Контроль по четности в массивах raid 5

В массивах RAID 5 для данных каждого из слоев на каждом из дисковых накопителей создается бит контроля по четности. Бит контроля по четности является дополнительным элементом данных, благодаря которому, имея биты из набора данных, по которому он был создан, можно узнать другие биты из набора данных. Бит контроля по четности создается так: все остальные биты суммируются, а затем определяется, какое значение он должен иметь, чтобы получилось четное (или нечетное число). Бит контроля по четности, в сочетании с остальными битами, может применяться, чтобы восстановить значение потерянного бита.

Давайте разберем работу контроля по четности на примере. В нашем примере мы будем считать, что система RAID 5 содержит пять дисковых накопителей.

Каждый дисковый накопитель, по существу, составлен из некоторого количества битов, от начала до конца слоя диска. Бит четности создается в зависимости от значений битов с каждого из дисковых накопителей.

В нашем примере будем считать, что контроль по четности должен обеспечить четность суммы битов, т.е. сумма всех битов должна давать результат 0 (имеется в виду сложение по модулю 2, т.е. результат сложения битов должен быть четным. – Прим. пер.). Если первый бит первого диска равен 0, первый бит второго диска равен 1, первый бит третьего диска равен 1, первый бит четвертого диска равен 1, то бит контроля по четности для этих битов должен быть равен 1, чтобы дополнить эти биты до четного числа (см. табл. 5.2).

Таблица 5.2. Пример контроля по четности для массива RAID
диск 1: бит 1	диск 2: бит 1	диск 3: бит 1	диск 4: бит 1	диск 5: бит контроля по четности	Сумма битов
0	1	1	1	1	4(четная)

Контроль по четности следует понимать как действия, применяемые к отдельным битам. Хотя слой диска содержит много битов, контроль по четности для отдельных битов позволит восстановить все данные. Биты контроля по четности, перечисленные в табл. 5.2, создаются на самом деле по отдельным битам, составляющим слои данных. Несмотря на то, что дисковые накопители разбиваются на куски данных (слои), с возможными размерами по 64 Кб и более, но контроль по четности, как мы вам показали, может быть произведен на уровне отдельных битов. На самом деле контроль по четности вычисляется при помощи алгоритмов более сложных, чем тот, который мы сейчас описали.

Давайте теперь предположим, что диск 3 сломался. В этом случае бит контроля по четности вместе с битами других дисков может быть использован для восстановления отсутствующего бита диска 3, потому что их сумма должна дополнять неизвестный бит диска 3 до четного числа.

Создание данных для контроля по четности

Как мы уже объяснили в данном разделе, данные контроля по четности, применяемые в массивах RAID 5, составляются из битов, дополняющих до четного числа сумму одинаково отстоящих от начала битов всехдисковых накопителей. Но вам, конечно,понятно, что было бы непрактичным, чтобы контроллер массива считывал бы все данные со всех дисковых накопителей при каждой операции ввода-вывода. Это было бы неэффективно и медленно.

При создании массива RAID 5 происходит первоначальное обнуление данных и создание битов контроля по четности. В результате создается набор дисковых накопителей без данных, но с полным набором битов контроля по четности.

С этого момента, всякий раз при записи данных на дисковый накопитель, должно производиться чтение данных с диска данных и с диска контроля по четности. Новые данные должны сравниваться со старыми данными, и если какой-либо бит данных поменялся, то данные контроля по четности для этого бита тоже должны быть изменены. Эта проверка производится при помощи логической операции "исключающее ИЛИ" ( XOR, exclusive OR ).Поэтому требуется чтение данных только с диска данных и диска контроля по четности, а не со всех дисков массива. Как только описанная операция вычисления изменений данных контроля по четности будет завершена, запись должна быть произведена на оба диска, т.к. операция с данными контроля по четности затрагивает весь слой данных. Таким образом, для выполнения каждой записи в том RAID 5 производятся четыре физических операции ввода-вывода: два чтения (одно – чтение с диска данных, другое – чтение с диска контроля по четности) и две записи (сами данные и данные контроля по четности). Но в массивах RAID 5 данные контроля по четности равномерно распределены по всем дисковым накопителям, поэтому и нагрузка на накопители будет распределена равномерно.

Рекомендации по применению RAID 5

Так как запись в массив RAID 5 требует дополнительных операций ввода-вывода, то этот уровень RAID можно рекомендовать для дисковых томов, используемых преимущественно для чтения. Поскольку данные контроля по четности равномерно распределены по многим дискам массива, то для операций чтения используются все диски. С учетом этих особенностей можно дать следующие рекомендации:

• Применяйте RAID 5 для томов, предназначенных только для чтения. Любой том дисков, операции записи на котором превышают 10% от объема ввода-вывода, не следует реализовывать как RAID 5.

• Применяйте кэширование записи для томов RAID 5. Так как запись для RAID 5 не завершена до тех пор, пока не будут выполнены два чтения и две записи, то при использовании кэша записи время отклика для записи может быть сокращено. (Используя кэш записи, обязательно применяйте батарею для бесперебойного электропитания.) Но надо отметить, что если поток записываемых данных превысит производительность записи дисков, то кэширование записи вам не поможет. В любом случае, вы не должны превышать пропускную способность дисков.

Как видите, RAID 5 является экономичным решением, но вы расплачиваетесь за это производительностью. А насколько велика может быть эта цена, вы узнаете из дальнейшего материала данной лекции.