raid (redundant array of independent...

รายงาน

RAID (Redundant Array of Independent Disks)

คณะผูจัดทาํ

5110220033 นายธีระกิจ หนูสอน 5110220073 นายวิรัตน ชูนุย 5110220074 นายวิศาล เดิมหลิ่ม 5110220090 นายสุพัฒน ศรีญาณลักษณ 5110220123 นายอิมรอน แวมง

เสนอ อาจารย ลัดดา ปรีชาวีรกุล

เอกสารฉบับนี้เปนสวนหนึ่งของการศึกษารายวิชา 344-521 Computer Organization and Architecture ภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอร คณะวิทยาศาสตร

มหาวิทยาลยัสงขลานครินทร

ก

คํานํา

ปจจุบันธุรกิจหรือองคกรขนาดใหญ มีความตองการจัดเก็บขอมูลจํานวนมหาศาล ซ่ึง Disk เพียงตัวเดียวไมสามารถตอบสนองความตองการนั้นได รายงานฉบับนี้ เปนการศึกษาเรื่อง RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) ซ่ึงเปนระบบที่แกไขปญหาดังกลาวขางตน โดยมีแนวคิดที่ใช Disk หลายตัวตอเขาดวยกัน เพื่อทํางานเสมือน Disk ขนาดใหญตัวเดียว เพื่อวัตถุประสงคตางๆ เชน เพิ่มความนาเชื่อถือของขอมูล หรือเพิ่มประสิทธิภาพการอาน/เขียนขอมูล โดยใชหลักการตางๆ คือ การสําเนาขอมูล (mirroring) การแบงสวนขอมูล (striping) และการแกไขความผิดพลาด (error correction)

สําหรับเนื้อหาในรายงานฉบับนี้ไดกลาวถึงรูปแบบการทํางาน ขอดี ขอจํากัด และความเหมาะสมในการใชงาน ของ RAID ในระดับตาง ๆ ที่ใชในปจจุบัน

สุดทายนี้ผูจัดทําหวังเปนอยางยิ่งวาจะเปนประโยชนแกผูสนใจศึกษาเรื่อง RAID ไมมากก็นอย คณะผูจัดทํา

ข

สารบัญ

หนา

คํานํา ก

สารบัญ ข

1. บทนํา 1

2. ประโยชนการใชงานของ RAID 1

3. ขอจํากัดของ RAID 2

4. แนวคิดการทํางานทั่วไปของ RAID 3

5. ระดับการทํางานของ RAID 4

5.1 RAID 0 (Striped Disk Array without Fault Tolerance) 4

5.2 RAID 1 (Disk Mirroring) 5

5.3 RAID 2 (Hamming Code ECC) 6

5.4 RAID 3 (Parallel Transfer with Parity) 8

5.5 RAID 4 (Independent Data Disks with Shared Parity Disk) 11

5.6 RAID 5 (Independent Data Disk with Distributed Parity Blocks) 12

5.7 RAID 6 (Independent Data Disks with Two Independent

Distributed Parity Schemes) 14

5.8 RAID 7 (Optimized Asynchronous for high I/O Rate +

High Data Transfer Rates) 16

5.9 RAID 0+1 และ 1+0 หรือ 10 (Mirroring with striped subsets) 17

5.10 RAID 50 19

5.11 RAID 53 (High I/O Rates and Data Transfer Performance) 20

6. บทสรุป 20

References 21

1

RAID

1. บทนํา

หลายปที่ผานมาเทคโนโลยีการพัฒนาการจัดเก็บขอมูลขาวสารลงบนสื่อตาง ๆ ไดรุดหนาอยางรวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง โดยเฉพาะการจัดเก็บขอมูลลงบนฮารดไดรฟไดพัฒนาจากยุคของการใช IDE มาเปน SATA จากนั้นเขาสูเทคโนโลยี SATA II นอกจากนี้ระบบ SCSI ไดรับการพัฒนาใหมีประสิทธิภาพสูงขึ้น Ultra320 SCSI เปนอีกทางเลือกหนึ่งสําหรับระบบคลังจัดเก็บขอมูลขนาดใหญที่ตองการเนื้อที่จัดเก็บในปริมาณที่สูง ปลอดภัย และประสิทธิภาพความเร็วสูงเชนกัน

รูปท่ี 1 แสดงแผงวงจรควบคุมการทํางานของ RAID ติดต้ังบนพีซี

การจัดเก็บขอมูลนอกจากจะเนนเฉพาะปรมิาณความจุเทานั้น เพราะการใชงานจะมผูีที่ตองเขามาเกี่ยวของในระบบดวยเปนจํานวนมากไมเพยีงแคการใชงานเฉพาะบุคคลเทานั้น แตยังมีบุคคลหลายระดับที่ตองเขามาใชงาน จึงตองมีการออกแบบใหระบบสามารถรองรับการ Access จากภายนอกไดพรอม ๆ กันเปนจํานวนมาก รวมไปถึงการสงผานขอมูลตองเปนไปอยางรวดเรว็ และที่สําคัญเหนือส่ิงอ่ืนใดนั่นคือ เร่ืองของความปลอดภัยที่จะตองมั่นใจไดวาขอมูลที่มีอยูมากมายจะไมเกิดการสูญเสียไปขณะที่ทําการ assess หรือขณะที่อยูในระบบ ซ่ึงอาจทําใหเกิดความเสียหายที่มูลคามหาศาล เพื่อใหระบบมีความพรอมที่สามารถจะรองรับการใชงานของผูใชไดตลอดเวลาและมีประสิทธิภาพ จึงมีการพัฒนาระบบ RAID (Redundant Array of Independent Disks) ซ่ึงเปนการเพิม่ขีดความสามารถและเสถียรภาพของการจัดเก็บขอมูลภายใน Disk

2. ประโยชนการใชงานของ RAID

RAID เปนระบบจัดเก็บขอมูลขาวสารสําหรับการจัดเก็บขอมูลที่เนนความปลอดภัยและประสิทธิภาพการดึงขอมูลมาดูเหมาะสําหรับจัดเก็บขอมูลของเซิรฟเวอรหรือคลังขอมูลขององคกรขนาดกลางและขนาดใหญที่ขอมูลเปนเรื่องสําคัญ จะตองไมสูญหายหรือเสียหายโดยไมตองจายแพงมาก RAID ใหประโยชนมากมาย แตจะมากมายเทาใดขึ้นอยูวาใชงาน RAID ภายใตเทคโนโลยีใดหรือระดับใด เนื่องจาก RAID มีหลายระดับ ซ่ึงรายละเอียดจะไดกลาวถึงตอไป กอนอ่ืนเรามาดูประโยชนใชงานของ RAID ดังนี้

344-521 Computer Organization and Architecture

2


RAID มีความปลอดภยัสูงกวาระบบจัดเก็บขอมูลท่ัวไป เนื่องจาก RAID ทํางานภายใตแนวคิดของระบบทดแทน (Fault Tolerance) และตอบ สนอง

การทํางานแบบตาง ๆ ดวยระดับการทํางานตาง ๆ เนื่องจากการทํางานของ RAID อาศัยการจัดเก็บขอมูลกระจายตามฮารดไดรฟตาง ๆดังนั้นหากฮารดไดรฟตัวใดตัวหนึ่งเกิดเสียหายขอมูลก็ยังปลอดภัยอยูดี แมจะไมถึง 100% ก็ตาม การใช RAID ทําใหไมตองพะวงกับการสํารองขอมูลบนสื่อจัดเก็บขอมูลตาง ๆ อยางไรก็ดีขีดความสามารถเชนนี้ยกเวน RAID ระดับ Level 0 หรือ RAID 0

ระบบทดแทน (Fault Tolerance) หรือ ระบบทนทานตอความเสี่ยง การประยุกตใชงาน RAID ที่เนนระบบทดแทนจะทําใหสามารถกระจายการจัดเก็บขอมูลไป

ตามฮารดไดรฟตาง ๆ ทําใหสามารถลดความเสี่ยงตอการที่ขอมูลสูญหายไปหมดหากฮารดไดรฟที่เปนตัวหลักเกิดความเสียหายจนไมสามารถใชการไดอีก

สามารถเพิ่มปริมาณการจัดเก็บขอมูลไดโดยรวม โดยวิธีการเพิ่มจํานวนฮารดไดรฟและนํามาพวงตอกันเปนแนวหรือ Array ไดเปนจํานวน

มาก ทําใหสามารถจัดเก็บขอมูลไดมากขึ้น ปลอดภัยยิ่งขึ้น ขอมูลขาวสารที่จัดเก็บสามารถมีความตอเนื่องกัน ถึงแมวาขอมูลขาวสารนี้กระจายไปตามฮารดไดรฟตาง ๆ ก็ตาม ตัวอยางเชน หากตองการจัดเก็บขอมูลขนาด 900 GB ซ่ึงโชคไมดีที่วาในปจจุบันยังไมมีผูผลิตรายใดที่ผลิตฮารดไดรฟที่มีความจุดังกลาว แตภายใตระบบ RAID 0 สามารถติดตั้งฮารดไดรฟขนาดความจุ 220 GB จํานวน 5 ตัว โดยระบบปฏิบัติการสามารถมองเห็นฮารดไดรฟทั้งหมดเปนตัวเดียว โดยอาจเสียเนื้อที่ไปบางเพื่อใหเกิดผลของคําวาทดแทน

เพิ่มประสิทธิภาพ คําวาเพิ่มประสิทธิภาพในที่นี้หมายถึง การเพิ่มขีดความสามารถในการจัดเก็บขอมูล การ

ตรวจสอบความผิดพลาดของขอมูล (เฉพาะ RAID ในบางระดับ) อยางไรก็ดีประสิทธิภาพการทํางานของ RAID ขึ้นอยูกับระดับของ RAID ที่ใช

3. ขอจํากัดของ RAID

ถึงแมวา RAID สามารถใหบริการเกี่ยวกับความพรอม รวมที้งบริการทดแทนในระบบจัดเก็บขอมูลก็ตาม แตไมไดหมายความวาการใชงานระบบ RAID จะชวยใหสามารถพนจากความปลอดภัยของขอมูลทุกประการ เนื่อจาก RAID ยังมีขอจํากัดหลายประการ เชน

ไมสามารถปกปองขอมูลใหพนจากความเสียหายขากการกระทําของผูที่ไมหวังด ี ไมสามารถปกปองขอมูลขาวสารจากการทาํลายของไวรสั ไมสามารถปองกันขอมูลขาวสารจากการถูกทําลายโดยทางกายภาพ เชน อัคคีภัย ไมสามารถปองกันขอมูลขาวสารไดหากอุปกรณจดัเก็บขอมูลเกิดความเสียหาย

3


ประการสําคัญคือหากใช RAID 0 ซ่ึงกําลังไดรับความนิยมเปนอยางมากในขณะนี้ เนื่องจากผูใชตองการประสิทธิภาพการจัดเก็บขอมูลที่เพิ่มขึ้นมากไปกวาความตองการความนาเชื่อถือในการจัดเก็บขอมูล เนื่องจาก RAID 0 ไมมีระบบทดแทน ดังนั้นหากเกิดปญหาเกี่ยวกับอุปกรณจัดเก็บขอมูลหรือในกรณีอ่ืน ๆ ขอมูลจะสูญหายไปโดยไมสามารถกูกลับคืนมาไดอีก ยิ่งไปกวานั้นความนาเชื่อถือของระบบ RAID 0 ยังนอยกวาการทํางานของการจัดเก็บขอมูลบน Disk ธรรมดาเสียอีก ยิ่งไปกวานั้นการกูขอมูลคืนจากปญหาที่เกิดขึ้นภายใต RAID 0 ยังกระทําไดยากกวาปกติหลายเทา ดังนั้นหากตัดสินใจเลือกใช RAID 0 จะตองหมั่นทําสํารองขอมูลอยางสม่ําเสมอเผื่อเกิดปญหาขึ้นในอนาคต

4. แนวคิดการทํางานทั่วไปของ RAID

หลักการทํางานของ RAID ประกอบดวยแนวคิดการทํางานในรูปแบบทางกายภาพและตรรกะ โดยโครงสรางหลัการของ RAID ไดแก (Array) โดยอารเรยประกอบดวย Disk กลุมหนึ่งเชื่อมตอพวงกัน ถูกควบคุมโดยแผงวงจรควบคุมในระบบ SCSI หรือ IDE และแมแตระบบ SATA อยางใดอยางหนึ่งเพียงชุดเดียวเทานั้น และจํานวนของ Disk ตอ 1 อารเรยจะมี Disk กี่ตัว รวมทั้งรูปแบบการจัดเก็บขอมูลนั้นขึ้นอยูกับระบบของ RAID ที่ใช เพื่อใหเกิดความเขาใจเกี่ยวกับระดับของ RAID ที่ใชเพื่อใหเกิดความเขาใจเกี่ยวกับการทํางานของ RAID อยางลึกซึ้ง เรามาดูคําอธิบายของคําศัพททางเทคนิคที่เกี่ยวของกับ RAID ดังนี้

1. อุปกรณจัดเก็บขอมูล เชน Disk ทางกายภาพ หมายถึงตัว Disk จริงที่ประกอบขึ้นเปนอารเรย ซ่ึงเปนโครงสรางหลักของระบบ RAID

2. อารเรยทางกายภาพ ประกอบขึ้นดวย Disk จํานวนหนึ่งที่มีการเชื่อมตอในรูปแบบพวงกัน ถูกควบคุมโดยแผงวงจรควบคุมระบบ RAID โดยท่ัวไประบบ RAID ประกอบดวย RAID เพียงอารเรยเดียว แตในบางระบบไดกําหนดใหมีหลาย ๆ อารเรยทํางานรวมกัน

3. อารเรยทางตรรกะ เปนรูปแบบการจัดเก็บขอมูลขาวสารภายในอารเรย โดยใชเทคนิคการกระจายขอมูลขาวสารที่จัดเก็บไปตามอุปกรณ Disk ตาง ๆ ภายในอารเรยปกติ 1 อารเรยทางกายภาพ แตก็มีความเปนไปไดที่สามารถจัดตั้ง 1 อารเรยทางตรรกะใหรองรับหลาย ๆ อารเรยทางกายภาพได (โดยทั่วไปใชกับ RAID แบบทวิระดับ (Multi-level))

4. อุปกรณจัดเก็บขอมูลหรือไดรฟทางตรรกะ เปนอุปกรณจัดเก็บขอมูลทางตรรกะ ที่ระบบ ปฏิบัติการสามารถมองเห็นเชนเดียวกับที่ผูอานแบงพารทิช่ันของ Disk ทําใหมองเห็นวามีไดรฟหลายๆ ตัว

4

5. ระดับการทํางานของ RAID

มีความเปนไปไดที่สามารถจัดสรางอารเรยในระบบ RAID ที่มีประสิทธิภาพสูงในดานการปฏิบัติการของระบบ I/O ไดรวมทั้งการทํางานที่ความเร็วสูงไดโดยการเชื่อมตอกันแบบทางยาว (Stripe) วิธีการนี้สามารถพวงอุปกรณจัดเก็บขอมูล อยางเชน Disk เขาดวยกันเปนจํานวนมากเทาที่แผงควบคุมการทํางานของ RAID สามารถรองรับได

5.1 RAID 0 (Striped Disk Array without Fault Tolerance)

RAID 0 มีรูปแบบการเชื่อมตอท่ีอาศัยการพวงตอกันของ Disk เขาดวยกันแบบทางยาว ซ่ึงเปนรูปแบบที่มุงเนนที่การเพิ่มประสิทธิภาพในการเขาถึงขอมูล เปนสําคัญ คําวา “0” มีความหมายแสดงใหเห็นถึงการที่ปราศจากระบบทดแทนกัน อีกทั้งไมมีระบบตรวจสอบความถูกตองขอมูลในอุปกรณจัดเก็บขอมูล ดังนั้นหากอุปกรณจัดเก็บขอมูล เชน Disk ตัวใดตัวหนึ่งเกิดความเสียหายจะทําใหขอมูลไมสามารถถูกกูกลับคืนมาได

รูปท่ี 2 แสดงลักษณะการเชื่อมตอบน RAID 0

5.1.1 รูปแบบการทํางาน ภายใตการทํางานของระบบนี้ จะมีรูปแบบการทํางานที่เรียกวา “Striping” หรือ “แถบ”

เนื่องจากระบบ RAID 0 จะมีตัวจัดการกับขอมูลตามแนวยาว ในลักษณะแถบ (ไมไดกระจายไปทั่ว อยางระบบอื่น) แฟมขอมูลจะถูกแบงเปนแถบตางๆ ที่มีขนาดความจุ ขึ้นอยูกับผูใชงานกําหนดวาจะมีขนาดเทาใด จากนั้นแถบตางๆ เหลานี้จะถูกสงไปจัดเก็บใน Disk แตละตัวที่ประกอบขึ้นเปนอารเรย จากรูปที่ 2ระบบ RAID 0 ประกอบดวย Disk 4 ตัวตอเชื่อมกัน แถบที่ A,B,C,D ก็จะถูกจัดสรรออกไปให Disk ที่ A,B,C,D ตามลําดับ และสําหรับแถบตอจากนั้น คือ E,F,G,H ฯลฯ ก็จะหมุนวน สลับกันไปที่ Disk ที่ 0 (แถบ E) , Disk ตัวที่ 1 (แถบ F) , Disk ตัวที่ 2 (แถบ G), Disk ตัวที่ 3 (แถบ H) ซ่ึงจะเปนลักณะแบบนี้ จะเกิดหมุนเวียนกันไปเรื่อยๆ จนกวาขอมูลจะหมดไปในแตละชุด

5.1.2 ขอดีของ RAID 0 เนื่องจากขอมูลขาวสารถูกแบงออกเปนสวนๆ เรียกวา block ของขอมูล โดยแตละ block

ของขอมูลถูกเขียนลงบน Disk ตางๆ หลายตัว วิธีการเชนนี้จะชวยเพิ่มประสิทธิภาพการทํางานของระบบ I/O ผานหลายชองทาง รวมทั้ง Disk นอกจากนี้ประสิทธิภาพการทํางานจะยิ่งเพิ่มสูงขึ้นหากมีการ


5

จัดแบงขอมูลออกเปนสวนๆ และกระจายการจัดเก็บไปตาม Disk ตางๆ และ Disk 1 ตัว ควบคุมโดยแผงควบคุม 1 แผง ระบบนี้งายตอการออกแบบและติดตั้ง อีกทั้งงายตอการใชงานดวยเหตุนี้จึงไดรับความนิยมใชงานเปนอันมาก โดยเฉพาะตลาดของผูใชงานระดับลาง ภายใตการทํางานของ RAID 0 แผงควบคุมการทํางานของ RAID หรือ RAID Controller จะจัดสงขอมูลขาวสารที่ถูกแบงออกเปน block โดยแตละ block มีขนาด 8-32 KB จัดเก็บกระจายไปตามฮารดดิสตางๆ ทั้งหมดที่เชื่อมตอกันเปนอารเรย วิธีเชนนี้จะชวยใหเกิดการเรงรัดการอานและเขียนขอมูลลงบน Disk ในการสรางระบบ RAID 0 จําเปนตองใช Disk จํานวน 2 ตัวข้ึนไป

5.1.3 ขอจํากัดของ RAID 0 ไดแกการที่ไมมีระบบที่เรียกวา ระบบทดแทน ในการจัดเก็บขอมูลขาวสารดังนั้น หาก

อุปกรณจัดเก็บขอมูลเกิดความเสียหายจะทําใหขอมูลสูญหายได จึงไมเหมาะสําหรับนํามาใชกับการจัดเก็บขอมูลสําคัญๆ

5.1.4 ความเหมาะสมในการใชงาน - งานตัดตอและงานตกแตงภาพวิดีโอ - ระบบการตกแตงภาพ - แอพพลิเคชั่นใดๆ ก็ตามที่ตองการแบนดวิดธสูงๆ

5.2 RAID 1 (Disk Mirroring)

รูปแบบของ RAID 1 เปนการใช Disk 2 ตัว โดยตัวแรกทําหนาที่จัดเก็บขอมูลหลัก สวนตัวที่ 2 จัดเก็บขอมูลทั้งหมดของ Disk ตัวแรก เมื่อใดที่มีการเขียนขอมูลบน Disk จะมีการเขียนขอมูลลงบน Disk ทั้งสองตัวพรอมกันในเวลาเดียวกัน ซ่ึงหมายความวาจะไดระบบจัดเก็บขอมูลที่มีระบบทดแทนอยางเต็มที่ ดังนั้นหาก Disk ตัวใดตัวหนึ่งเสียหาย อีกตัวหนึ่งสามารถทํางานแทนไดในทันที และเมื่อเปลี่ยน Disk ตัวใหมแทนตัวเกาที่เสียหายระบบก็จะมีการจัดสรางอารเรยขึ้นมาใหโดยอัตโนมัติ กระบวนการทํางานของ RAID 1 ก็สามารถดําเนินการตอไปได



6


RAID 1 เปนหนทางที่งาย มีประสิทธิภาพมากที่สุดแบบหนึ่งในการจัดสรางระบบจัดเก็บขอมูลที่ปลอดภัย รวมทั้งมีคาใชที่ถูกกวาระบบอื่น ส่ิงที่ตองการไดแก Disk อยางนอย 2 ตัว รวมทั้งแผงควบคุมการทํางานของ RAID แบบพื้นฐาน และหากติดตั้งระบบ RAID 1 บนระบบปฏิบัติการ Windows จะตองติดตั้งไดรเวอรสําหรับระบบ RAID เพื่อใหระบบปฏิบัติการสามารถที่จะมองเห็น Disk ทั้งสองตัวเปนตัวเดียวเทานั้น ทําใหการจัดเก็บขอมูลเกิดขึ้นบน Disk ทั้งสองตัว

5.2.1 รูปแบบการทํางานและคุณประโยชน เพื่อใหไดประสิทธิภาพการทํางานสูง สามารถทําการเชื่อมตอ RAID ในระบบ mirroring

แบบคู โดยจะตองใชแผงควบคุม RAID ที่สามารถควบคุมการทํางานแบบจับคูได รูปแบบการทํางานแบบนี้อาจกําหนดใหแตละคูสามารถเขียนขอมูล 1 คร้ัง และอานขอมูล 2 คร้ัง วิธีการนี้จะชวยใหสามารถไดประสิทธิภาพในการอานขอมูลเพิ่มขึ้น ดวยการที่ระบบ บันทึกขอมูลซํ้า จะกระจายการบันทึกขอมูล ไปตาม Drive ตางๆ ภายในระบบ ทําใหเมื่อมีการรองขอขอมูลมา จะชวยลดปญหา ความคับคั่ง ของการเขียนอานขอมูล ที่อาจจะเกิดขึ้น หากมีการบันทึกขอมูลนั้นๆ รวมอยูบน Drive เดียวกัน ซ่ึงอธิบายเพิ่มเติมไดดวยการที่มี 3 คํารองขอ ที่เรียกมายังระบบ โดยที่ คํารองที่ 1 จะถูกเรียกไปอานที่ block 0 คํารองที่ 2 จะไปอานที่ block 1 ในคํารองที่ 3 จะถูกเรียกอานที่ block 2 นั้นหมายความวา แตละ block ก็เปรียบเสมือนเปน Disk คนละตัว ที่ทํางานอยูภายใตระบบ RAID จึงสามารถ อานขอมูลไดอยางอิสระตอกัน ซ่ึงชวยลดภาระ และ ลดเวลาในการเขาถึงขอมูลไดเปนอยางดี รวมทั้งระบบนี้มีระบบ การทดแทนกันไดถึง 100 % หมายถึงไมตองจัดสรางขอมูลข้ึนมาใหม เพียงแตสําเนาขอมูลที่มีอยูแลวลงบน Disk ตัวใหมเทานั้น

5.2.2 ขอจํากัดของ RAID 1 มีขอจํากัดตรงที่เกิด Overhead 100% ที่ตัว Disk รวมทั้งระบบการทํางานตองพึ่งพาอาศัยการ

ทํางานเชิงซอฟตแวร สงผลตอความสิ้นเปลืองในการใชทรัพยากรตางๆ บนเครื่องคอมพิวเตอร เชน ซีพียู เปนตน ดังนั้นการทํางานของอุปกรณจัดเก็บขอมูล รวมทั้งแผงควบคุมการทํางานจะตองมีประสิทธิภาพสูงตามไปดวยยิ่งกวานั้นระบบนี้อาจไมรองรับการทํางานแบบถอดเสียบอุปกรณขณะที่เปดใชงานหรือ Hot Swap ก็เปนได โดยเฉพาะเมื่อทํางานภายใตซอฟตแวร

5.3 RAID 2 (Hamming Code ECC)

ภายใตการทํางานของ RAID 2 แตละบิตของขอมูลท่ีประกอบขึ้นดวย 4 บิตหรือ Word (เชน ในกรณีนี้ไดแกบิต 0 ถึง 3) โดยแตละ Word จะตองมีคา Hamming Code หรือ ECC กํากับไวและเขียนลงบน Disk (ECC มีไวเพื่อตรวจสอบและแกไขขอผิดพลาดของขอมูล) ขณะที่อานขอมูล ระบบ ECC จะตรวจสอบความถูกตองของขอมูลขาวสารและแกไขในกรณีที่ตรวจพบความผิดพลาดบน Disk RAID 2 เปน RAID ชนิดแรกที่มีการใชเทคโนโลยีในการตรวจจับความผิดพลาดของขอมูล โดยอาศัยการเขารหัสแบบ Hamming CodeECC (Error Checking/Correction)

7


การตรวจจับความผิดพลาดของขอมูลโดยการใชบิต Parity ขอมูลที่ถูกสงเขามาเก็บในDisk แตละตัวสําหรับ RAID 2 นั้น จะมีลักษณะเปนขบวนบิตเลขฐานสอง ซ่ึงในระหวางการสงผานขอมูล โอกาสที่ขอมูลที่เปนขบวนบิต จะผิดพลาดที่บิตใดบิตหนึ่งยอมเกิดขึ้นได จึงไดมีการคิดวิธีเติมบิต Parity เขาไปที่ ขบวนบิตขอมูล (1 Word) โดยบิตที่เติมเขาไปนี้จะเปน "0" หรือ "1" ก็ขึ้นกับวาเราจะใชการตรวจจับเปน แบบ Even Parity หรือ Odd Parity วิธี Even Parity ในการตรวจจับความผิดพลาด บิต Parity ที่จะถูกเติมเขาไปตอจากขบวนบิตขอมูลจะตอง ทําใหผลรวมแบบเลขฐานสองของทุกบิต (รวมบิตที่เพิ่มเขาไปดวย) มีคาเทากับ "0"

สวนในกรณีของ Odd Parity บิต Parity ที่จะถูกเติมเขาไปจะตองเขาไปทําใหผลรวมของทุกบิต (รวมบิต Parity ดวย) มีคาเปน "1" และเมื่อปลายทางไดรับขอมูลที่ผานการเติมบิต Parity มาแลวก็จะสามารถตรวจสอบไดวาขอมูลที่ไดรับมาผิดพลาด หรือไม ถาผิดพลาดทางฝงรับก็อาจจะสงสัญญาณตอบกลับไปที่ฝงสง ใหทําการสงขอมูลมาใหมอีกครั้ง

สําหรับวิธีเติมบิต Parity ที่ไดพูดไปขางตน ยังมีขอเสียอยูตรงที่ถาเกดิบิตขอมูลเกิดการผิดพลาดพรอมกัน 2 บิต ทางฝงรับจะไมสามารถตรวจจับความ ผิดพลาดไดเลย และขอเสียอีกประการก็คอืวิธีเติมบิต parity นี้ทําไดเฉพาะตรวจจับความผิดพลาดไดเทานั้น แตไมสามารถระบุไดวาบิตใดเกิดความผิดพลาดขึ้น จึงทําการแกไขขอมูลใหถูกตองไมได ดวยเหตนุี้จึงตองมีการคิดคนวิธีที่จะ เขามาแกปญหาเหลานี้ วิธีทีว่าก็คือ วิธีการเขารหัสขอมูล ซ่ึงมีอยูหลายวิธีดวยกัน แตทีน่ํามาใชใน RAID 2 จะเปนวิธีการเขารหัส แบบ Hamming Code หลักการของการเขารหัสก็คือ ขบวนบิตขอมูลจํานวน k บิต จะถูกเขารหัสใหกลายเปนคํารหัส (Code Word) ที่มีความยาว n บิต โดยจะมีการเติมบิตที่ใชในการตรวจสอบ (Check Bits) n - k บิตตอทายบิตขอมูล โดยบิตที่ใชในการตรวจสอบนี้จะมีความสัมพนัธกับบิตขอมูลดวยสวนจะสัมพันธในรูปแบบไหนก็ขึน้อยูกบัวาใชการเขารหัสแบบใด ในสวนของการเขารหัสแบบ Hamming Code นี้จะอาศยัการสรางบิตตรวจสอบจากวิธีการดังนี้ในการเขารหัสแบบ Hamming Code จะใชขบวนบิตขาวสาร 4 บิต และจะมีการเติมบติที่ใชในการตรวจสอบเขาไป 3 บิต รวมเปน 7 บิต

สําหรับการเขารหัสโดยวิธี Hamming Code นี้ จะไดเปรยีบวิธีเติมบิต Parity ตรงที่ทางฝงรับสามารถระบุไดวาบิต ใดเกิดความผิดพลาดขึ้นจึงทําใหเราสามารถแกไขความผิดพลาดที่เกิดขึ้นได แตมีขอแมวาขอผิดพลาดนั้นตองมีเพียงบิตเดียว

RAID 2 นั้น Disk แตละตัวจะเก็บขอมูลท่ีเขามาทีละบิตๆ ดูรูปที่ 4 A0-A3 จะแทนขอมูล 1 word โดยทั้ง 4 บิตนี้จะผานการเขารหัสแบบ Hamming Code โดยการเติมบิตตรวจสอบ ECC/Ax, ECC/Ay และ ECC/Az เขาไป ทําให RAID 2 มีความสามารถ ในการแกไขความผิดพลาดได แตขอเสียที่เราเห็นไดอยางชัดเจนของ RAID 2 ก็คือการที่มันตองใช Disk เพื่อเก็บบิตตรวจ สอบเกือบๆเทากับจํานวน Disk ที่ใชเก็บขอมูล เพราะยิ่งขนาด word ของขอมูลเล็กเทาไหรสัดสวนระหวาง Disk ทั้งสอง ชนิดก็ยิ่งเกือบจะ

8

เทาๆกัน ดูจากรูปที่ 4 นั่นก็หมายความวา เราตองเสียคาใชจายอีกประมาณเกือบเทาตัวในการเก็บบิตตรวจสอบ ซ่ึงเปนเรื่องที่คอนขางสิ้นเปลืองทีเดียว


5.3.1 ขอดีของ RAID 2 เปนระบบที่มกีารแกไขขอผิดพลาดของขอมูลใน Disk อีกทั้งยังสามารถใหบริการขอมูลที่

ความเร็วสูงได

5.3.2 ขอจํากัดของ RAID 2 อัตราสวนการทํางานของ ECC ที่มีตอขอมูลขนาดนอยนิด เชน ขนาดเทากับ Word (4 บิต)

ทําใหไมคอยมีประสิทธิผลในการทํางานมากนัก อีกทั้งคาใชจายในการติดตั้งครั้งแรกคอนขางสูง อีกทั้งตองการการถายเทขอมูลที่ความเร็วสูงเพื่อใหไดประสิทธิภาพเทียบเทากับการทํางานปกติของ Disk ทั่วไป ระบบนี้จึงไมไดรับความนิยม อีกทั้งไมไดถูกผลิตมาใหใชงานในตลาดอยางเต็มที่

5.4 RAID 3 (Parallel Transfer with Parity)

เปนการประยุกตรูปแบบมาจาก RAID ระดับ 0 ที่มีความสามารถ ดานความจุและความสามารถในการเขียนอานขอมูล และไดเพิ่มความสามารถในดานปกปองความเสียหาย หรือที่เรียกวาระบบทดแทนกัน ซ่ึงใน RAID 3 ขอมูลจะถูกจัดแบงออกเปน block เชนกันจากนั้นเขียนลงบน Disk แลวจัดสราง Parity บน Disk ขณะที่ทําการเขียนขอมูลดังกลาวลงบน Disk ที่เก็บคานี้โดยเฉพาะ (คา Parity นี้เปนคาที่ใชตรวจสอบคําผิดของขอมูล) เมื่อใดที่มีการอานขอมูลใน Disk ก็จะใชคา Parity นี้เทียบกันเพื่อคนหาคําผิด RAID 3 ตองการใช Disk อยางนอย 3 ตัว


9


สําหรับ RAID 3 ตามโครงสรางจะมีลักษณะการตอ Disk เปนแบบ Stripe เชนเดียวกับ RAID 0 โดยขอมูลที่เขามาแตละครั้งจะถูกแยกเก็บไวที่ Disk แตละตัวสวน แตละตัวจะเก็บขอมูลกี่บิตหรือกี่ไบตก็ขึ้นอยูที่การกําหนด (ขอเรียกขอ มูลที่เก็บอยูใน A0, A1, A2, … ตามรูปที่ 5 วาเปน 1 word) จากรูปที่ 5 ขอมูลที่เขามาก็จะถูกแบงยอยเพื่อเก็บไวที่ A0, A1, A2, A3, B0, … จนกวาจะเก็บขอมูลไดหมด ลักษณะการตอ Disk ตามรูปที่ 6 เปนการตอที่เรียกวา 4+1 คือมี Disk ที่ไว เก็บขอมูล 4 ตัว และเก็บ Parity ที่ไดจากการคํานวณทางคณิตศาสตรของขอมูลในแถวๆนั้น (ดูตามรูปที่ 6 A Parity จะเปน Parity ของขอมูล A0-A3) อีก 1 ตัวการคํานวณหา Parity นั้นจะอาศัยวิธีการทางคณิตศาสตรงายๆ คือการนําเอาลอจิก XOR เขามาชวย โดยเงื่อนไขของการ ทํา XOR เปนดังที่แสดงในตาราง

ตาราง แสดงเงื่อนไขของการ ทํา XOR

สาเหตุที่นําลอจิก XOR มาใชก็เนื่องมาจากคุณสมบัติทีว่า ถานําขอมูล word A และ B มา XOR กันไดผลลัพธตัวหนึ่ง แลวเกิดเหตุการณที่ word A หรือ B อันใดอันหนึ่งเกดิสูญหายไป เราสามารถสราง word ที่หายไปอันนั้นใหกลับมาเหมือนเดมิได โดยการ XOR ผลลัพธกับ word ที่ยังเหลืออยูดังตวัอยางตอไปนี้ สมมติใหขอมูล word A คือ 0 1 1 0 และ word B คือ 1 1 0 0 ทั้งสอง word เมื่อนํามา XOR กันจะไดผลลัพธ 1010 สมมติให word A เกิดการสูญหาย เราสามารถสราง Word A กลับมาอีกครั้งไดโดยนําผลลัพธมา XOR กับ word B จะได 0110 ซ่ึงก็คือ word A นั่นเอง จากเหตุผลขางตนจึงมีการนาํลอจิก XOR มาสราง Parity ขึ้นมาโดย A Parity = A0 XOR A1 XOR A2 XOR A3 (ในสวนของแถว B, C และ D ก็เปนในทํานองเดยีวกัน) และถาขอมูลจาก Disk ตัวใดเกิดสูญหาย เราก็สามารถสราง word ขอมูลนั้นขึ้นมาใหมไดดวยการนํา A Parity มา XOR กบั word ขอมูลที่ยังเหลืออยู สมมติ word ขอมูลเปนดังนี้ A0= 1010, A1= 0011, A2 = 0001 และ A3 = 1000 ดังนัน้


10


A Parity จะมคีาเทากับ 0000 และสมมติใหขอมูล A2 เกิดสูญหายอนัเนื่องมาจาก Disk ตัวที่ 3 เกดิปญหาเราจะสรางขอมูล A2 กลับคืนมาไดโดยนํา A Parity 0000 XOR กับ word ขอมูลที่ยังเหลืออยูซ่ึงก็คอื A0, A1 และ A3 จะไดผลลัพธคือ 0001 ซ่ึงก็คือ word A2 นั่นเอง แมวา RAID 3 จะมีขอดีในการอานและเขียนขอมูลไดอยางรวดเร็ว เพราะมีลักษณะการตอ Disk เปนแบบ Stripe และใช Disk ในการเก็บ Parity เพียงแคตัวเดียวเทานั้น แตถานํา RAID 3 ไปใชกับงานที่ขอมูลที่มีการผานเขาออกเปนจํานวนเล็กนอยในแตละครั้ง แตลักษณะการเขียนขอมูลมีการกระจายไปทั่วทั้ง Disk จะสงผลใหเกิดเวลาคอขวดขึ้นที่ Disk ที่เก็บ Parity เพราะไมวาขอมูลจะไปปรากฏอยูในกลุมของ word ขอมูลแถวไหน RAID 3 ก็จะมีการสราง Parity ขึ้นมาตลอด ซ่ึงแมวาขอมูลเราจะมีขนาดเล็ก แต RAID 3 ก็จําเปนตองเสียเวลาไปสราง Parity ขึ้นมาตลอด ซ่ึงแมวาขอมูลเราจะมีขนาดเล็ก แต RAID 3 ก็จําเปนตองเสียเวลาไปสราง Parity ขึ้นในทุกๆแถวที่ขอมูลนั้นไปอยู ยิ่งขอมูลกระจายไปอยูแถวตางๆมากขึ้น จํานวน Parity ก็จะมากขึ้นตามและในแตละครั้งของการที่จะเขียนขอมูลใหมลงไป RAID 3 จําเปนจะตองรอให Parity ถูกเขียนใหเสร็จ กอนที่ขอมูล word ตอไปจะถูกเขียน (เปนลักษณะของการทํางานแบบ Synchronous) ยกตัวอยาง ตามรูปที่ 5 ถาเราตองการ เขียนขอมูลลงที่ word A0 Disk ที่ตองใชในการเขียนจะมีอยู 2 ตัวคือ Disk ตัวที่ 1 และ Disk ตัวที่ 5 จะเห็นไดวา กอนที่ word B2 จะถูกเขียนจะตองรอจนกวา Disk ตัวที่ 5 จัดการ Parity ของ word A1 ใหเสร็จกอน ซ่ึงเปนเวลาคอขวด ยิ่งมีการกระจายการเขียนขอมูลไปหลายๆแถวเทาไหร ก็ยิ่งตองเสียเวลารอมากขึ้นเทานั้น ฉะนั้นงานที่เหมาะจะเอา RAID 3 ไปใชงานก็ควรจะเปนงานที่ตองการการอานขอมูลจํานวนมากในเวลารวดเร็ว เพราะการอานจะไมไปยุงกับสวนของ Parity ถาขอมูลไมสูญหาย

แผงควบคุมท่ีใช เปนแผงควบคุม RAID ที่มีประสิทธิภาพสูงและราคาแพงมาก ฮารดดิสที่ใช อยางนอยตองใช ฮารดดิส 3 ตัว หากมากกวานี้แผงควบคุมการทํางานของ

RAID จะตองรองรับขีดความสามารถในการเชื่อมตอมากกวา 3 ตัวขึ้นไป นอกจากนี้ Disk ทุกตัวในระบบนี้ควรมีขนาดเทากัน รวมทั้งตองเปนชนิดเดียวกัน

ขนาดของอารเรย หาก Disk มีขนาดไมเทากันจะใชสูตรดังนี้ ((ขนาด Disk ที่เล็กที่สุด) คูณดวย (จํานวนฮารดดิส - 1) หารดวยจํานวนของ Disk )

ระบบทดแทนกัน คอนขางดี ถามี Disk ตัวหนึ่งเสีย ระบบยังสามารถดําเนินการตอไปได ความพรอมใหบริการ ดีมาก เนื่องจากมีระบบจัดสรางขอมูลขึ้นใหมภายใตการทํางานของแผงควบคุม RAID

การลดทอนประสิทธิภาพการทํางาน ประสิทธิภาพการทํางานจะถูกลดทอนลงไปเพียงเล็กนอยหาก Disk เกิดความเสียหาย 1 ตัว แตการจัดการขอูลข้ึนมาใหตองใชเวลานานหลายช่ัวโมง

ประสิทธิภาพการอานขอมุล ดี ไมถือวาดีมาก เนื่องจากมีการแบงขอมูลเปน block ที่มีขนาด 1 ไบตหรือ 8 บิต

11

ประสิทธิภาพการเขียนขอมูล คอนขางแยเนื่องจากมีการจัดแบงขอมูลเปนแบบ block ซ่ึงแตละ block มีขนาด 8 บิต ทําใหตองคํานวนและจัดสรางคา Parity ทุกครั้งขณะเขียนขอมูล

การอานขอมูลแบบเรียงลําดับ ดีมาก มีประสิทธิภาพสูง คาใชจาย ปานกลาง

5.4.1 ประโยชนของการใช RAID 3 RAID 3 สามารถสนับสนุนการอานและเขียนขอมูลที่ความเร็วสูง เมื่อใดก็ตามที่เกิดขอ

ผิดพลาดจากการทํางานของ Disk จะไมเกิดผลกระทบที่ชัดเจน ตอการทํางานของระบบ โดยเฉพาะความเร็วในการอานขอมูลและเนื่องจากมีการตรวจสอบขอมูลทุก 8 บิต จึงมีประสิทธิภาพสูง

5.4.2 ลักษณะการนําไปใชงาน - งานที่เกีย่วของกับการผลิตวดิีโอ รวมทั้งภาพวิดีโอท่ีตองการถายทอดสด - การตัดตอภาพ - การตกแตงภาพวิดีโอ - แอพพลิเคชั่นใดๆ ที่ตองการ แบนดวิดธสูงๆ

5.5 RAID 4 (Independent Data Disks with Shared Parity Disk)

หลักการทํางานของ RAID 4 จะเหมือนกับ RAID 3 แทบทุกประการจะตางกันก็ตรงที่ แตละ Word ขอมูลใน RAID 3 นั้น จะมีขนาดกี่บิตหรือกี่ไบตก็อยูกับการกําหนด แตใน RAID 4 Word ขอมูล จะเก็บในรูป Block ขอมูล (1 Sector) แทน เพราะ Disk สวนใหญจะอานขอมูลแตละครั้งจะอยูในรูปของ Block โดยขนาดของ Block จะมีตั้งแต 512 Byte ถึง 8 KB ขึ้นกับ ระบบปฏิบัติการที่ใช รูปที่ 7 แสดงการทํางานของ RAID 4 ในการเปลี่ยนมาใชการเก็บขอมูลเปนBlockนี้จะชวยใหจํานวนครั้ง ในการเก็บขอมูลและกระบวนการเปรียบเทียบ XOR นอยลง ซ่ึงจะสงผลใหเวลาในการกูหรือเก็บขอมูลส้ันลงตามไปดวย อยางไร ก็ตามเวลาคอขวดอยางที่เกิดใน RAID 3 ก็ยังคงมีอยูเชนเดิม


แผงควบคุมท่ีตองการ ใชแผงควบคุมการทํางานของ RAID ในระดับกลางและสูงมีราคาแพง


12


จํานวนของ Disk ท่ีตองการ ระบบนี้ตองการ Disk อยางนอย 3 ตัว สวนจะมากกวานี้อีกเทาไหรนั้นขึ้นอยูกับประสิทธิภาพการทํางานของแผงควบคุม RAID

ขนาดของอารเรย ขนาดของ Disk ที่เล็กที่สุด คูณดวย (จํานวน Disk – 1) ขนาดความจุของระบบ หาก Disk ก็มีขนาดเทากันทั้งหมด ((จํานวนของ Disk -1) หารดวยจํานวนของ Disk )

ระบบทดแทนกัน คอนขางดี ถามี Disk ตัวหนึ่งเสีย ระบบยังสามารถดําเนินการตอไปได ความพรอมใหบริการ ดีมาก เนื่องจากมีระบบจัดสรางขอมูลข้ึนใหมภายใตการทํางานของแผลควบคุม RAID

การลดทอนประสิทธิภาพของการทํางาน ปานกลาง หาก Disk ทํางานลมเหลวและอาจใชเวลาในกาจัดสรางขอมูลนาน

ประสิทธิภาพการอานขอมูล ดีมาก ประสิทธิภาพการเขียนขอมูล คอนขางแยเนื่องจากมีการจัดแบงขอมูลแบบ block ทําใหตองคํานวนและจัดสรางคา Parity ทุกครั้งขณะเขียนขอมูล

การอานขอมูลแบบเรียงลําดับ ดีมาก มีประสิทธิภาพสูง คาใชจาย คอนขางสูง

5.5.1 ประโยชนในการใชงานของ RAID 4 สนับสนุนการอานขอมูลที่ความเร็วสูง มีการตรวจคาคําผิดของขอมูลในทุกๆ 8 บิต ดวยเหตุ

นี้จึงมีประสิทธิภาพสูงกวา RAID 2 นอกจากนี้ยังสามารถอานขอมูลจาก Disk หลายตัวพรอมกัน

5.5.2 สรุปขอจํากัดของ RAID 4 ตนทุนทางฮารดแวรโดยเฉพาะแผงควบคุมการทํางานของ RAID นั้นสูง อีกทั้งยังมีปญหา

เกี่ยวกับประสิทธิภาพการเขียนขอมูลที่ดอยกวา เนื่องจากจะตองจัดกสราง Parity ทุกครั้งที่เขียนขอมูลทุกๆ 8 บิต ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพในการเขียนขอมูลต่ํา และ หากอุปกรณทางฮารดแวร เชน Disk เกิดความเสียหาย จะสงผลใหยากตอการจัดสรางขอมูลข้ึนมาแทน รวมท้ังอัตราความเร็วเทียบเทากับการทํางานของฮารดดิส

5.6 RAID 5 (Independent Data Disk with Distributed Parity Blocks)

RAID 5 จะมีการเก็บขอมูลเปน Block เชนเดียวกับใน RAID 4 ขอเสียที่สําคัญของ RAID 3 และ 4 ก็คือ เร่ืองเวลาคอขวดที่เกิด เนื่องจากการเขียนสวน Parity สําหรับ RAID 5 จะมีการแกไขปญหานี้โดยการนําเอาสวนของ Parity Block ไปกระจายอยูใน Disk แตละตัว ไมแยกมาเก็บเดี่ยวๆ เหมือนใน RAID 3 การเขียนขอมูลที่ Word A0 และ B1 ใน กรณีของ RAID 5 การเขียนขอมูลลง Word A0 จะใช Disk 2 ตัวคือ ตัวที่ 1 และ 5 สวน Word B1 จะใชตัวที่ 2 และ 4 จะเห็นไดวาเราไมตองไปเสียเวลารอให RAID 5 ทํา

13

สวนของ Parity ใหเสร็จกอนเหมือนอยาง RAID 3 แลว เพราะเราสามารถ เขียนทั้ง Word A0 และ B1 ไปไดพรอมๆกัน จึงเปนที่มาของการกระจายสวนของ Parity Block ใหอยูในทุกๆ Disk


อยางไรก็ตามการมี Parity Block อยางใน RAID 3,4 หรือ 5 จะสงผลกระทบตอการเขียนขอมูลคอนขางมากเชนกัน เพราะถาเปรียบเทียบระหวาง RAID 5 กับ RAID 0 ซ่ึง RAID 0 จะทําไดงาย เพราะจะเปนการเขียนลง Disk เพียงตัวเดียว แตในกรณีของ RAID 5 จํานวน Block ที่ต่ําสุดที่จะถูกเขียนจะไมใช 1 Block อยางในรูปที่ 7 การเขียนขอมูลลงใน Block B2 ขอมูลเกาที่อยูใน Block B2 และ Parity Block 2 จะตองถูกอานขึ้นมากอน แลวนํามาเก็บไวในหนวยความจําแคช แลวนําขอมูลใน Block B2 มาทําการ XOR กับ Parity ผลที่ไดก็คือขอมูลของ Block ที่เหลือในแถวนั้นที่ไดถูกนํามา XOR กันแลว หลังจากอานขอมูลเกา เสร็จ ขอมูลใหมก็จะถูกเขียนลงไปที่ Block B2 จากนั้นก็จะมีการคํานวณParityใหมอีกครั้งโดยการนําเอาขอมูลใหมไป XOR กับผลที่ไดจากการอาน ในครั้งแรกกอน แลวจึงจะมีการเขียน Parity ลงใน Parity Block จะเห็นไดวาตองใชกระบวนการอานและเขียนถึง 4 ครั้งกับการเขียนขอมูลเพียงบิตเดียว ดังนั้นจึงมีการนําหนวยความจําแคชมาใชกับตัว Controller RAID 5 เพื่อชวยเพิ่มความเร็วในการเขียนขอมูลใหเร็วมากขึ้น (จาก 5-12 ms ลดเหลือ 0.5 ms)โดยมีขนาดประมาณ 64-256 MB การนําหนวยความแคชมาใชนี้สงผลใหประสิทธิภาพ ในการทํางานของ RAID 5 ดีกวา RAID 0 RAID 5 มีคุณสมบัติ "Hot Swap" เปนความสามารถในการสลับสับเปลี่ยน Disk ที่ดีกับ Disk ที่เสียได ขณะที่ระบบกําลังทํางานอยู สาเหตุก็เพราะ RAID 5 สามารถสรางขอมูลท่ีหายไปกลับมาใหมไดโดยอา ศัย Parity Block ที่เก็บอยูใน Disk ตัวอ่ืน

แผงควบคุมท่ีตองการ ใชแผงควบคุมการทํางานของ RAID ในระดับกลางและสูง มีราคาตั้งแตปานกลางไปจนถึงราคาแพง ระบบปฏิบัติการที่ใชตองใหการสนบัสนุนดวย

จํานวนของฮารดิสกท่ีตองการ ระบบนี้ตองการ Disk ก็อยางนอย 3 ตวั สวนจะมากกวานี้สักเทาไหรนั้นขึน้อยูกับประสิทธิภาพการทํางานของแผงควบคุม RAID

ขนาดของอารเรย ขนาดของ Disk ทีเล็กที่สุด คูณดวย จาํนวน Disk -1 ขนาดความจุของระบบ หาก Disk มีขนาดเทากันทั้งหมด ((จํานวนของ Disk -1 ) หารดวยจํานวน Disk )


14

ระบบทดแทนกัน คอนขางดี ถามี Disk ตัวหนึ่งเสีย ระบบยังสามารถดําเนินงานตอไปได ความพรอมใหบริการ ดีมาก เนื่องจากมีระบบจัดสรางขอมูลข้ึนใหม การลดทอนประสิทธิภาพในการทํางาน เนื่องจากมีการติดตั้ง Parity กระจายไปตาม Disk หาก Disk ก็ทาํงานลมเหลว อาจะใชเวลาในกาจัดสรางขอมูลนาน

ประสิทธิภาพในการอานขอมูล ดีมากจนถึงมากที่สุด ประสิทธิภาพในการเขียนขอมูล ปานกลาง เนื่องจากมกีารเขียน Parity กระจายไปตาม Disk ตางๆ แตมีขอดีตรงที่วาไมตองเสีย Disk ไป 1 ตัวเพยีงเพือ่จัดเก็บ Parity

คาใชจาย คอนขางสูง

5.5.1 การนําไปใช เนื่องจากมีความตองการใช Parity มาก การใชงาน RAID 5 ทามกลางซอฟรแวรที่ควบคุมกา

ทํางานของ RAID ชนิดนี้อาจทําใหระบบทํางานชาลง อยางไรก็ดี ประสิทธิภาพขึ้นอยูกับขนาดของการจัดแบงขอมูลเปน block นอกจากนี้ยังเหมาะที่จะรองรับ Application ตอไปนี้

- เซิรฟเวอร ที่ใหบริการแฟมขอมูลและ application ตางๆ - ดาตาเบส เซิฟเวอร - เว็บเซิรฟเวอรและอีเมลยเซิรฟเวอร - อินทราเน็ตเซริฟเวอร

5.7 RAID 6 (Independent Data Disks with Two Independent Distributed Parity Schemes)

RAID 6 นั้นจะมีพื้นฐานการทํางานเหมือนกับ RAID 5 แทบทุกประการ เพียงแตวา RAID 6 นั้นมีการเพิ่ม Fault Tolerance ใหมากขึ้นกวา RAID 5 เทานั้น วิธีการก็คือการเพิ่ม Parity Block เขาไปอีก 1 ชุด เพื่อยอมใหสามารถทําการสลับ เปล่ียน Disk ไดพรอมกัน 2 ตัว ในกรณีที่เกิดเหตุเสียขึ้นพรอมกัน และดวยการที่มี Parity Block เพิ่มขึ้นนี้ จึงสงผลใหการเขียน ขอมูลชายิ่งกวาใน RAID 5 นอกจากนั้นการเพิ่มจํานวน Parity Block ก็ยังสงผลใหจํานวน Disk ที่ใชเพิ่มขึ้นอีกดวย โดยสมมติวาเราใช Disk สําหรับเก็บขอมูล n ตัว เราตองจัดหา Disk มาสําหรับการตอแบบ RAID 6 นี้ n+2



15


แผงควบคุมท่ีตองการใช แผงควบคุมการทํางานของ RAID แบบพิเศษ ซ่ึงมีราคาสูงและมีราคาตั้งแตปานกลางจนถึงราคาแพง ระบบปฏิบัติการที่ใชตองใหการสนับสนุนดวย

จํานวนของ Disk ท่ีตองการ ระบบนี้ตองการ Disk อยางนอย 4 ตัว สวนจะมากกวานี้สักเทาใดนั้น ขึ้นอยูกับประสิทธิภาพการทํางานของแผงควบคุม RAID

ขนาดของอารเรย (ขนาดของ Disk ที่เล็กสุด) คูณดวย (จํานวนของ Disk -2) ขนาดความจุของระบบ หา Disk มีขนาดเทากันทั้งหมด ((จํานวนของ Disk -2) หารดวยจํานวนของ Disk )

ระบบทดแทนกัน คอนขางดี ถามี Disk 2 ตัวเสียหาย ระบบยังสามารถดําเนินงานตอไปได ความพรอมใหบริการ ดีมาก เนื่องจากมีระบบจัดสรางขอมูลข้ึนใหม ภายใตการทํางานของแผงควบคุม RAID

การลดทอนประสิทธิภาพในการทํางาน เนื่องจากมีการติดตั้ง Parity แบบคูกระจายไปตาม Disk ตางๆ หาก Disk ทํางานลมเหลวอาจสงผลตอประสิทธิภาพการทํางาน รวมท้ังตองใชเวลาในการจัดสรางขอมูลนาน

ประสิทธิภาพการอานขอมูล ดีมากจนถึงมากที่สุด ประสิทธิภาพการเขียนขอมูล คอนขางแย เนื่องจากมีการเขียน Parity แบบคูกระจายไปตาม

Disk ตางๆ แตมีขอดีตรงที่ไมตองเสีย Disk ไป 1 ตัวเพียงเพื่อจัดเก็บคา Parity การอานขอมูลแบบเรียงลําดับ ดีมาก มีประสิทธิภาพสูง คาใชจาย คอนขางสูง

5.7.1 ขอบงใชงาน เนื่องจากมีความตองการใช Parity มาก การใช RAID 5 ทามกลางซอฟตแวรที่ควบคุมการทํางานของ RAID ชนิดนี้อาจทําใหระบบทํางานชาลง อยางไรก็ดี ประสิทธิภาพขึ้นอยูกับขนาดของการจัดแบงขอมูลเปน block นอกจากนี้ยังเหมาะที่จะรองรับแอพพลิเคชั่นตอไปนี้

- เซิรฟเวอรที่ใหบริการแฟมขอมูลและแอพพลิเคชั่นตางๆ - ดาตาเบสเซิรฟเวอร - เว็บเซิรฟเวอรและอีเมลเซิรฟเวอร - อินทราเน็ตเซิรฟเวอร

5.8 RAID 7 (Optimized Asynchronous for high I/O Rate + High Data Transfer Rates)

RAID 7 นั้นมีความแตกตางจาก RAID ในระดับอื่น เปนมาตรฐานของผูผลิตอุปกรณเพื่อการจัดเก็บขอมูลแหงหนึ่ง นั่นคือ Storage Computer Corporation ใชกับอุปกรณจัดเก็บที่บริษัทแหงนี้จัดสรางขึ้น

16


RAID 7 ทํางานบนแนวคิดของ RAID ระดับ 3 และ 4 แตมีการพัฒนาใหทลายขอจํากัดที่มีอยูใน RAID ทั้งสองระดับดังกลาว ซ่ึงในการนี้ไดกําหนดใหมีระบบ Caching ในการทํางาน และกําหนดใหมีชุดแบบเวลาจริง หรือ Real Time ซ่ึงควบคุมโดยโปรเซสเซอรสําหรับงานนี้โดยเฉพาะ โดยควบคุมการทํางานของ Disk ในลักษณะอิสระแตรวดเร็ว ทําใหสามารถทํางานไดมากมายหลายอยางพรอมกันภายในอารเรยแหงนี้ ลักษณะนี้จะชวยเพิ่มประสิทธิภาพการทํางานทุกประเภท ไมวาจะเปนการอานหรือการเขียนขอมูล ตลอดจนการคํานวณ Parity รวมทั้งการเปรียบเทียบคาเพื่อหาคําผิด และการจัดเก็บ Parity เปนตน ในขณะเดียวกันยังรักษาความเปนระบบทดแทนไดเปนอยางดี RAID 7 ไดรับการปรับปรุงประสิทธิภาพในการอานหรือการเขียนขอมูลแบบสุม หรือ Random ซ่ึงใน RAID รุนกอน เชน RAID 3 และ 4 ทําไดไมดีนัก และแนนอนการเพิ่มประสิทธิภาพการทํางานเชนนี้ กระทําโดยใชฮารดแวรมาควบคุมการทํางาน เปนเหตุใหมีตนทุนการติดตั้งสูง อีกทั้งยังตองพึ่งพาอุปกรณดังกลาวจากผูผลิตรายเดียวเทานั้น

แผงควบคุมท่ีตองการ ตองใชแผงควบคุมการทํางานแบบพิเศษที่ทางผูผลิตรายเดียวจัดสรางขึ้น จึงมีราคาแพงเนื่องจากใชไดกับ RAID 7 เพียงอยางเดียวเทานั้น

ความตองการของ Disk ขึ้นอยูกับแผงควบคุมและวิธีการใช ขนาดของอารเรย ขึ้นอยูกับรุนของแผงควบคุมและวิธีการใช ขนาดความจุของระบบ ขึ้นอยูกับรุนของแผงควบคุมที่ทานใชงาน รวทั้งรูปแบบการเชื่อมตอ

ความสามารถในการทดแทน ดีมากจนถึงดีเลิศ เนื่องจากสนับสนุน hot swap ในหลายระดับ การลดทอนประสิทธิภาพและจัดสรางขอมูขึ้นมาใหม มีอัตราการลดทอนนอยขณะเกิดปญหา อีกทั้งยังมีการใชระบบ Caching และการทํางานพรอมกันในหลายระดับ

การอานขอมูลแบบ Random ดีมากจนถึงดีเลิศ การที่มี Cache เพิ่มเขามาทําใหเพิ่มประสิทธิภาพของการอาน โดยบางครั้งไมจําเปนตองเขามาอานในอารเรย

ประสิทธิภาพในการเขียนขอมูลแบบสุม ดีมาก ดีกวา RAID ในระดับอื่น ๆ ที่ใชระบบการกระจายขอมูลที่จัดเก็บ พรอมกับมี Parity กํากับ

การอานขอมูลแบบเรียงลําดับ ดีมากจนถึงดีเลิศ การเขียนขอมูลแบบเรียงลําดับ ดีมาก


17

คาใชจายในการติดตั้ง สูงมาก

5.9 RAID 0+1 และ 1+0 หรือ 10 (Mirroring with striped subsets) เปนระบบ RAID ชนิดลูกผสมระหวาง RAID 0 กับ RAID 1 หรือ 0+1 โดยการทํางานของ RAID 0 เร่ิมจากการแบงขอมูลเปน blockจากนั้นทําการสงไปจัดเก็บตาม Disk ตาง ๆ รวมทั้งจัดสราง Mirroring บน Disk อีก 2 ตัว เราเรียกการทํางานแบบนี้วา Mirrored Stripe Set หรือ RAID 0+1 สวน RAID 10 มีการทํางานตรงกันขามกัน มีการจัดสรางอารเรยที่เปนแบบ RAID 1 ขึ้นมา จากนั้นมีการจัดเรียงแถวของอารเรยแบบ RAID 1 หลายชุด เราเรียกวาเปนการจัดสรางชุดของ Stripe ภายใต Disk แบบ Mirroring

รูปท่ี 10 แสดงลักษณะการเชื่อมตอบน RAID 0+1 และ 1+0 หรือ 10

สวนประสิทธิภาพการทํางานระหวาง RAID ทั้งสองไมมีความแตกตางอยางชัดเจน แตแผงวงจรควบคุมการทํางานของ RAID สวนใหญถูกออกแบบมาใหสามารถใช RAID 0+1 ได สําหรับ RAID ชนิดนี้ไมมี Parity แผงควบยคุมท่ีตองการ แผงควบคุมกาทํางานของ RAID ที่มีจําหนายอยูมในทองตลาดสวนใหญ สนับสนุนการทํางานของ RAID 10 หรือ RAID 0+1 จํานวนของฮารดิสกท่ีตองการ ระบบนี้ตองการ Disk จํานวน 4 ตัวเปนอยางนอยหากมากกวานี้จะตองเพิ่มเปนคูเสมอ ขึ้นอยกับประสิทธิภาพการทํางานของแผงควบคุม RAID

ตารางที่ 3 แสดงขอดีและขอจํากัดของ RAID 0+1 และ 1+0 หรือ 10

ขอด ี ขอจํากัด - ประสิทธิภาพในการเขียนขอมูลโดยรวมดีกวา RAID 3

และ 4 ต้ังแต 25 % และมีประสิทธิภาพในการควบคุมการทํางานเมื่อเปรียบเทียบกับ RAID แบบอื่น 1.6 ถึง 6 เทา

- ผลิตโดยผูผลิตเพียงรายเดียว ทานจะตองพึ่งพาอาศัยผูผลิตดังกลาว

- แผงควบคุมการทํางานงของระบบสามารถเพิ่มขีด

ความสามารถ รวมทั้งสามารถเชลือกรุนที่สนับสนุนการทํางานของแบนดวิดธที่สูงได

- คาใชจายสูงมากเมื่อเทียบขนาดขอมูลตอ MB


18


- ภายใตการทํางานที่ใชระบบปฏิบัติการประเภท Multi user เนื่องจากมีการใช Cache เขามาเกียวของ จึงทําใหเวลาเขาถึงการอาน Disk ดวยคา Average Seek Time มีคาแทบจะเทากับ “0” ซึ่งถือวาดีที่สุด

- จะตองติดตั้งยูพีเอสเพื่อปองกันมิใหเกิดปญหาไฟดับและสูญเสียขอมูลใน Cache รวมทั้งผูใชงานไมสามารถดูแลรักษาไดดวยตนเอง

- RAID 10 มีรูปแบบการใชงานเปนแบบ Stripe แตมีเซกเมนตแบบ RAID 1

- คาใชจายสูงและมี Overhead สูง

- RAID 10 มีระบบทดแทนเทียบเทากับ RAID 1 - Disk ทุกตัวจะตองไดรับการจัดการจัดเก็บขอมูลแบบขนานหรือจับคูกันเพื่อใหไดประสิทธิภาพที่ตองการ

- เปนโซลูช่ันที่ดีที่สุดสําหรับทาที่นิยม RAID 1 แตตองการไดประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น

ขนาดของอารเรย (ขนาดของอารดดิสกที่เล็กสุด) คูณดวย (จํานวนของ Disk ) หารดวย 2 ขนาดความจขุองระบบ หาก Disk มีขนาดเทากันทั้งหมดใหใชกฎ 50% ระบบทดแทนกัน ดีมากสําหรับ RAID 0+1 และดีเลิศสําหรับ RAID 10 ความพรอมใหบริการ ดีมากสําหรับ RAID 0+1 และ ดีเลิศสําหรับ RAID 10 การลดทอนประสิทธิภาพในการทํางาน มีผลกระทบนอยมากสําหรับ RAID 10 แตมีผลกระทบบางสําหรับ RAID 0+1

ประสิทธิภาพการอานขอมูล ดีมากจยถึงดมีากที่สุด ประสิทธิภาพการเขียนขอมูล ดีมาก การอานขอมูลแบบเรียงลําดบั ดีมาก มีประสิทธิภาพสูง คาใชจาย คอนขางสูง

5.9.1 ขอบงใชงาน

เนื่องจากมีความตองการใช Parity มาก การใชงาน RAID 5 ทามกลางซอฟตแวรที่ควบคุมการทํางานของ RAID ชนิดนี้อาจทําใหระบบทํางานชาลง อยางไรก็ดีประสิทธิภาพขึ้นอยูกับขนาดของการจัดแบงขอมูลเปน block นอกจากนี้ยังเหมาะที่จะรองรับแอพพลิเคชั่นตอไปนี้

- เซิรฟเวอรที่ใหบริการแฟมขอมูลและแอพพลิเคชั่นตาง ๆ - ดาตาเบสเซิรฟเวอร - เว็บเซิรฟเวอรและอีเมลเซิรฟเวอร - อินทราเน็ตเซริฟเวอร

19

5.10 RAID 50 (High I/O Rates and Data Transfer Performance) มีการจัดการรปูแบบของ Stripe หรือ RAID 0 โดยมีการแบงเนื้อที่จดัเก็บ และมีรูปแบบของ RAID 5 โดย RAID 50 จะตองใช Disk อยางนอย 6 ตวั ระบบนี้มีการทดแทนการจัดเก็บขอมูลที่ดีกวา RAID 5 แตมี Overhead อันเนื่องจากการทาํงานของ Parity มากกวา อยางไรก็ดี RAID ชนิดนี้สนับสนุนการสงถายขอมูลที่ความเร็วสูง


5.10.1 ขอจํากัดของ RAID 50 เปนระบบที่มรีาคาแพง รวมทั้งรอบการหมุนของฮารดิสกทุกตวัในระบบจะตองมีความเร็ว

เทากัน ทําใหหนทางเลือกตวัฮารดิสกนอยลง นอกจากนีห้ากมีจํานวน Disk 2 ตัวในระบบเกิดลมเหลว จะสามารถทํางานตอไปได สงผลใหระบบไม

5.11 RAID 53 (High I/O Rates and Data Transfer Performance) ถาพิจารณาจากพื้นฐานการทํางานแลวนาที่จะเรียกวา RAID 30 มากกวา เพราะมันเปนการนําเอาการจัดเรียงแบบ Stripe อยางใน RAID 0 มาใช โดยแตละ Segment ขอมูลจะใชโครงสรางแบบ RAID 3 RAID 53 มีอัตราการสงขอมูลสูงอันเนื่องมาจากโครงสราง RAID 0 และมี Fault Tolerance ในระดบัเดียวกับ RAID 3 ดวยคุณสมบัติดังกลาว RAID 53 จึงมักถูกนําไปใชกบังานที่เคยใชกับ RAID 3 มากอน แตตองการเพิม่ความเร็วในการสงผานขอมูลใหมากขึ้น RAID 53 นี้ยังคงมีรูปแบบการทํางานแบบ Synchronous ดังนั้นปญหาเรื่องเวลาคอขวดก็จะยังคงมีอยูเหมือนกับ RAID 3



20

6. บทสรุป RAID เปนวิธีการนําเอา Disk หลาย ๆ ตัว มาตอใหทํางานรวมกนั โดยที่ระบบปฏิบัติการภายใน

คอมพิวเตอรจะมองเหน็ดิสกมีความจุรวมเปนตัวเดียว นอกจากนีย้ังเปนระบบที่มีการสํารองขอมูลและดิสกแตละตวัเปนอิสระตอกนั ทําใหเมื่อดสิกตัวใดตัวหนึ่งชํารุด ตัวอ่ืน ๆ ยังทํางานตอไปได RAID จะถูกนํามาใชงานกบัเครื่องใหบริการเปนสวนใหญ เพราะถือวาขอมูลขององคกรมีความสําคัญสูง ดังนัน้หนวยเก็บขอมูลก็ทวคีวามสําคัญขึ้น ถาหากวา Disk ในเซิรฟเวอรชํารุด นอกจากจะสูญเสียขอมูลที่เก็บไวใน Disk ไปทั้งหมดแลว ยังจะตองเสียเวลาเพื่อรอใหการซอมแซม



21

Level ลักษณะรูปแบบ Fault Tolerance ความจุ ลักษณะการนําใชงาน 0 Striped Disk Array without Fault Tolerance none Disks x ความจุ Disk งานที่ตองการ Bandwidth ขอมูลสูง 1 Disk Mirroring ( Disks / 2 ) x ความจุ Disk งานที่ตองการความเสถียรภาพสูง เชน operating system ,file

system 2 Hamming Code ECC มีเปลี่ยนแปลงระบุชัดไมได งานที่ตองการความเสถียรภาพของขอมูล เนื่องจากมีระบบ

ตรวจสอบความผิดพลาดและ แกไขขอมูล กลับคืน 3 Parallel Transfer with Parity ( Disks - 1 ) x ความจุ Disk งานที่ใช I/O ขอมูลสูง เชน ตัดตอภาพ 4 Independent Data Disks with Shared Parity

Disk ( Disks - 1 ) x ความจุ Disk งานที่ใช I/O ขอมูลสูง เชน ตัดตอภาพ

5 Independent Data Disk with Distributed Parity Blocks

( Disks - 1 ) x ความจุ Disk งานที่ใชอานขอมูล มากกวาเขียน และสามารถเก็บขอมูลไดมากพอ จําพวกงานเซิรฟเวอรตางๆ ที่ตองทํางานตอเนื่อง

6 Independent Data Disks with Two Independent Distributed Parity Schemes

( Disks - 2 ) x ความจุ Disk เหมือนกับ RAID แตจะมีประสิทธิภาพการทํางานมากกวา ในเรื่อง ระบบ Fault Tolerance

7 Optimized Asynchronous for high I/O Rate + High Data Transfer Rates

. มีเปลี่ยนแปลงระบุชัดไมได เหมาะสําหรับองคกรใหญที่ตองการ การเก็บขอมูลเยอะ

0+1/1+0/10 Mirroring with striped subsets ( Disks / 2 ) x ความจุ Disk งานเซิรฟเวอรตางๆ ที่ตองทํางานตอเนื่อง 50 High I/O Rates & Data Transfer Performance ((Disk RAID5 - 1) * จํานวนการ

ทํา RAID 0 ) x ความจุ Disk งานเซิรฟเวอรตางๆ ที่ตองทํางานตอเนื่อง

งานเซิรฟเวอรตางๆ ที่ตองทํางานตอเนื่อง 53 High I/O Rates and Data Transfer Performance

((Disk RAID5 -1) * ( จํานวนการทํา RAID 3 ) – 1) x ความจุ Disk

ตาราง เปรียบเทียบคุณลักษณะของ RAID

22


References สัลยุทธ สวางวรรณ. (2551) สถาปตยกรรมคอมพิวเตอร/Computer Organization & Architecture. พิมพคร้ังที่ 7. กรุงเทพฯ : เอช.เอ็น. กรุป.

ศูนยเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร. Hardware [Online]. Available URL : http://support.mof.go.th/hardware.htm. (วันที่คนขอมูล: 7 กรกฏาคม 2551)

Advanced Computer & Network Corporation. 2008. RAID [Online]. Available URL : http://www.raid.com. (วันที่คนขอมูล: 7 กรกฏาคม 2551)

Advanced Network Trinity Co.,Ltd.. 2004. เลือก RAID อยางไร ใหเหมาะสมกับงาน [Online]. Available URL : http://www.antthai.com/home/article/RAID_Tech(1).htm. (วันที่คนขอมูล: 7 กรกฏาคม 2551)

Arvind Kumar. 2008 [May]. Redundant Array Of Inexpensive Disks (RAID) - Technical Paper [Online]. Available URL : http://www.howtoforge.com/redundant-array-of-inexpensive-disks-

raid-technical-paper. (วันทีค่นขอมูล: 7 กรกฏาคม 2551)

Matthew D. Gefroh. 2008 [July, 7]. File Systems [Online]. Available URL : http://www.gefroh.net/cs451/notes/08/raid.html. (วันที่คนขอมูล: 7 กรกฏาคม 2551)

Overclockzone. 2007 [January, 11]. RAID คืออะไร [Online]. Available URL : http://www.overclockzone.com/spin9/raid/index.html. (วันที่คนขอมูล: 7 กรกฏาคม 2551)

RAID Parity calculation using the Exclusive OR (XOR) operation. [Online]. Available URL : http://www.dataclinic.co.uk/raid-parity-xor.htm. (วันที่คนขอมูล: 7 กรกฏาคม 2551)

Wikimedia Foundation, Inc.. 2008 [June, 13]. RAID [Online]. Available URL : http://th.wikipedia.org/wiki/RAID. (วันที่คนขอมูล: 7 กรกฏาคม 2551)

RAID Review Available URL : http://brebru.com/raidreviw.html (วันที่คน: 23 กรกฏาคม 2551 )

raid (redundant array of independent...

Documents