niedziela, 2024-02-11

RAID: Bit parzystości – przykład

Bit parzystości w macierzach RAID (ang. Redundant Array of Independent Disks) służy do zapewnienia odporności na awarie poprzez umożliwienie odtworzenia danych z utraconego dysku. Załóżmy, że mamy prosty przykład RAID z parzystością, z trzema dyskami: dysk A, dysk B i dysk parzystości (P). Dane znajdują się na dwóch pierwszych i są przeplecione pomiędzy dyskami (jak w RAID 0), na dysku P zapisywane są bity parzystości.

Jak obliczyć bit parzystości i jak odzyskać dane w przypadku awarii któregoś z dysków? Dla uproszczenia przykład dotyczy tylko dwóch bajtów (16 bitów) danych. Oczywiście w przypadku RAID obliczeń dokonuje system, jednak warto znać zasadę działania.

Obliczenie bitu parzystości

• Dysk A zawiera bajt danych 10101010.
• Dysk B zawiera bajt danych 11001100.

Obliczamy bit parzystości dla każdego bitu w bajtach danych na dysku A i B. Parzystość jest obliczana poprzez wykonanie operacji XOR (exclusive OR) na odpowiadających sobie bitach bajtów na Dysku A i B. W przypadku RAID z parzystością wynik operacji XOR dla dwóch bitów jest zapisywany na dysku parzystości. Operator XOR (exclusive OR) porównuje dwa bity i zwraca 1, jeśli bity są różne oraz 0, jeśli są takie same (oba 0 lub oba 1).

Jak to działa?

1. bity na dysku A: 10101010;
2. bity na dysku B: 11001100,

Operacja XOR między bitami z dysków A i B daje nam bity parzystości, zapisywane na dysku P: 01100110.

10101010
XOR
11001100
--------
01100110

Teraz mamy trzy dyski:

• dysk A: 10101010;
• dysk B: 11001100;
• dysk P (Parzystość): 01100110.

Awaria dysku B

Załóżmy, że dysk B ulega awarii. Aby odtworzyć dane z dysku B, wykonujemy operację XOR między bitami na dysku A i dysku P:

1. Bity na dysku A: 10101010
2. Bity na dysku P: 01100110

3. Operacja XOR między dyskiem A i P daje nam oryginalne bity na Dysku B: 11001100

   10101010 (dysk A)
   XOR
   01100110 (dysk P)
   --------
   11001100
   

W ten sposób, jeśli jeden z dysków ulegnie awarii, możemy odtworzyć jego dane, korzystając z bitów parzystości. To zapewnia redundancję i zwiększa niezawodność w tablicach RAID.

Awaria dysku A

Gdyby dysk A uległ awarii, moglibyśmy użyć danych z dysku B oraz bitów parzystości z dysku P, aby odtworzyć utracone dane. Jak to zrobić, korzystając z danych z przykładu?

• Dysk B: 11001100
• Dysk P (Parzystość): 01100110

Aby odtworzyć dane z uszkodzonego dysku A, wykonujemy operację XOR między bitami na dysku B i dysku P.

11001100 (dysk B)
XOR
01100110 (dysk P)
––––––––––––
10101010

Wynik operacji XOR to 10101010, co odpowiada oryginalnym danym z uszkodzonego dysku A.

Jak widać, jeśli dysk A ulegnie awarii, jesteśmy w stanie odtworzyć jego dane, wykorzystując informacje zapisane na pozostałych dyskach. Jest to kluczowa zaleta wykorzystania RAID z parzystością — zapewnia on odporność na awarie pojedynczego dysku, co jest bardzo cenne w systemach wymagających wysokiej dostępności danych.

Awaria dysku P

W przypadku awarii dysku P (dysku parzystości) w omawianej konfiguracji, nie tracimy żadnych danych. Jest to najprostsza i najbardziej oczywista sytuacja. Dysk parzystości służy wyłącznie do odtwarzania danych w przypadku awarii jednego z pozostałych dysków. Gdy tylko dysk parzystości ulegnie awarii, nie możemy odtwarzać danych w przypadku kolejnej awarii dysku, ale wszystkie aktualne dane są nadal dostępne i bezpieczne.

W normalnym użytkowaniu, bez awarii innych dysków, omawiany system RAID pozbawiony dysku parzystości działa jak standardowa tablica RAID bez redundancji. Oznacza to, że możemy czytać i zapisywać dane bez żadnych ograniczeń. Jednakże, do czasu zastąpienia i odbudowy uszkodzonego dysku parzystości, system jest podatny na utratę danych w przypadku awarii któregokolwiek z pozostałych dysków.

Dane zapisane na dyskach po awarii dysku P.

• Dysk A: 10101010
• Dysk B: 11001100
• Dysk P: Uszkodzony/Brak

W tej sytuacji nadal mamy dostęp do danych z dysków A i B. Operacje odczytu i zapisu są na tych dyskach wykonywane normalnie. Jednakże, jeśli którykolwiek z tych dysków (A lub B) ulegnie dodatkowej awarii przed odbudowaniem Dysku P, dane mogą zostać utracone, ponieważ mechanizm RAID nie będzie już w stanie odtworzyć brakujących danych bez dysku P. Ważne jest, aby jak najszybciej zastąpić i odbudować uszkodzony dysk parzystości w systemie, aby przywrócić pełną redundancję i ochronę przed awariami.