RAID (Redundant Array of Independent Disks), ban đầu được gọi là Redundant Array of Inexpensive Disks, lần đầu tiên được đề xuất bởi Giáo sư D. A. Patterson của Đại học California,Berkeley trong bài báo "A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks" năm 1988Vào thời điểm đó, đĩa có dung lượng lớn rất đắt tiền, vì vậy ý tưởng cơ bản của RAID là kết hợp hữu cơ nhiều đĩa có dung lượng nhỏ và tương đối rẻ để có được dung lượng,Hiệu suất và độ tin cậy tương đương với đĩa lớn có dung lượng đắt tiền với chi phí thấp hơnKhi chi phí và giá của đĩa tiếp tục giảm, thuật ngữ "không tốn kém" trở nên vô nghĩa, và Hội đồng tư vấn RAID (RAB) quyết định thay thế "không tốn kém" bằng "độc lập".

Ý tưởng thiết kế này của RAID đã nhanh chóng được ngành công nghiệp áp dụng. Công nghệ RAID, như một công nghệ lưu trữ hiệu suất cao và rất đáng tin cậy, đã được áp dụng rộng rãi.công nghệ phản chiếu và tính cân bằng dữ liệu để đạt được hiệu suất caoTheo các chiến lược và kiến trúc sử dụng hoặc kết hợp ba công nghệ này,RAID có thể được chia thành các cấp độ khác nhau để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng dữ liệu khác nhauCác mức RAID ban đầu RAID1-RAID5 đã được định nghĩa trong bài báo của D. A. Patterson et al., và RAID0 và RAID6 đã được mở rộng từ năm 1988.các nhà cung cấp lưu trữ đã liên tục giới thiệu các mức RAID như RAID7, RAID10/01, RAID50, RAID53 và RAID100, nhưng không có tiêu chuẩn thống nhất.và bốn cấp độ ngoại trừ RAID2 đã được thiết lập như các tiêu chuẩn công nghiệpCác mức RAID được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực ứng dụng thực tế là RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 và RAID10.

Từ quan điểm thực hiện, RAID chủ yếu được chia thành ba loại: RAID phần mềm, RAID phần cứng và RAID lai.tất cả các chức năng được hoàn thành bởi hệ điều hành và CPU, và không có chip điều khiển / xử lý RAID độc lập và chip xử lý I / O, do đó hiệu quả thấp nhất.RAID phần cứng được trang bị chip điều khiển / xử lý RAID đặc biệt và chip xử lý I / O cũng như bộ đệm mảng, và không chiếm nhiều tài nguyên CPU, nhưng chi phí rất cao. Hybrid RAID có chip điều khiển / xử lý RAID nhưng thiếu chip xử lý I / O, và cần các chương trình CPU và trình điều khiển để hoàn thành,và hiệu suất và chi phí của nó là giữa RAID phần mềm và RAID phần cứng.

Mỗi cấp RAID đại diện cho một phương pháp và công nghệ thực hiện, và không có sự khác biệt giữa các cấp cao và thấp.mức độ RAID thích hợp và phương pháp thực hiện cụ thể nên được chọn theo đặc điểm của các ứng dụng dữ liệu người dùng, và tính sẵn có, hiệu suất và chi phí nên được xem xét toàn diện.

Nguyên tắc cơ bản

RAID, cụ thể là Redundant Array of Independent Disks, thường được viết tắt là Disk array.cung cấp hiệu suất lưu trữ cao hơn và công nghệ dư thừa dữ liệu hơn một đĩa đơnRAID là một công nghệ quản lý nhiều đĩa cung cấp hiệu quả chi phí, độ tin cậy dữ liệu cao và lưu trữ hiệu suất cao cho môi trường máy chủ.một mảng đĩa trong đó một phần không gian lưu trữ vật lý được sử dụng để ghi lại thông tin dư thừa của dữ liệu người dùng được lưu trữ trong không gian còn lại. Khi một ổ đĩa hoặc đường dẫn truy cập thất bại, thông tin dư thừa có thể được sử dụng để tái tạo dữ liệu người dùng.thường còn được gọi là RAID (i.e, RAID0).

Mục đích ban đầu của RAID là cung cấp các chức năng lưu trữ cao cấp và bảo mật dữ liệu dư thừa cho các máy chủ lớn.RAID được coi là một không gian lưu trữ bao gồm hai hoặc nhiều ổ đĩa, và hiệu suất I / O của hệ thống lưu trữ được cải thiện bằng cách đọc và ghi dữ liệu trên nhiều đĩa đồng thời.và thậm chí các phương pháp phản chiếu, làm tăng đáng kể độ tin cậy của hệ thống, và đó là nơi mà "bất cần thiết" đến từ.

Ở đây chúng ta cần đề cập đến JBOD (Just a Bunch of Disks). ban đầu, JBOD được sử dụng để đại diện cho một bộ sưu tập đĩa mà không có phần mềm điều khiển để cung cấp điều khiển phối hợp,đó là yếu tố chính phân biệt RAID từ JBODHiện nay, JBOD thường đề cập đến một vỏ đĩa, bất kể nó có cung cấp chức năng RAID hay không.

Hai mục tiêu chính của RAID là cải thiện độ tin cậy dữ liệu và hiệu suất I / O. Trong mảng đĩa, dữ liệu được phân tán giữa nhiều đĩa, nhưng đối với hệ thống máy tính,nó trông giống như một đĩa đơn. Tải dư được đạt được bằng cách ghi cùng một dữ liệu vào nhiều đĩa (thường là phản chiếu) hoặc ghi dữ liệu tỷ lệ được tính vào mảng,để mất dữ liệu sẽ không gây ra khi một đĩa đơn thất bạiMột số cấp độ RAID cho phép nhiều ổ đĩa bị hỏng cùng một lúc, chẳng hạn như RAID6, nơi hai ổ đĩa có thể bị hỏng cùng một lúc.ổ đĩa thất bại có thể được thay thế bằng một ổ đĩa mới, và RAID sẽ tự động tái tạo dữ liệu bị mất theo dữ liệu và dữ liệu tỷ lệ trên các đĩa còn lại để đảm bảo tính nhất quán và tính toàn vẹn của dữ liệu.Dữ liệu được phân tán và lưu trữ trên nhiều đĩa khác nhau trong RAID, và việc đọc và ghi dữ liệu đồng thời tốt hơn nhiều so với một đĩa đơn, do đó có thể đạt được băng thông I / O tổng hợp cao hơn.mảng đĩa sẽ làm giảm tổng dung lượng lưu trữ có sẵn của tất cả các ổ đĩa, hy sinh không gian để đổi lấy độ tin cậy và hiệu suất cao hơn. Ví dụ, việc sử dụng không gian lưu trữ của RAID1 chỉ là 50%, và RAID5 sẽ mất dung lượng lưu trữ của một đĩa,và việc sử dụng không gian là (n-1) /n.

Mảng đĩa có thể đảm bảo hoạt động liên tục của hệ thống mà không bị gián đoạn khi một số đĩa (một hoặc nhiều, tùy thuộc vào việc thực hiện) bị hỏng.Trong quá trình xây dựng lại dữ liệu của ổ đĩa thất bại vào ổ đĩa mới, hệ thống có thể tiếp tục hoạt động bình thường, nhưng hiệu suất sẽ giảm một mức độ nhất định.trong khi một số hỗ trợ hot swapping, cho phép thay thế ổ đĩa mà không cần tắt. Mảng đĩa cao cấp này chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống ứng dụng có yêu cầu độ tin cậy cao,và hệ thống không thể tắt hoặc thời gian tắt nên ngắn nhất có thểNói chung, RAID không thể thay thế sao lưu dữ liệu. Nó không có khả năng để mất dữ liệu do lỗi không phải đĩa, chẳng hạn như virus, sự phá hủy của con người, xóa vô tình, v.v.mất dữ liệu là tương đối với hệ điều hành, hệ thống tập tin, quản lý khối lượng hoặc hệ thống ứng dụng. Đối với hệ thống RAID, dữ liệu vẫn còn nguyên vẹn và không bị mất.phục hồi thảm họa và các biện pháp bảo vệ dữ liệu khác là rất cần thiết, bổ sung cho RAID và bảo vệ bảo mật dữ liệu ở các cấp độ khác nhau để ngăn ngừa mất dữ liệu.

Có ba khái niệm và công nghệ chính trong RAID: mirroring, data striping và data parity. Mirroring sao chép dữ liệu vào nhiều đĩa.và mặt khác, nó có thể đọc dữ liệu từ hai hoặc nhiều bản sao đồng thời để cải thiện hiệu suất đọc.và nó mất nhiều thời gian hơn để đảm bảo rằng dữ liệu được viết chính xác vào nhiều đĩa. Dữ liệu cắt giảm lưu trữ các mảnh dữ liệu trên nhiều đĩa khác nhau, và nhiều mảnh dữ liệu cùng nhau tạo thành một bản sao dữ liệu hoàn chỉnh,khác với nhiều bản sao phản chiếu và thường được sử dụng để xem xét hiệu suấtKhi truy cập dữ liệu, có thể đọc và ghi dữ liệu trên các ổ đĩa khác nhau cùng một lúc.do đó đạt được một cải thiện hiệu suất I / O rất đáng kể. Parity dữ liệu sử dụng dữ liệu dư thừa để phát hiện và sửa chữa lỗi dữ liệu. Dữ liệu dư thừa thường được tính bằng các thuật toán như mã Hamming và hoạt động XOR.Sử dụng chức năng tỷ lệ có thể cải thiện đáng kể độ tin cậyTuy nhiên, sự tương đồng dữ liệu cần đọc dữ liệu từ nhiều nơi và thực hiện tính toán và so sánh, điều này sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống.Các cấp độ khác nhau của RAID áp dụng một hoặc nhiều công nghệ trên để có được độ tin cậy dữ liệu khác nhau, tính sẵn có và hiệu suất I / O. Đối với loại RAID nào (ngay cả các cấp hoặc loại mới) để thiết kế hoặc chế độ RAID nào để áp dụng,cần phải thực hiện một sự lựa chọn hợp lý theo tiền đề hiểu sâu về các yêu cầu của hệ thống và đánh giá toàn diện độ tin cậy, hiệu suất và chi phí để đưa ra một sự lựa chọn thỏa hiệp.

Ưu điểm của RAID

• Công suất lớn: Đây là một lợi thế rõ ràng của RAID. Nó mở rộng dung lượng đĩa, và hệ thống RAID bao gồm nhiều đĩa có dung lượng lưu trữ rất lớn. Bây giờ dung lượng của một đĩa đơn có thể đạt hơn 1TB,để dung lượng lưu trữ của RAID có thể đạt đến mức PBNói chung, dung lượng có sẵn của RAID ít hơn tổng dung lượng của tất cả các ổ đĩa thành viên.Các cấp độ khác nhau của các thuật toán RAID đòi hỏi một số chi phí thừa nhấtNếu thuật toán RAID và dung lượng được biết, dung lượng sẵn có của RAID có thể được tính toán.việc sử dụng công suất của RAID là từ 50% đến 90%.

• Hiệu suất cao: Hiệu suất cao của RAID được hưởng lợi từ công nghệ cắt dữ liệu. Hiệu suất I / O của một đĩa đơn được giới hạn bởi các công nghệ máy tính như giao diện và băng thông,và thường là nút thắt của hiệu suất hệ thốngThông qua việc cắt dữ liệu, RAID phân phối dữ liệu I / O cho mỗi đĩa thành viên, do đó có được hiệu suất I / O tổng hợp cao gấp nhiều lần so với đĩa đơn.

• Độ tin cậy: Tính khả dụng và độ tin cậy là một tính năng quan trọng khác của RAID. Về mặt lý thuyết, độ tin cậy của một hệ thống RAID bao gồm nhiều ổ đĩa nên tồi tệ hơn so với một ổ đĩa duy nhất.Có một giả định ngầm ở đây: một lỗi đĩa duy nhất sẽ khiến toàn bộ RAID không có sẵn. RAID sử dụng các công nghệ dư thừa dữ liệu như phản chiếu và tỷ lệ dữ liệu để phá vỡ giả định này.Phản chiếu là công nghệ dư thừa nguyên thủy nhất, sao chép hoàn toàn dữ liệu trên một nhóm ổ đĩa nhất định sang một nhóm ổ đĩa khác để đảm bảo rằng luôn có một bản sao dữ liệu có sẵn.So với 50% chi phí dự phòng của phản chiếu, tỷ lệ dữ liệu nhỏ hơn nhiều, và nó sử dụng thông tin dư thừa tỷ lệ để xác minh và sửa dữ liệu.Công nghệ dư thừa của RAID cải thiện đáng kể tính sẵn có và độ tin cậy dữ liệu, và đảm bảo rằng khi một số đĩa bị hỏng, dữ liệu sẽ không bị mất và hoạt động liên tục của hệ thống sẽ không bị ảnh hưởng.

• Khả năng quản lýTrong thực tế, RAID là một công nghệ ảo hóa ảo hóa nhiều ổ đĩa vật lý thành một ổ đĩa logic dung lượng lớn.ổ đĩa dung lượng lớn nhanh và đáng tin cậy. Bằng cách này, người dùng có thể tổ chức và lưu trữ dữ liệu hệ thống ứng dụng trên ổ đĩa ảo này. Từ góc độ ứng dụng người dùng, nó có thể làm cho hệ thống lưu trữ đơn giản và dễ sử dụng và quản lý.Kể từ khi RAID đã hoàn thành một lượng lớn các công việc quản lý lưu trữ nội bộ, người quản trị chỉ cần quản lý một ổ đĩa ảo duy nhất, có thể tiết kiệm rất nhiều công việc quản lý.RAID có thể thêm hoặc xóa ổ đĩa một cách năng động và tự động thực hiện xác minh dữ liệu và tái tạo dữ liệu, có thể đơn giản hóa đáng kể công việc quản lý.