RAID

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.

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 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)