Ирина Эланс
RAID-массивы
Министерство образования Российской Федерации
Костромской Государственный Технологический Университет
Контрольная работа
по курсу "Вычислительные машины, системы и сети"
Вариант №11
Выполнил: Скорняков
П.П.
шифр 08-3Ак-359
Проверил: Олоничев В.В.
Кострома 2014
- RAID-массивы
У любого физического устройства хранения данных есть пределы возможностей, обусловленные современными ему технологическими достижениями и приемлемой ценой. В ряде случаев требуются устройства хранения данных с «запредельными» параметрами:
- емкостью хранилища, превышающей емкость физического устройства хранения;
- длительной скоростью передачи данных, превышающей внутреннюю скорость передачи устройства;
- надежностью, превышающей надежность физического устройства.
Такое выдающееся устройство можно получить за счет избыточности – параллельного использования множества обычных устройств. Применительно к дисковым устройствам применяют термин RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks – избыточный массив недорогих дисков). Идея заключается в подключении группы обычных, как правило, однотипных, дисков к RAID-контроллеру – устройству, которое для хост-компьютера этот массив представляет как один виртуальный диск с улучшенными свойствами. Улучшения касаются вышеперечисленных параметров в различных сочетаниях, хотя какими-то параметрами иногда приходится жертвовать. Аналогичные массивы применяются и для ленточных устройств хранения, но называются они RAIT (Redundant Array of Inexpensive Tapes – избыточный массив недорогих ленточных устройств хранения).
В зависимости от алгоритма представления диска различают следующие схемы (типы, уровни) RAID:
RAID 0 – дисковый массив без избыточности и отказоустойчивости, простейшее средство повышения производительности и увеличения объема. Виртуальный диск разбивается на зоны, или полосы (strips), которые равномерно распределяются по всем дискам массива. Размер зон кратен размеру сектора диска. При обращениях хоста к большому блоку данных, занимающему несколько зон, RAID-контроллер посылает запросы одновременно к нескольким дискам – обращение реально распараллеливаются, что повышает производительность как по чтению, так и по записи. Для коротких запросов выигрыша в скорости нет. Пространство всех дисков используется полностью (избыточности нет). Отказ любого диска приводит к отказу всего массива, надежность виртуального диска ниже, чем у одного большого устройства, поскольку вероятность отказа хотя бы одного из дисков выше, чем вероятность отказа каждого из них в отдельности.
RAID 1 – зеркальное отражение (mirroring). Два (или более) диска дублируют друг друга. Запись информации выполняется одновременно на все диски, чтение – с любого свободного, в результате чего производительность чтения повышается. Отказ одного диска приводит только к снижению скорости чтения. Отказавший диск может быть заменен, и для ввода его в действие требуется просто копирование данных с оставшегося диска. Эффективность использования пространства дисков низкая (при двух дисках эффективный объем составляет лишь половину их суммарного, при большем числе – и того меньше). Надежность виртуального диска тем выше, чем больше дисков в массиве, и она превышает надежность одиночного диска.
RAID 2 – избыточный массив, в котором биты данных распределяются по нескольким дискам и еще несколько дисков несут проверочные коды Хэм-минга (ЕСС). Проверочные коды позволяют исправлять битовые ошибки, возникающие при отказе одного из дисков. Отказ физического устройства не приводит к отказу виртуального диска. Для получения высокой производительности диски в массиве должны быть синхронизированы по позиционированию головок и по вращению шпинделей, поскольку данные записываются параллельно сразу на все диски. Надежность ниже, чем у RAID 1, но и избыточность меньше. Эффективность кода Хэмминга (избыточность, обеспечивающая исправление) зависит от числа информационных битов: выгоднее более длинные слова, то есть массивы с большим числом дисков.
RAID 3 – избыточный массив, отличающийся от RAID 2 тем, что вместо кодов Хэмминга (несколько дополнительных битов и, соответственно, дисков) используется лишь бит четности (1 диск). Поскольку отказ (ошибка чтения) каждого диска определяется его встроенным контроллером, RAID-контроллер «видит» ошибочный диск и его бит вычисляет через бит четности. Это и позволяет отказаться от кода Хэмминга, с помощью которого вычисляются и позиция ошибочного бита, и его значение. Производительность, отказоустойчивость и эффективность использования пространства довольно высокие, но для достижения высокой скорости требуется синхронизация устройств.
RAID 4 – избыточный массив, в нем данные разбиты на зоны, размер которых кратен размеру сектора (как у RAID 0), и дополнительно выделен диск для размещения зоны четности для всех зон данных. В случае отказа любого из дисков его данные восстанавливаются с помощью зон четности и соответствующих зон данных на «живых» дисках. Программная реализация довольно сложная. Короткие запросы записи обслуживаются медленно: изменение одного сектора (зоны) требует чтения соответствующего сектора (зоны) на всех дисках данных с тем, чтобы вычислить и записать новое значение зоны четности. Возможна оптимизация записи, при которой вычисляется изменение значения четности на основе старых и новых данных изменяемого сектора данных.
RAID 5 – распределение и чередование данных и четности по дискам, но для битов четности не выделяется специальный диск (биты четности распределяются по всем дискам по кругу). Обеспечивает более высокую скорость записи, чем RAID 4. В случае отказа одного диска потерянные данные восстановимы, но не так быстро и просто, как в RAID 4.
RAID 6 – более сложная схема, устойчивая даже к двойным отказам (но за счет более низкой производительности).
Возможны и более сложные массивы, в которых используются двухступенчатые комбинации данных уровней:
RAID 10 – массив RAID 0, собранный из пар зеркальных дисков (RAID 1).
Обеспечивает высокую скорость и надежность, но ценой большой избыточности.
RAID 30 – массив RAID 0, собранный из блоков RAID 3.
RAID 50 – массив RAID 0, собранный из блоков RAID 5. Обеспечивает отказоустойчивость и высокую производительность.
Для организации эффективных схем массивов RAID требуется значительное количество дисков. Так, например, RAID 10 требует не менее 4 дисков, что для настольных компьютеров не всегда приемлемо. Фирма Intel в своих «настольных» чипсетах 1925Х/915 применяет технологию Matrix Storage, позволяющую всего на паре дисков SATA организовывать пару независимых массивов RAID: RAID 0 (striping) для повышения скорости и RAID I (mirroring) для повышения надежности. При этом диски, фактически, используются по частям (что характерно и для «больших» RAID-контроллеров на SCSI-дисках),
В качестве интерфейса подключения физических устройств чаще всего фигурирует интерфейс SCSI, который обеспечивает подключение большого числа устройств и высокую эффективность использования шины. Еще лучшие результаты дает применение последовательного интерфейса SCSI (SAS), поскольку он обеспечивает возможность физически одновременных обменов с несколькими устройствами. Есть и RAID-контроллеры с интерфейсом АТА, но они менее эффективны. Последовательный интерфейс SATA эффективнее своего параллельного предшественника, однако он уступает SAS по суммарной производительности массива. Применение мультиплексоров SATA позволяет увеличить число физических устройств, используемых в массиве, но не повысить пропускную способность.
Массивы RAID могут быть реализованы для хост-компьютера как аппаратно, так и программно. Аппаратный RAID-контроллер представляет собой интеллектуальное устройство со своим мощным микропроцессором, имеющее интерфейсы для подключения дисков, а также интерфейс подключения к хост-компьютеру. Внешний массив RAID представляет собой отдельное устройство (блок, шасси, стойку) со своим блоком питания, отсеками для установки дисков и, естественно, RAID-контроллером. В качестве интерфейса с хост-компьютером для внешних массивов используют интерфейсы SCSI (параллельный или последовательный), Fibre Channel, Fire Wire, SATA. Внутренний RAID-контроллер подключается к шине PCI, PCI-X или PCI Express (раньше задействовали EISA и даже ISA, встречалась и VLB). Конструктивно это либо карта расширения, устанавливаемая в соответствующий слот, либо интегрированный компонент, расположенный на системной плате. К внутреннему контроллеру могут подключаться как внутренние, так и внешние физические устройства хранения (в зависимости от интерфейса).
Функции RAID могут быть реализованы и программно, средствами ОС компьютера (например, эти функции поддерживаются в Windows NT/XP/2000). При этом в качестве интерфейсов дисков применяют интерфейсы существующих контроллеров (предпочтительно SCSI, но используют и АТА). Программный массив RAID вполне справляется с увеличением объема и повышением надежности, но для повышения скорости требуется большая вычислительная мощность процессора.
Массив RAID для операционной системы хоста выглядит как одно логическое устройство хранения. Однако в отличие от обычного устройства, готового к использованию сразу после подключения, массив RAID требует предварительного конфигурирования и обслуживания с помощью специальных утилит. В случае внешних RAID-контроллеров конфигурирование и обслуживание могут выполняться и с автономного пульта управления массивом. Заметим, что архитектура SCSI позволяет использовать также иерархическую адресацию и через одно SCSI-устройство, подключенное к хосту, обращаться к подчиненным ему логическому устройству.
Отказоустойчивые схемы RAID позволяют продолжать работу хранилища даже при отказе одного физического устройства. В таких системах, как правило, реализована «горячая замена» устройств. Для вновь установленного устройства должна быть выполнена синхронизация данных. Для зеркального диска это просто копирование данных с его зеркальной копии, для более сложных схем – вычисления, выполняемые в соответствии с установленной схемой избыточности. Синхронизация, обычно занимающая довольно много времени, как правило, может выполняться на фоне обращений к «живой» части массива.
asm{
mov edi,k
mov esi,[k*20+i]*2
mov edi,i
mov ax,u[di*2]
mov bx,d
add ax,bx
mov bx,pu
mov bx,[bx]
imul ax,ebx
mov bx, s11[4+1*24]
mov cx,a
div ax,cx
sub ax,bx
mov u,ax
}
- Research has shown 1that some management practices work better than others
- Review of programs for the design
- Rewards and Motivation
- Rotter J.B.
- Russian cuisine
- Russian food
- S7 Planet «Виртуальный полет за новыми услугами»
- Public Relations и его основные инструменты
- Public relations: определение, основные задачи
- Public Relations: определение, содержание и функции
- Public Relation, как одна из форм публичной коммуникации
- Put the verbs in brackets into the correct form: Past
- Pоль автоматизированных систем в правовой сфере
- QY Становление и развитие финансового менеджмента как науки