Elfeledett technológia? A RAID 2, 3 és 4 rövid története

A RAID, azaz a Redundant Array of Independent Disks (eredetileg Redundant Array of Inexpensive Disks) egy olyan adattárolási technológia, amely több fizikai meghajtót kombinál egyetlen logikai egységgé. Célja a teljesítmény növelése, a megbízhatóság javítása vagy mindkettő. Bár ma a RAID 0, 1, 5, 6 és 10 konfigurációk a legismertebbek, a RAID technológia történetében léteztek kevésbé elterjedt, sőt mára szinte teljesen elfeledett szintek is. Ebben a cikkben a RAID 2, 3 és 4 formátumokat vesszük górcső alá.

A RAID technológia bölcsője

Mielőtt belemerülnénk a RAID 2, 3 és 4 rejtelmeibe, érdemes röviden áttekinteni a RAID technológia eredetét. A RAID koncepciója 1987-ben született meg egy David A. Patterson, Garth A. Gibson és Randy Katz által írt tanulmányban, a University of California, Berkeley munkatársai által. A tanulmány „A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)” címmel jelent meg, és bemutatta, hogyan lehet több olcsó merevlemezt összekapcsolni, hogy teljesítményben felülmúlják a drágább, egyetlen nagy merevlemezt, miközben az adatok redundanciája is biztosított. A „I” a RAID mozaikszóban eredetileg „Inexpensive”-et jelentett, de később átértelmezték „Independent”-re, mivel a technológia drágább lemezekkel is alkalmazható volt.

RAID 2: Hibajavítás kódolással

A RAID 2 egy olyan adattárolási séma, amely Hamming-kódot használ az adatok hibáinak javítására. Minden egyes adatbithoz egy vagy több paritásbit tartozik, amelyeket a Hamming-kód algoritmusa alapján számítanak ki. Ezek a paritásbitek lehetővé teszik a rendszer számára, hogy azonosítsa és korrigálja az adatokban előforduló egybites hibákat. A RAID 2 minden egyes bitet külön meghajtóra ír, és a Hamming-kódhoz szükséges paritásbitet dedikált meghajtókon tárolja. Ez a megközelítés rendkívül magas hibatűrést biztosít, de jelentős számú meghajtót igényel a paritás információk tárolásához.

Miért nem terjedt el a RAID 2? Több oka is van:

Magas költség: A redundancia biztosításához szükséges extra meghajtók miatt a RAID 2 költsége jelentősen magasabb volt, mint más RAID szinteké.
Alacsony hatékonyság: A bitenkénti adatírás és a Hamming-kód számítási igénye miatt a RAID 2 nem volt a leggyorsabb megoldás.
Komplex implementáció: A Hamming-kód implementálása hardveresen is bonyolult volt, ami tovább növelte a költségeket.

Mivel a modern meghajtók már beépített hibajavító mechanizmusokkal rendelkeznek, a RAID 2 redundanciája túlzottnak bizonyult. A mai rendszerekben a RAID 5 vagy RAID 6 sokkal hatékonyabb és költséghatékonyabb megoldást kínál.

RAID 3: Bitenkénti csíkozás paritással

A RAID 3 szintén bitenkénti csíkozást használ, ami azt jelenti, hogy az adatok minden bitje külön meghajtóra kerül írásra. Azonban a RAID 2-vel ellentétben, amely Hamming-kódot használ a hibajavításhoz, a RAID 3 egy dedikált meghajtót használ a paritás információk tárolására. Ez a paritás információ lehetővé teszi a rendszer számára, hogy egyetlen meghajtó meghibásodása esetén helyreállítsa az adatokat. Amikor egy meghajtó meghibásodik, a rendszer a többi meghajtóról származó adatok és a paritás információk felhasználásával újraépítheti az elveszett adatokat.

A RAID 3 fő előnye a nagy adatátviteli sebesség, különösen nagy fájlok olvasásakor és írásakor. Mivel az adatok bitenként vannak csíkozva, a rendszer egyszerre több meghajtót is használhat az adatok eléréséhez. A RAID 3 azonban hátrányokkal is rendelkezik:

Alacsony teljesítmény kis adatmennyiségek esetén: Minden egyes írási művelethez frissíteni kell a paritásmeghajtót, ami szűk keresztmetszetet okozhat.
Egyetlen meghajtó meghibásodása esetén csökken a teljesítmény: Amíg a meghibásodott meghajtót ki nem cserélik és az adatokat újra nem építik, a rendszer teljesítménye jelentősen csökken.

A RAID 3 fő felhasználási területei a video szerkesztés és más alkalmazások voltak, ahol nagy mennyiségű adatot kellett gyorsan olvasni és írni. Azonban a RAID 5 elterjedésével a RAID 3 fokozatosan háttérbe szorult.

RAID 4: Blokk szintű csíkozás dedikált paritással

A RAID 4 a RAID 3-hoz hasonlóan egy dedikált paritásmeghajtót használ a redundancia biztosítására, de a RAID 3-tól eltérően blokk szintű csíkozást alkalmaz. Ez azt jelenti, hogy az adatok nem bitenként, hanem blokkokban (általában 4KB-tól 64KB-ig terjedő méretben) kerülnek a meghajtókra. Ez a megközelítés javítja a teljesítményt a kis adatmennyiségek kezelésekor, mivel a rendszernek nem kell minden egyes bitet külön kezelnie.

A RAID 4 előnyei:

Jobb teljesítmény kis adatmennyiségek esetén, mint a RAID 3: A blokk szintű csíkozás csökkenti a paritásmeghajtó terhelését.
Nagy adatátviteli sebesség nagy fájlok olvasásakor: A több meghajtóról párhuzamosan történő olvasás lehetővé teszi a nagy fájlok gyors elérését.

Azonban a RAID 4 is rendelkezik hátrányokkal:

A paritásmeghajtó szűk keresztmetszetet okoz: Minden egyes írási művelethez frissíteni kell a paritásmeghajtót, ami továbbra is korlátozza a teljesítményt.
Egyetlen meghajtó meghibásodása esetén csökken a teljesítmény: Mint a RAID 3 esetében, a meghibásodott meghajtó cseréje és az adatok újraépítése jelentős teljesítménycsökkenést okoz.

Bár a RAID 4 javított a RAID 3 teljesítményén, a dedikált paritásmeghajtó továbbra is szűk keresztmetszetet jelentett. Ezt a problémát a RAID 5 oldotta meg, amely a paritás információkat elosztja az összes meghajtó között.

Miért felejtettük el őket?

A RAID 2, 3 és 4 szintek sosem váltak igazán népszerűvé az otthoni vagy kisvállalati felhasználók körében. Főként a magas költség, a komplex implementáció és a korlátozott teljesítmény miatt. A modern RAID 5 és RAID 6 sokkal hatékonyabb és költséghatékonyabb megoldást kínálnak a redundancia és a teljesítmény kombinálására. A RAID 10 (RAID 1+0) is széles körben elterjedt a kritikus fontosságú rendszerekben, ahol a maximális teljesítmény és a magas rendelkezésre állás a legfontosabb szempont.

Bár a RAID 2, 3 és 4 a múlté, fontos megérteni a létezésüket és a működési elvüket. Ezek a szintek a RAID technológia fejlődésének fontos állomásai voltak, és alapot teremtettek a mai modern RAID konfigurációkhoz. A storage rendszerek fejlődésével ezek az „elfeledett” szintek a történelem részévé váltak, de a belőlük levont tanulságok a mai napig érvényesek a hatékony és megbízható adattárolási megoldások tervezésében.