Sammenligning af RAID vs LVM vs ZFS

Indledning

Når det kommer til storage, er der en stor chance for, at dit sind hvirvler lidt rundt på grund af de mange muligheder og tonsvis af terminologier, der fylder denne arena. Hvorfor kan vi ikke bare tilslutte en disk på værten og kalde det en dag? Det var en af mine frustrationer, indtil jeg fik øjnene op for essensen af alle de eksisterende teknologier. De problemer, som lagring giver dig som systemadministrator eller ingeniør, vil få dig til at sætte pris på de forskellige teknologier, der er blevet udviklet for at afhjælpe og løse dem.

I denne korte artikel vil vi se på RAID-, Logical Volume Manager (LVM)- og ZFS-teknologierne. Vi vil undersøge, hvad de gør bedst i implementeringer samt kontrollere deres forskelle. Velkommen og bliv hængende.

Sammenlignende: Ext4 vs XFS – Hvilken en skal du vælge

RAID

RAID står for Redundant Array of Independent Disks. Det blev grundlæggende udviklet for at give en mulighed for at kombinere mange billige og små diske i et array for at realisere redundansmål. Redundans kan ikke opnås ved at sætte ét stort diskdrev ind i dit projekt. Selv om arrayet består af flere diske, “ser” computeren det som ét drev eller en enkelt logisk lagerenhed, hvilket er ganske forbløffende.

Med teknikker som disk striping (RAID-niveau 0), diskspejling (RAID-niveau 1) og disk striping med paritet (RAID-niveau 5) er RAID i stand til at opnå redundans, lavere latenstid, øget båndbredde og maksimeret evne til at genoprette efter harddisknedbrud.

De primære grunde til, at du bør overveje at implementere RAID i dine projekter, der håndterer store datamængder, omfatter følgende:

• Opnåelse af bedre hastigheder
• Øger lagerkapaciteten ved hjælp af en enkelt virtuel disk
• Minimerer datatab som følge af diskfejl. Afhængigt af din RAID-type vil du kunne opnå redundans, som senere vil redde dig, hvis der opstår tilfælde af datatab.

Denne RAID-teknologi findes i tre varianter: Firmware RAID, Hardware RAID og Software RAID. Hardware-RAID håndterer sine arrays uafhængigt af værten, og den præsenterer stadig værten for en enkelt disk pr. RAID-array. Den anvender hardware-RAID-controllerkort, som håndterer RAID-opgaverne på en gennemsigtig måde for operativsystemet. Software-RAID implementerer på den anden side de forskellige RAID-niveauer i kernens disk- (blok-enheds-) kode og tilbyder den billigste løsning, da der ikke kræves dyre diskcontroller-kort eller hot-swap-chassis. Der findes hurtigere CPU’er i den nuværende tidsalder, og derfor klarer Software RAID sig generelt bedre end Hardware RAID.

Kardinalfunktioner ved Software RAID. Kilde (access.redhat.com)

• Portabilitet af arrays mellem Linux-maskiner uden rekonstruktion
• Rekonstruktion af arrayet i baggrunden ved hjælp af ubenyttede systemressourcer
• Hot-swappable drive support
• Automatisk CPU-detektion for at udnytte visse CPU-funktioner såsom streaming SIMD support
• Automatisk korrektion af dårlige sektorer på diske i et array
• Regelmæssig konsistenskontrol af RAID-data for at sikre arrayets sundhed
• Proaktiv overvågning af arrays med e-mail-advarsler sendt til en udpeget e-mail-adresse ved vigtige hændelser
• Skrive-intent bitmaps, som drastisk øger hastigheden af resynkroniseringshændelser ved at give kernen mulighed for at vide præcist, hvilke dele af en disk der skal resynkroniseres i stedet for at skulle resynkronisere hele arrayet

LVM

Her kommer den kønne Logical Volume Manager. Det LVM smukt gør, er abstraktionen af ideen om individuelle diskdrev og giver dig som administrator mulighed for at udskille “stykker” af plads til brug som drev. Det giver dig mulighed for at tilslutte så mange fysiske drev til dit individuelle system og derefter fleksibelt øge og reducere dine logiske volumener på din live-vært. Du kan tilføje andre fysiske drev i fremtiden og tilføje plads uden at skulle omformatere eller bekymre dig om at stoppe programmer eller afmontere filsystemer eller lukke din vært ned. Denne form for fleksibilitet gør arbejdet med LVM til en så smidig proces.

Fordele ved LVM i forhold til fysiske partitioner. Kilde (access.redhat.com)

Fleksibel kapacitet

Når du bruger logiske volumener, kan filsystemer strække sig over flere diske, da du kan samle diske og partitioner i et enkelt logisk volumen.

Storagepuljer, der kan ændres i størrelse

Du kan udvide logiske volumener eller reducere logiske volumener i størrelse med enkle softwarekommandoer uden at omformatere og ompartitionere de underliggende diskenheder.

Online dataomflytning

For at implementere nyere, hurtigere eller mere modstandsdygtige lagersubsystemer kan du flytte data, mens systemet er aktivt. Data kan omplaceres på diskene, mens diskene er i brug. Du kan f.eks. tømme en hot-swappable disk, før du fjerner den.

Kommelig enhedsnavngivning

Logiske lagringsvolumener kan administreres i brugerdefinerede og brugerdefinerede navngivne grupper.

Disk striping

Du kan oprette et logisk volumen, der stripes data på tværs af to eller flere diske. Dette kan øge gennemstrømningen dramatisk. Angivelse af stripe-konfiguration sker, når du opretter den logiske volumen med lvcreate

Spejling af volumener

Logiske volumener giver en praktisk måde at konfigurere et spejl for dine data på. Selv om LVM ikke understøttede dette nativt tidligere, er det nu muligt i nyere versioner.

Volume-snapshots

Med logiske volumener kan du tage enheds-snapshots til konsistente sikkerhedskopier eller teste effekten af ændringer uden at påvirke de rigtige data.

Den eneste forskel mellem RAID og LVM er, at LVM ikke giver nogen muligheder for redundans eller paritet, som RAID giver.

ZFS

ZFS blev oprindeligt udviklet af Sun Microsystems til Solaris (ejet af Oracle), men er blevet porteret til Linux.

ZFS er fundamentalt anderledes på dette område, fordi det er mere end blot et filsystem. ZFS kombinerer rollerne som filsystem og volumemanager, hvilket gør det muligt at tilføje yderligere lagerenheder til et live-system og straks gøre den nye plads tilgængelig på alle de eksisterende filsystemer i denne pulje. Det gør det samme som LVM og RAID i én pakke. Derfor er ZFS i stand til at overvinde tidligere begrænsninger, som forhindrede RAID-grupper i at kunne vokse. Ved at kombinere de traditionelt adskilte roller som volumenadministrator og filsystem får ZFS en række unikke fordele.

Traditionelt kunne filsystemer oprettes på en enkelt disk ad gangen. Det betyder, at hvis der var to diske, så skulle der oprettes to filsystemer. RAID undgik dette problem ved at præsentere operativsystemet for en enkelt logisk disk, der består af den plads, som kombinationen af mange fysiske diske giver. Operativsystemet placerede derefter et filsystem på toppen. Men med ZFS er filsystemet opmærksomt på den underliggende diskstruktur. Denne viden gør automatisk vækst af det eksisterende filsystem mulig for eksisterende, når der tilføjes yderligere diske til puljen. Desuden kan der i ZFS anvendes en række forskellige egenskaber på hvert filsystem, hvilket gør det muligt at oprette en række forskellige filsystemer og datasæt i stedet for et enkelt monolitisk filsystem.

Funktioner i ZFS

RAID-Z

ZFS implementerer RAID-Z, en variation af standard-RAID-5, der giver bedre fordeling af paritet og eliminerer “RAID-5 skrivehullet”, hvor data- og paritetsoplysningerne bliver inkonsistente i tilfælde af strømsvigt.

Redundans

Redundans er mulig i ZFS, fordi det understøtter tre niveauer af RAID-Z. Typerne hedder RAID-Z1 til RAID-Z3 baseret på antallet af paritetsenheder i arrayet og antallet af diske, der kan fejle, mens puljen fortsat er funktionsdygtig.

Spare

ZFS har en særlig pseudo-vdev-type til at holde styr på tilgængelige hot spares. Bemærk, at installerede hot spares ikke indsættes automatisk; de skal konfigureres manuelt for at erstatte den fejlslagne enhed ved hjælp af zfs replace.

L2ARC

Dette er det andet niveau i ZFS-cachelagringssystemet. Den primære Adaptive Replacement Cache (ARC) er gemt i RAM. Da mængden af tilgængelig RAM ofte er begrænset, kan ZFS også bruge cache-vdevs (en enkelt disk eller en gruppe af diske). Solid State Disks (SSD’er) bruges ofte som disse cache-enheder på grund af deres højere hastighed og lavere latenstid

Mirroring

Et spejl består af to eller flere enheder, og alle data vil blive skrevet til alle medlemsenheder. En spejlvdev vil kun indeholde lige så mange data som dens mindste medlem. En spejlvdev kan modstå fejl på alle medlemmer undtagen et af dem uden at miste data.

SSD-hybridlagringspuljer

Højtydende SSD’er kan tilføjes i ZFS-lagringspuljen for at oprette en hybrid slags pulje. Disse højtydende SSD’er kan konfigureres som en cache til at holde ofte tilgåede data for at øge ydeevnen.

Copy on Write

Teknikken Copy on Write bruges af ZFS til at kontrollere datakonsistens på diskene.

Checksum

Alle blokke, der allokeres, er checksummet ved hjælp af per-datasæt egenskabscheckalgoritme fletcher2, fletcher4, sha25). Kontrolsummen for hver blok valideres på gennemsigtig vis, når den læses, hvilket gør det muligt for ZFS at opdage tavs korruption. I tilfælde af at de læste data ikke stemmer overens med de forventede kontrolsummer. ZFS går videre og forsøger at gendanne dataene fra konfigureret redundans såsom mirror eller RAID-Z.

Find ud af mere om ZFS: https://www.freebsd.org/doc/handbook/zfs-term.html

Konklusioner

Der er meget mere derude om ZFS, RAID og LVM. Jeg håber, at du har fået et godt grundlag for så vidt angår disse tre teknologier, og at du kan være i stand til at vælge en, der passer til dit projekt. Tak fordi du læste med.

Læs også:

Sådan ændrer du størrelsen på en ext2/3/4- og XFS-rootpartition uden LVM

Sådan konfigurerer du LVM

Sådan udvider du root-filsystemet ved hjælp af LVM på Linux

Sådan udvider/forøger du KVM Virtual Machine (VM) diskstørrelse

Bedste Linux-bøger for begyndere & Eksperter