RAID

Prototipi i RAID i ndërtuar nga studentët e diplomuar të Universitetit të Berkley në Kaliforni në vitin 1992.përmbante 36 disqe me nga 320MB,me memorja totale prej 11GB.

RAID, është akronim për Redundant Array of Independent Disks (I ndryshuar nga termi origjinal Redundant Array of Inexpensive Disks), është një teknologji e cila ka për qëllim rritjen e funksionit të memorjes dhe sigurinë e shpërndarjes(redundancës). Kjo arrihet me kombinimin e shumë disqeve në një njësi logjike, ku të dhënat shpërndahen në të gjitha disqet në një nga disa mënyrat e quajtura "nivelet e RAID". Ky koncept ishte përcaktuar për herë të parë nga David A.Patterson, Garth A. Gibson, dhe Randy Katz nga Universiteti i Kalifornisë, Berkeley në 1987 si Redundant Arrays of Inexpensive Disks. Firmat që përfaqësonin industrinë e prodhimit të RAID më vonë u përpoqen të ndryshojnë termin për të përshkruar një grup disqesh të tepërta të pavarura me qëllim për të përshkruar teknologjinë e RAID me kosto më të ulët.

RAID tani përdoret për ruajtjen e të dhënave të cilat mund të ndahen dhe të kopjohen në të gjitha disqet fizike. Disqet fizike janë thënë të jenë në një grup të RAID, i cili drejtohet nga Sistemi Operativ si nje disk i vetëm. Skemat ose arkitekturat e ndryshme janë të emëruara nga fjala RAID e ndjekur nga një numër (p.sh., RAID 0, RAID 1). Çdo skemë siguron një ekuilibër të ndryshëm në mes dy qëllimeve kryesore: rritjen e besueshmërisë së të dhënave dhe për të rritur performancën në hyrje / dalje
RAID përdor teknikat si shpërndarja në disk(RAID 0),pasqyrim i diskut(RAID 1) si dhe shpërndarja në diskun me paritet(RAID 5) për të arritur redudancen, latente të ulët,rrit bandëidth-in si dhe maksimizon aftësinë për të kthyer të dhënat nga disqet e dëmtuara.

Kush duhet përdor RAID-at?
Sistemet Administrative dhe të tjerët të cilët menaxhojnë sasi të mëdha të të dhënave .Arsyet kryesore për përdorimin e RAID përfshijnë:

• Rritjen e shpejtësisë
• Rritjen e kapacitetit memorik duke përdorur një disk virtual të vetëm
• Minimizon dështimet e diskut

Llojet e RAID

RAID 0 (Striping) RAID 0 Grup I disqeve paralele(striped) pa tolerancë të gabimeve RAID 0 bazohet në shpërndarjen e të dhënave me teknikën e planifikimit.Blloqet e të dhënave të madhësisë uniforme shpërndahen përgjatë gjithë disqeve.Ka performancë të lartë hyrëse/dalësë(eng.input/output).(Nuk nevoiten disqe shtesë).Siguria e RAID është më e vogël në krahasim me RAID-at tjerë,në mungesë të redudancës. Avantazhed:RAID 0 implementon një grup disqesh,ku të dhënat ndahen në blloqe dhe secili bllok shkruhet i ndarë nëpër disqe.Performanca hyrëse/dalëse është e lartë pasi shpërndarja e kërkimit hyrës/dalës bëhet përgjat shumë kanaleve dhe disqeve.Performanca më e lartë arrihet kur të dhënat janë të shpërndara përgjatë shumë kontrollerëve me vetëm një drive për controller.Nuk përfshihet biti i paritetit.Shumë dizajnë i thjeshtë dhe i lehtë pët tu implementuar. Disavantazhed:Nuk është RAID "i vërtetë" sepse nuk është tolerant në gabime.Dëmtimi i vetëm një disku rezulton me mosqasjen e të dhënave përgjatë grupit të disqeve. Nuk duhet të përdoret në misione komplekse të kompanive. Rekomandohet për video produksione dhe editimin e të imazheve.

RAID 1 (Pasqyrim) RAID 1,gjithashtu i quajtur edhe pasqyrim,ka përdorim më të gjatë se të gjithë format e tjera të RAID.U bë i përdorshëm për shkak të thjeshtësisë dhe sigurisë dhe disponueshmërisë së lartë.Pasqyrimi konsiston në dy ose më shumë disqe.Secili disk përmban një pasqyrim të të dhënave të përdorura.Grupi i RAID 1 përdor qasje paralele për performancë më të lartë gjatë leximit.Grupi i RAID 1 operon i pavarur dhe ka performancë të lartë për lexim intensiv të aplikacioneve. Avantazhet:Nje shkrim ose dy lexime të mundshme në RAID 1.Dy veprime për lexim të një disku të vetëm.Shkrim i njejët si një disk i vetëm,100% redundant,që do të thotë ska nevojë rindërtohet në rast të dështimit të diskut, vetëm kopjen në diskun e zëvendësuar.Shpejtësia e transferit e barabart sikur e një disku të vetëm. Disavantazhet:Nuk është i mundshëm përdorimi 100% i RAID 1,pasi shfrytëzohet 50% e diskut,ndërsa 50% tjerë shfrytëzohen për kopjen e të dhënave.Funskionet e RAID 1 kryhen nga sistemi softverik,i ngarkuar nga CPU/Server.

RAID 2 (ECC) Secili bit I të dhënave është i shkruar në disk drive.Secila fjalë ka Kodin e Hamming-ut ECC të ruajtur në diskun e ECC-së.Në lexim,kodi ECC verifikon korreksinë e të dhënave ose korigjon erroret e një disku të vetëm. RAID 2 është një nga dy planifikimet paralele dhe teknikat e mbrojtjes e definuar në letrat e Berkeley.Nuk ka gjetur përdorim të madh në industri sepse nevoiten disqe me vecori speciale. Avantazhet:Korigjimi i shpejtë i gabimeve.Transfer tepër i shpejtë i të dhënave.Relativisht i thjeshtë ne krahasim me RAID 3,4 dhe 5. Disavantazhet:Raport i lartë i ECC diskut me të dhënat e diskut me fjalë të vogëla-e pa nevojshme.Shpejtësia e transferit e barabart me atë të diskut më të mire(me aks sinkronizimi).Si dhe shumë i kushtueshëm.

RAID 3 Transferi paralel i të i blloqeve të të dhënave i shpërndarë’’(eng.striped)’’ dhe i shkruar në diskun e të dhënave.Pariteti i shpërndarjes është i gjeneruar ne shkrimet,I ruajtur ne diskun për paritet dhe i shiquar gjatë leximit.RAID 3 i nevoiten minimumi 3 disqe për tu implementu. RAID 3 shton informacionin redundant në formën e paritetit në qasjen paralele të shpërndare përgjatë grupit.Lejohet rigjenerimi dhe rindërtimi në rast të dështimit të diskut.Nje shirit(strip) i paritetit mbron të dhënat e shiritave korrespondues në diskun shtesë.RAID 3 ka për qëllim transfer të shpejtë dhe disponueshmëri të lartë.Sidoqoftë,performanca e transaksionit është e ulët sepse i gjithe grupi i RAID 3 disqeve operon ne qark të mbyllur. Avantazhet:Shpejtësi e lartë e leximit/shkrimit të të dhënave.RAID 3 siguron se nëse njeri prej shiritave të disqeve(te tjerëve pos diskut të pariteti) dëmtohet,përmbajta mund të rikalkulohet duke përdorur informacionet ne diskun e paritetit.Nëse vet disku i paritetit dëmotohet, grupi i disqeve të RAID 3 nuk dështon po nuk është me i mbrojtur në rast se demtohen. Disavantazhet: Shpejtësia e transferit e barabart me atë të diskut më të mire(me aks sinkronizimi).Operacioni i leximit mund të vonohet kur grupi është duke operuar në mënyrë të degraduar.Disajni i kontrollerit është kogja kompleks.Rekomandohet në aplikacionet e Video Produksioneve,editimin e imazheve dhe videove.

RAID 4 Të dhënat në disk të pavarura me disk të paritet të shpërndarë.Pariteti per blloqe gjenerohet gjatë shkrimit,ruhet ne diskun e paritetit dhe shiqohet gjat leximit. Sikur RAID 3, RAID 4 përdor paritetin e koncentruar në një disk të vetëm për të mbrojtur të dhënat.Për ndryshim nga RAID 3,grupet e disqeve të RAID 4 janë pavarur të qasura.Performanca është më e lartë gjatë hyrjes/daljes sesa gjatë transferit të lartë të fajllave. Avantazhet:Shpejtësi e lartë e leximit të të dhënave.Disku i ECC(paritetit) ka qasje më të ulët, që do të thotë eficience të lartë. Disavantazhet:Disajn kompleks i kontrollerit.Shpejtësi e ngadalshme.I vështire dhe i pa efektshëm rindëertimi i të dhënave në rast dëmtimi të diskut.Te RAID 4 paraqitet gjatë shkrimit rasi i quajtur bottelneck.Transferi i leximit të bllokut i njejt si i nje disku të vetëm.

RAID 5 Disqe të pavarura të të dhënave me blloqe të shpërndara të paritetit.Secili bllok i të dhënave shkruhet në të dhënat e disqeve.Pariteti i blloqeve në të njëjtin kategori(rang) është i gjeneruar në shkrim,i ruajtur ne lokacione të shpërndarë ne lokacione dhe i shiquar gjatë leximit.Kapaciteti i grupit është N-1.Edhe RAID 5 i nevoiten minimum 3 disqe për tu implementuar. Me shpërndarjen e paritetit ne disa ose në të gjitha grupet e disqeve,RAID 5 redukton(por nuk e eliminon) shkrimin bottelneck i ngjashëm me atë të RAID 4. Avantazhet:Shpejtësi e lartë e leximit.Shpejtësi mesatare e shkrim. Disku i ECC(paritetit) ka qasje më të ulët, që do të thotë eficience të lartë.Shpejtësi e lartë e grumbullit të të dhënave. Disavantazh:I kompleksuar.I vështire të rindërtohet në rast të dështimit të diskut(i krahasuar me RAID 1).Shpejtësia e transferit të blloqeve individuale të të dhënave njejët me një disk të vetëm.

RAID 6 Disqet e pavarura të të dhënave me dy skema të pariteteve individuale të shpërndara. Avantazhet:RAID 6 është e njejët me RAID 5 i cili lejon një shtesë të tolerancës së gabimeve duke përdorur një skemë të dytë të pavarur të paritetit (pariteti dy dimensional).Të dhënat shpërndahen(striped) në nivele blloqesh përgjatë disqeve,sikur në RAID 5 dhe shiriti i dytë i paritetit është i kalkuluar dhe shkruar përgjatë gjith disqeve.RAID 6 ofron jashtëzakonisht tolerancë të lartë të gabimeve dhe mund përballoj njëkohësisht disa disqe dështime të disqeve.Zgjidhje perfekte për misione kritike të aplikacioneve. Disavantazhed:Shumë kompleks..Shkrimi shumë i ngadaltë.I nevoiten N+2 disqe të implementohen për shkak të dy-dimensionalitetit të paritetit.

Llojet	Përshkrimi	Minimumi # i disqeve	Efikasiteti i hapësirës	Toleranca e Gabimeve	Dobia e Leximit	Dobia e Shkrimit	Skema
RAID 0	Bllok-Nivel Striping pa paritet ose pasqyrim Disqesh.	2	1	0 (asnjë)	nX	nX
RAID 1	Pasqyrim Disqesh pa paritet ose Striping.	2	1/n	n−1 disqe	nX	1X
RAID 2	Striping në nivel të bitave me pjesëmarrjen e paritetit të Kodit të Hamming-ut.	3	1 − 1/n ⋅ log2(n-1)	RAID 2 mund ti kthejë te dhënat prej 1 diskut te prishur ose riparon te dhënat e korruptuara.	e ndryshueshme	e ndryshueshme
RAID 3	Striping në nivel të Byte-ve me paritetin e caktuar.	3	1 − 1/n	1 disk	(n−1)X	(n−1)X*
RAID 4	Striping në nivel të Blloqeve me paritetin e caktuar.	3	1 − 1/n	1 disk	(n−1)X	(n−1)X*
RAID 5	Striping në nivel të Blloqeve me paritet të shpërndarë.	3	1 − 1/n	1 disk	(n−1)X*	(n−1)X*
RAID 6	Striping në nivel të Blloqeve me paritet dyfish të shpërndarë.	4	1 − 2/n	2 disks	(n−2)X*	(n−2)X*

Shpërndarja(Striping) e të dhënave dhe Redudanca

Janë dy koncepte që duhet kuptuar ne disajnin dhe implementimin e grupeve të disqeve:

1. Shpërndarja e të dhënave,për performancë më të lartë dhe
2. Redudanca për disponueshmëri më të lartë.

Shpërndajra e të dhënave

Shpërndajra e të dhënave bëhet përgjatë gjithë disqeve të duken si një disk të madh dhe të shpejtë.Shpërndarja përmirëson performancen e përgjithshme H/D me lejimet e shumta H/D të jenë në shërbim paralel.Ka dy aspekte për këtë paralelizëm.

-Kërkesat e shumta të pavarura mund të shërbehen paralelisht me disqe të ndara.Kjo zvogëlon kohën e nevojshme për kërkesat H/D. -Kërkesat e shumë blloqeve mund të kryhen nga disqe të shumta që veprojnë në bashkëpunim.Kjo rrit normën e trasnferit efektiv me një kërkesë të vetme.Perfitimet e performancës rriten me numrin e disqeve në grup.Fatkeqësisht,numri i madh i disqeve ul besueshmërinë e grupit të disqeve. Shumica e grupeve të disqeve redudant mund të dallohen në bazë të dy përmbajtjeve:

1. Shpërndarjes se të dhenave dhe
2. Mënyrën në të cilën të dhënat redudante janë llogaritur dhe ruajtur në grupin e disqeve.

Redudanca

Derisa numri i madh i disqeve ul besueshmërine e përgjithshme të grupit të disqeve,është e rëndësishme që të përfshijnë redudancën e grupit të disqeve që të tolerojnë dështimet e diskut dhe të lejojnë funksionimin e vazhdueshmën të sistemit pa asnjë humbje të të dhënave. Inkorporimi i redudances në grupin e disqeve sjell dy probleme:

1. Zgjedhjen e metodës për llogaritjen e informacionit redudant.Shumica e grupit të disqeve redudant përdorin paritetin, edhe pse disa përdorin kodin e Hamming-ut ose Reed-Solomon-it.
2. Zgjedhjen e një metode për shpërndarjen e informacioneve redudante nëpër grupin e disqeve.Metoda e shpërndarjes mund të klasifikohet në dy skema të ndryshme:

• Skemat që përqendrojnë informacionet redudante në një numër to vogël disqesh.
• Skemat që shpërndajnë informacionin redudant uniform përgjatë gjithë disqeve.

Skemat e tilla janë në përgjithësi më të dëshirueshme për shkak të shmangies së zonave të nxehta dhe problemeve të ngarkesës së balancimit të prishjeve që e pësojnë nga skemat që nuk shpërndajnë informacionin redudant.

Hardware RAID dhe Software RAID

Janë dy rrugë të mundshme të RAID: Hardware dhe Software RAID.

Hardware RAID

Grup i bazuar në menaxhimin e nënsistemit hardëerik të RAID të pavarur nga host-i.Paraqet një disk të vetëm për grupin e RAID. Një pajisje hardwerike e RAID-it lidhet me SCSI kontrollerin dhe paraqet grup të RAID-it si një makinë të vetme SCSI. Një sistem i jashtëm RAID lëviz të gjitha RAID trajnimet e "intelegjencës" të një kontrolluesi të vendosur në nënsistemin e diskut të jashtëm. I gjithë nënsistemi është i lidhurt më host-in me anë të një kontrolluesi normal SCSI dhe duket në host si një disk i vetëm. Kartela e kontrollerit të RAID-it funksionon si një SCSI kontrollues në sistemin operativ dhe merret gjithë komunikimet aktuale në disk.Përdoruesi i vendos disqet në kontrollerin e RAID(normal si në kontrollerin SCSI) dhe pastaj u shton atyre konfigurimin e RAID kontrollerit dhe sistemi operativ nuk do të vërejë diferencën.

Software RAID

Implementon nivele të ndryshme të RAID në kodin e kernel diskut(pajisjes bllokuese).Ofron zgjidhjen më të lirë të mundshme,se kartelat e shtrenjëta kontrolluese të diskut ose pjesën hot-sëap nuk janë të nevojshme.Software RAID gjithashtu punon me disqe IDE më të lira,si dhe disqe SCSI.Me procesorët(CPU) e shpejtë të ditëve të sotit,Software RAID është më i mirë se Hardware RAID.

Prodhuesit të RAID hardware

• 3ware
• Adaptec
• Areca
• Dawicontrol
• EMC2
• Highpoint
• HP
• IBM
• Intel
• Leaf
• LSI
• Promise
• Supermicro

Prodhuesit të RAID software-ve

• NetApp

Referimet

1. William Stallings - Computer Organization and Architecture.6ed.2003 (shkarko këtu)
2. Peter M. Chen, Edward K. Lee, Garth A. Gibson, Randy H. Katz and David A. Patterson. RAID: High-Performance, Reliable Secondary Storage. ACM Computing Surveys.
3. https://web.archive.org/web/20140813051119/http://www.consensys.com/html/rzma1_raid_disk_array__overvie.html
4. https://web.archive.org/web/20051215053206/http://umunhum.stanford.edu/tools/jsdt.html
5. http://www.ecs.umass.edu/ece/koren/architecture/Raid/
6. http://bytepile.com/raid_class.php Arkivuar 20 prill 2011 tek Wayback Machine
7. D.A. Patterson and J.L. Hennessy, Computer Architecture: A Quantitative Approach, 2nd edition, Morgan-Kaufmann, 1996.
8. E K Lee, R H Katz,"Performance Consequences of Parity Placement in Disk Arrays"
9. P M chen, G A Gibson, R H Katz, D A Patterson, "An Evaluation of Redundant Array of Disks using an Amdhal 5890"
10. P M Chen, D A Patterson,"Maximizing Performance in a striped Disk Array"
11. G D A Patterson,A Gibson, R H Katz, "A case for Redudant Arrays of Inexpensive Disks" 1988. (shkarko këtu)