип RAID известен также как централизованный (host-based) RAID. Такая реализация приводит к небольшим накладным расходам, так как при этом расходуются память, полоса пропуска­ния ввода/вывода и ресурсы ЦП того хост-компьютера, на котором этот комп­лекс реализуется. Обычно в таких накладных расходах нет ничего пугающего, но они должны быть включены в планы возможностей ресурсов хоста.

Если RAID представлен в виде аппаратного комплекса, все его функциональ-
ные возможности даются в виде микрокода в модулях выделенных дисковых
контроллеров, подключенных к        Эти контроллеры являются

внутренними по отношению»: тому хосту, где реализуется RAID. Такой тип RAID известен также как встроенный RAID на базе контроллеров.

Далее, можно использовать контроллеры, являющиеся внешними для того
хоста, где мы желаем реализовать RAID. Такие конфигурации осуществляются
по типу моста и не приветствуются, так как они приводят к более высокому вре-
мени обслуживания запросов ввода/вывода. Это увеличение времени обслужи-
вания связано с увеличением пути        от диска до хоста. Подобный
тип реализации обычно характерен для подсистем        которые на-
половину являются волоконно-оптическими, а наполовину - SCSI. Это же мож-
но увидеть в реализациях систем запоминания информации, поддерживающих
несколько хост-компьютеров, работающих с несколькими операционными
системами. Кроме того, мосты имеют тенденцию насыщаться, когда система за-
нята запросами ввода/вывода. Во всех случаях аппаратные RAID предпочтите-
льнее, чем централизованные (или        которые, в
свою очередь, предпочтительнее мостовых RAID.

Первоначально RAID был очень простым методом логического комбиниро­вания двух или более дисков, но, как и практически для всех идей в нашей отрас-

ли, потребовалось больше возможностей выбора для удовлетворения самым

различным требованиям. Сегодня уровни RAID лежат в диапазоне от 0 до 7, и
имеется более восьми различных возможностей для выбора. Разница между
уровнями основывается на изменении моделей ввода/вывода на диски. Эти мо-
дели        по своей природе предлагают различные уровни и типы ха-
рактеристик производительности и защиты.

Этот уровень RAID представляет нормальную файловую систему со страй-где потеря данных при выходе из строя одного из дисков является обычной вещью. Проще говоря, это данные, распределенные по связке дисков. Данный уровень обеспечивает хорошие характеристики производительности чтения/записи, но не восстанавливаемости (см. таблицу 11.1).

Говоря простым языком, этот уровень RAID обеспечивает зеркалирование и таким образом полную избыточность данных. Этот уровень часто называется 

зеркалънымдиском. 

В большинстве случаев запоминающее устройство, каким его видит операционная система, составлено из двух или более физических дисков. Однако приложениям или базе данных оно представляется в виде единого дис­ка. Когда система пишет на диск, она записывает точную копию данных на все

составляющие запоминающего устройства. Для такого типа RAID требуется
вдвое большее количество дисковой памяти по сравнению с RAID 0. Кроме то-
го, можно извлечь некоторые дополнительные преимущества из параллельного
чтения двух        членов. На этом уровне RAID отсутствуют ка-

кие-либо вычисления, связанные с четностью (см. таблицу 11.2).

Принцип: сначала создай страйпинг, а затем зеркалируй то, что ты только что распределил. Этот уровень RAID сочетает в себе уровни 0 и 1 (страйпинг и

зеркалирование). Он также обеспечивает хорошие значения производительно-
сти при чтении и записи, а также избыточности без дополнительных наклад-
ных расходов на вычисление четности. В случае сбоя дисков не требуется
реконструкции данных, так как данные считываются с "выжившего" зеркала.
Данный уровень RAID является наиболее частой реализацией в случае прило-
жений, ведущих интенсивную        и используется в них очень широко. Наи-
более серьезной претензией к этому уровню является цена, поскольку для его
реализации требуется вдвое больше дисковой памяти. Чтобы оправдать эти рас-
ходы, нужно потратить немало времени на понимание требований и нужд про-
изводительности и доступности систем. В таблице 11.2 приводился пример
конфигурации, в которой данные сначала распределяются по нескольким дискам (страйпинг), а затем то, что при этом получилось, еще и зеркалируется. Од­нако обратите внимание, что в тех случаях, когда одна из частей данных (напри­мер, Data 11 на диске 1) становится недоступной из-за выхода из строя диска 1, недоступным становится и весь зеркальный комплект (размещенный на дисках 1-4). Это очень важный момент, потому что потеря всего зеркального комплек­та уменьшает пропускную способность при обслуживании ввода/вывода запо­минающего устройства на 50%.

RAID 1+0

Принцип: сначала зеркалируй, а затем проведи страйпинг того, что ты зерка-лировал. Этот уровень RAID имеет те же функциональные возможности, что и RAID 0 + 1, но он более приспособлен к нуждам высокой доступности. Дело в том, что при выходе из строя одного из дисков зеркального комплекта весь ком­плект зеркалированного тома не становится недоступным. Следует также отме­тить, что теперь потеря одного из дисков не приводит к уменьшению пропускной способности обслуживания ввода/вывода на 50%. Именно этот ме­тод следует предпочесть для конфигураций, в которых зеркалирование сочета­ется со страйпингом и к тому же имеются некоторые аппаратные ограничения.

В таблице 11.4 иллюстрируется концепция RAID        Обратите внимание,

что если один из кусков данных (допустим, Datal 1 на диске 1) становится недо­ступным из-за сбоя на диске другие диски члена набора (диски не стано­вятся недоступными. Недоступен только диск 1, а диски 2-4 продолжают

оставаться доступными для обслуживания запросов ввода/вывода. Следует от­метить, что RAID 10 является производным от RAID 1 + 0 с аналогичными харак­теристикам производительности и доступности, но с некоторыми отличиями в реализации.

Таблица 114.

Пример конфигурации тома с RAID 1 + 0

diski	disk2	disk3	disk4	disk5	disk6	disk7	disk8
Datal 1	Datal 1	Datal 2	Datal 2	Data 13	Data13	Data14	Datal 4
Data21	Data21	Data22	Data22	Data23	Data23	Data24	Data24

В этот уровень RAID включен страйпинг, а защита/избыточность обеспечи­ваются средствами контроля четности. Для него требуется меньше памяти, чем для RAID но необходимость вычислять и записывать байты четности замедля­ет процесс записи. Данный уровень RAID был одной из первых реализаций

страйпинга с контролем четности, использующей известную методику кодов

Хэмминга, но затем он был заменен уровнями RAID 3, 5 и 7. Сейчас использует­ся очень редко.

Для этого уровня RAID алгоритм ЕСС вычисляет байты контроля четности для обеспечения избыточности данных, как это было в RAID 2, но все байты четности записываются на одном диске. Данные четности для этого уровня хра­нятся на уровне /байт в противоположность уровню блок/фрагмент. Свою популярность RAID 3 завоевывал медленно, но, тем не менее, он до сих пор ис­пользуется достаточно широко. Этот метод более всего подходит для приложе­ний, работающих с витринами данных или хранилищами данных, которые

обслуживают мало пользователей, но зато требуют высокой производительно-
сти при последовательном вводе/выводе больших объемов данных (высокоин-
тенсивная передача        Если для данного приложения нормой являются
полные сканирования таблицы и/или сканирования по диапазону индекса, а
популяция пользователей невелика, RAID 3 - это именно то, что нужно. Табли-
ца 11.3 служит иллюстрацией физического размещения и характеристик тома
RAID 3.

Это такой же уровень, что и RAID 3, но данные четности при этом записыва­ются на уровне блоков. Этот уровень используется очень редко. Одним из не­многих производителей, кому удалось его успешно реализовать, Network Appliance с линией запоминающих устройств NetApp Filers.

Это, напротив, одна из наиболее часто встречающихся сегодня реализаций

RAID. Для этого уровня избыточность данных обеспечивается за счет вычисле­ний четности, как и в RAID 2, 3, 4 и 7, но данные о четности хранятся вместе с данными. Следовательно, информация о четности распределена по всем дис­кам, конфигурированным для запоминающего устройства. RAID 5 очень при­влекателен для многих сред, потому что он приводит к минимальной потере дискового пространства на хранение информации о четности, обеспечивает хоро­шую производительность при выполнении операций произвольного (прямого) чтения и облегченные операции записи, а также экономит издержки на зерка-

лирование. RAID 5 с его поддержкой одновременного обслуживания многих за­просов ввода/вывода лучше смотрится с точки зрения числа операций ввода/вывода в секунду (IOPS, input/output per second). Его не следует применять

для приложений с высокой интенсивностью записи, так как непрерывный про­цесс считывания слоя, вычисления его новой четности и записи слоя обратно на диск (с новой четностью) делает процесс записи значительно более медленным.

Исключением из этого пришила, которое требует отдельного рассмотрения, является случай, когда подсистема ввода/вывода имеет значительное количест­во кэшей записи, и данные анализа убедительно показывают, что дополнитель­ные накладные расходы, обусловленные применением алгоритмов ЕСС, сводятся к минимуму. Определение того, что такое "значительное" количество, мы оставляем за пользователем, хотя, вообще говоря, значительным может счи­таться кэш размером в несколько гигабайтов.

Однако для многих систем штрафы за производительность операций записи могут быть высокими даже при значительном размере кэша записи, в зависимо­сти от числа операций записи и их объема. Как и в случае RAID 3, этот уровень хорошо подходит для приложений, работающих с витринами данных и храни­лищами данных, но при этом он может поддерживать множество пользователей приложений, выполняющих операции произвольного (прямого), а не последо­вательного ввода/вывода.

Таблица 11.5 отображает том RAID 5 с четырехкратным страйпингом, в кото­ром данные и контроль четности являются распределенными. Таблица иллюст­рирует физическое размещение слоев (Datal-Data4) и соответствующих им четностей по пяти дискам, составляющим один том.

Пример конфигурации тома RAID 5

diski	disk2	disk3	disk4	disk5
Datal 1	Data 12	Data 13	Datal 4	Parity 1
Data21	Data22	Data23	Parity2	Data24
Data31	Data32	Parity3	Data33	Data34
Data41	Parity4	Data42	Data43	Data44

RAID 6

Ha этом уровне RAID четность вычисляется с использованием более сложно­го алгоритма, а избыточность обеспечивается применением продвинутого мно­гомерного метода контроля четности. RAID 6 хранит два набора данных о четности для каждого блока данных и потому выполняет запись еще медленнее, чем RAID 5. Но при сбоях диска RAID 6 способствует более быстрому восетанов-лению доступности дисков в запоминающем устройстве (после сбоя диска), не подвергая производительность отрицательному влиянию последствий повтор­ной синхронизации дисков в запоминающем устройстве. Данный уровень RAID используется очень редко.

Это улучшенная реализация RAID 3. Поскольку операции чтения и записи в
RAID 3 выполняются синхронным образом, диск с данными о четности может
стать узким местом при записи (это верно не        RAID 7 позволяет органи-

зовать асинхронные операции чтения и записи, что безоговорочно улучшает
общую производительность ввода/вывода. RAID 7 имеет те же характеристики,
что и RAID 3, где все данные о четности хранятся на выделенном диске. RAID 7
появился на рынке сравнительно недавно и у него есть все шансы заменить
RAID 3 в тех реализациях, где он был выбран, когда RAID 7 еще не существовало.
Используя RAID 7, можно пожинать плоды преимуществ пересылки данных,
присущие RAID 3, и не терять        черты ввода/вывода, предлагае-

мые RAID 7.

Если вы используете дисковые массивы ЕМС, они предлагают вам собствен­ную версию RAID 3/5. Эта версия хорошо приспособлена для приложений вит­рин/хранилищ данных. Использования данного уровня RAID следует избегать

для приложений с высокой интенсивностью записи или с большим объемом

транзакций по тем же самым причинам, что и в случае любых реализаций

RAID 5. Решения ЕМС для хранения информации обычно конфигурируются с большими кэшами записи, но эти кэши недостаточно велики, чтобы перекрыть дополнительные накладные расходы, связанные с вычислениями четности во время записи.

Применяя реализованный компанией HP Auto RAID, контроллер с интел­лектуальными возможностями, встроенный в подсистему ввода/вывода, дина­мически модифицирует уровень RAID для каждого блока диска, используя для них уровни RAID 0 + 1 или RAID 5, в зависимости от предыдущей статистики за­просов ввода/вывода. Статистика последних моделей ввода/вывода для блока диска поддерживается с использованием "рабочего набора" (представляющего

набор блоков диска). По очевидным причинам имеется по одному блоку для

команд чтения и записи, и блоки мигрируют из одного набора в другой в зависи­мости от типа производимых с ним действий. В этом контексте блок диска име­ет размер 64 Кбайта.

Говоря по-другому, блок RAID 5 может быть динамически переведен в блок RAID 0 + 1, если интеллектуальные функции определяют и предсказывают, что в первую очередь блок будет использован для записи. Контроллер также выпол­няет преобразование предыдущей операции, а именно, преобразовывает блок

RAID 0 + 1 в блок RAID 5, если он определяет и предсказывает, что блок будет в первую очередь использован для чтения. Для поддержания такой конфигура­ции все диски в массиве используются для всех томов RAID, конфигурирован­ных для данного массива. Это означает, что физическая независимость дисков в томе не может быть достигнута.

Хотя данная реализация RAID освобождает администраторов системы и ба­зы данных Oracle от значительного количества работы и усилий по сопровожде­нию, тем не менее, к гибридным системам Oracle, которые могут быть в одно и тоже время интенсивны как по чтению, так и по записи, должно быть проявле­но особое внимание.

Если система внезапно становится интенсивной по чтению после того, как в течение предыдущего периода проявляла высокую активность по записи, про­цесс конверсии не может произойти мгновенно. При этом блоки могут "за­стрять" в RAID 5 (где они оставались после фазы чтения), даже если мы уже

перешли в фазу записи. Такое случается, когда нагрузка на систему высока и про­цесс преобразования откладывается до более спокойных времен. Подобное по­ведение может быть распространенным для многих загруженных гибридных

систем Oracle.

Реализуя такую технологию для работающих в тяжелом режиме систем Oracle, мы должны быть готовы к непредсказуемым изменениям производительности если система имеет нормальные нагрузки по чтению и записи со случайными изменениями типа пресловутых ночных пакетных заданий. Поэтому в случае реализации Auto RAID необходимо предпринять все усилия для разнесе­ния интенсивных по чтению и записи компонентов по разным дисковым масси­вам. В приведенной ниже таблице дается резюме различных уровней RAID.

Уровень        Функциональные возможности

RAID 0        Обеспечивает страйпинг без восстанавливаемости. Приложению требуется

RAID 4        Обеспечивает        с контролем четности на уровне блока и поддерживается

RAID 5        Обеспечивает страйпинг с контролем четности на уровне блока. Информация

о четности распределена по некоторому числу дисков в томе. Также обеспечивает восстанавливаемость. Предложению необходима высокая производительность чтения для произвольных считываний, которые малы по своей природе, и требуются лучшие IOPS для скоростей передачи данных. Используется очень широко.

RAID б        Обеспечивает страйпинг с многомерным контролем четности на уровне блока.

RAID 7        Те же функциональные возможности, что и у RAID 3, но с лучшими возможностями

асинхронного чтения и записи. Существенно более высокая общая производительность ввода/вывода по сравнению с RAID 3, но и значительно более высокая стоимость, чем у RAID 3.

Auto RAID        Автоматическая технология RAID фирмы HP, которая автоконфигурирует систему

ввода/вывода, опираясь на природу и тип ввода/вывода, выполняемого блоками диска в массиве RAID.