Курсова робота

Технологія організація масивів даних RAID. Порівняння RAID1 та RAID4

ЗМІСТ

TOC \o «1-3» \h \z \u HYPERLINK \l «_Toc132447417» ВСТУП PAGEREF
_Toc132447417 \h 5

HYPERLINK \l «_Toc132447418» 1 МЕТОДИ І ЗАСОБИ ЗБЕРІГАННЯ ДАНИХ
PAGEREF _Toc132447418 \h 7

HYPERLINK \l «_Toc132447419» 1.1 Класифікація пристроїв збереження
інформації PAGEREF _Toc132447419 \h 7

HYPERLINK \l «_Toc132447420» 1.2 Зберігання інформації на магнітних
дисках PAGEREF _Toc132447420 \h 8

HYPERLINK \l «_Toc132447421» 1.2.1 Організація даних на магнітному
диску PAGEREF _Toc132447421 \h 9

HYPERLINK \l «_Toc132447422» 1.2.2 Фізичні характеристики пристроїв
зовнішньої пам’яті на магнітних дисках PAGEREF _Toc132447422 \h 11

HYPERLINK \l «_Toc132447423» 1.2.3 Час пошуку PAGEREF _Toc132447423
\h 14

HYPERLINK \l «_Toc132447424» 2 ТЕХНОЛОГІЯ RAID PAGEREF
_Toc132447424 \h 15

HYPERLINK \l «_Toc132447425» 2.1 RAID 0 PAGEREF _Toc132447425 \h
18

HYPERLINK \l «_Toc132447426» 2.2 RAID 1 PAGEREF _Toc132447426 \h
19

HYPERLINK \l «_Toc132447427» 2.3 RAID 2 PAGEREF _Toc132447427 \h
21

HYPERLINK \l «_Toc132447428» 2.4 RAID 3 PAGEREF _Toc132447428 \h
22

HYPERLINK \l «_Toc132447429» 2.4.1 Надмірність PAGEREF
_Toc132447429 \h 22

HYPERLINK \l «_Toc132447430» 2.4.2 Продуктивність PAGEREF
_Toc132447430 \h 23

HYPERLINK \l «_Toc132447431» 2.5 RAID 4 PAGEREF _Toc132447431 \h
23

HYPERLINK \l «_Toc132447432» 2.6 RAID 5 PAGEREF _Toc132447432 \h
24

HYPERLINK \l «_Toc132447433» 2.7 RAID 6 PAGEREF _Toc132447433 \h
24

HYPERLINK \l «_Toc132447434» 3 ПОРІВНЯННЯ ТЕХНОЛОГІЙ RAID 0 I RAID 4
PAGEREF _Toc132447434 \h 25

HYPERLINK \l «_Toc132447435» 3.1 Передача даних великого об’єму
PAGEREF _Toc132447435 \h 25

HYPERLINK \l «_Toc132447436» 3.2 Частота запитів вводу-виводу
PAGEREF _Toc132447436 \h 26

HYPERLINK \l «_Toc132447437» ВИСНОВОК PAGEREF _Toc132447437 \h 28

HYPERLINK \l «_Toc132447438» СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ PAGEREF
_Toc132447438 \h 29

ВСТУП

На сьогоднішній день існує величезна різноманітність електронних
пристроїв, що претендують на назву «комп’ютер», — від одно-кристальних
мікропроцесорів ціною в декілька доларів до суперкомп’ютерів, що
коштують мільйонів доларів. Відрізняються вони функціональними
можливостями, продуктивністю, розмірами, областю застосування і,
природно, ціною. По-друге, швидкість розвитку комп’ютерної технології на
сучасному етапі не зменшилася — ця галузь як і раніше прогресує такими
темпами, з якими навряд чи може порівнятися будь-яка інша. Прогрес
зачіпає всі аспекти комп’ютерної технології, від виробництва електронних
компонентів до принципів паралельної організації таких компонентів в
єдину систему.

Але не дивлячись на такий гігантський крок вперед, існують певні,
достатньо консервативні принципи, які складають фундамент всієї стрункої
будівлі сучасної комп’ютерної науки. Повнота реалізації цих принципів
визначається можливостями технології на поточному етапі і міркуваннями
оптимального вибору співвідношення ціна/продуктивність, якими керується
проектувальник тієї або іншої системи.

При створенні операційної системи важливе місце займають засоби
вводу-виводу і система управління файлами. При розгляді вводу-виводу
ключовим питанням є продуктивність. Від вдалого проектування засобів
вводу-виводу багато в чому залежить продуктивність всієї обчислювальної
системи. Якщо звернути увагу на функціонування комп’ютерних систем, то
можна побачити, що швидкість роботи процесора безперервно зростає, а
якщо один процесор працює недостатньо швидко, то підвищити
продуктивність можна шляхом використовування SМР-конфігурації. Швидкість
доступу до основної пам’яті також зростає, хоча і повільніше, ніж
швидкість роботи процесора. При розумному використовуванні одного, двох
або більш рівнів внутрішньої кеш-пам’яті можливо прискорити доступ до
основної пам’яті, компенсуючи цим відставання швидкості роботи основної
пам’яті від швидкості роботи процесора. Помітимо, проте, що
продуктивність при операціях вводу-виводу залишається істотною
проблемою, особливо при роботі з дисковою пам’яттю.

Продуктивність важлива і при розгляді файлових систем. Тут на перший
план виступають також такі вимоги, як надійність і безпека. З погляду
користувача, файлова система є, можливо, найважливішим аспектом
операційної системи: користувачу необхідний не тільки швидкий доступ до
файлів, але і гарантія того, що файли залишаться непошкодженими і буде
захищений від несанкціонованого доступу.

На сьогоднішній день магнітні диски залишаються найпоширенішим
компонентом підсистеми зовнішньої пам’яті комп’ютерів. Практично в
будь-якому комп’ютері — від найпростіших персональних до великих
обчислювальних систем і суперкомп’ютерів— використовуються або змінні,
або фіксовані (жорсткі) магнітні диски.

Оптичні технології зберігання інформації також відіграють велику роль в
комп’ютерних системах всіх типів. На додаток до компакт-дисків, які
широко використовуються вже багато років, останнім часом популярність
набувають нові типи пристроїв цієї групи — магнітооптичні диски,
компакт-диски з можливістю запису.

Проте висока продуктивність і надійність серверів і великих
обчислювальних систем забезпечується застосуванням масивів дисків —
технології RAID. Під абревіатурою RAID розуміється методика використання
безлічі магнітних дисків у вигляді паралельно функціонуючого масиву
пристроїв зберігання інформації, в якому за рахунок структурної
надмірності забезпечується надійна робота при збоях або навіть виході з
ладу окремих пристроїв.

1 МЕТОДИ І ЗАСОБИ ЗБЕРІГАННЯ ДАНИХ

1.1 Класифікація пристроїв збереження інформації

Пристрої збереження інформації можна класифікувати по наступних
критеріях:

по типу елементів, що запам’ятовують

по типу способу організації обігу

по характеру зчитування

за способом зберігання

за способом організації

1. По типу елементів, що запам’ятовують

Напівпровідникові

Магнітні

Конденсаторні

Оптоелектронні

Голографічні

Криогенні

2. По типу способу організації звернення

З послідовним пошуком

З прямим доступом

Адресні

Асоціативні

Стекові

Магазинні

3. По характеру зчитування

З руйнуванням інформації

Без руйнування інформації

4. За способом зберігання

Статичні

Динамічні

5. За способом організації

Однокоординатні

Двохкоординатні

Трьохкоординатні

Двох- трьохкоординатні

1.2 Зберігання інформації на магнітних дисках

Магнітний диск як носій інформації є пластиною круглої форми з
немагнітного металу (частіше за весь алюміній) або пластика, покриту
шаром магнітного матеріалу з достатньою коерцитивною силою і невеликим
значенням індукції насичення. Дані записуються на носій і зчитуються з
нього за допомогою магнітної головки, що є мініатюрним електромагнітом.
Запис і зчитування інформації відбувається в результаті взаємодії носія,
що рухається, з нерухомою головкою.

Процес запису заснований на явищі збудження магнітного поля при
протіканні електричного струму через обмотку головки. Імпульси струму
подаються в обмотку і перемагнічують матеріал поверхні носія в тому
місці, яке у нинішній момент знаходиться в безпосередній близькості від
головки. Напрям магнітного поля, залежного від полярності електричного
імпульсу в обмотці, визначає знак локального перемагнічування матеріалу.
Зчитування інформації проводиться при проходженні під головкою
перемагніченого носія. Магнітний потік, який утворюється проходячи під
головкою намагніченою ділянкою, частково замикається через сердечник
головки, пронизуючи її обмотку. При проходженні під головкою ділянок з
різною полярністю намагнічення обмотки міняється, і в ній виникають
електричні імпульси тієї або іншої полярності, які відповідно до
прийнятого методу запису сприймаються як сигнали «лог. 1» або «лог. 0».

1.2.1 Організація даних на магнітному диску

Головка запису/зчитування має дуже маленькі розміри і формоване нею
магнітне поле впливає тільки на маленьку ділянку поверхні носія.
Оскільки носій під головкою обертається, це дає можливість організувати
на ньому дані у вигляді концентричних кіл — доріжок. Ширина доріжки
залежить від конструкції головки, як правило на поверхні магнітного
диска формується від 500 до 2000 доріжок.

На рис.1 показана схема розподілу окремих зон на поверхні диска. Сусідні
доріжки розділені зазором (gap), який перешкоджає виникненню помилок
(або, принаймні, знижує вірогідність їх виникнення) внаслідок неточного
позиціонування головки щодо доріжки або взаємовпливу магнітних полів
сусідніх доріжок. Для спрощення електронних схем однакова кількість
бітів інформації записується на всіх доріжках, хоча вони і відрізняються
по діаметру, а отже, мають різну довжину. Таким чином, щільність запису
(density) інформації — кількість бітів на одиницю довжини доріжки —
зменшується у міру переходу від внутрішніх доріжок диска до розташованим
на його периферії доріжок.

Рис.1 Розмітка магнітного диску

Дані записуються на диск і прочитуються з нього блоками. Звичайно розмір
блоку такий, що на одній доріжці записується безліч блоків. Отже,
доріжка розбивається на ділянки, відповідні довжині блоку, які
називаються секторами (рис. 1). Як правило, уздовж однієї доріжки
розміщується від 10 до 100 секторів, що мають або фіксовану, або змінну
довжину. Між секторами на доріжці існує міжсекторний проміжок.

Необхідно якимсь чином ідентифікувати положення кожного сектора. Для
цього, по-перше, на доріжці повинна бути якась початкова відмітка, а
по-друге, яким-небудь чином повинен бути помічений початок і кінець
кожного сектора. Ці вимоги реалізуються записом на диск службової
інформації. Таким чином, на диску крім основної записана ще і спеціальна
службова інформація, яка потрібна тільки схемам управління пристроєм і
неприступна користувачу.

1.2.2 Фізичні характеристики пристроїв зовнішньої пам’яті на магнітних
дисках

В табл._1 перераховані основні характеристики, по яких класифікуються
типи пристроїв зовнішньої пам’яті на магнітних дисках (ПЗПМД).

По-перше, пристрій може мати фіксовані головки, кожна з яких «працює»
тільки з однією доріжкою (рис.2,а), або спеціальний механізм може
переміщати головку (блок головок) в радіальному напрямі від однієї
доріжки до іншої (рис. 2,б). В останньому випадку говорять, що пристрій
оснащений рухомими головками.

До складу ПЗПМД входять блок головок (фіксований або рухомий), привід
обертання носія і електронне обрамлення, необхідне для формування всіх
сигналів, у тому числі і сигналів введення і висновку даних. Носій і
пристрої жорстко встановленим або змінним. Перевагу змінимо х дисків в
тому, що один пристрій може мати теоретично необмежену місткість. Крім
того, змінні носії можна передавати з одного компьютера на іншій і таким
нехитрим способом організувати обмін інформацією.

Таблиця 1 Характеристики ПЗПМД

Характеристика Набір параметрів / Можливе значення

Переміщення головки З фіксованими головками (одна головка на доріжку); з
рухомими головками (одна головка на поверхню)

Можливість заміни носія Незмінні (жорсткі) диски; змінні диски, у тому
числі гнучкі (флопі-диски)

Кількість робочих поверхонь Односторонній диск; двосторонній диск

Кількість дисків у пакеті Однодисковий пакет; багатодисковий пакет

Конструкція головки Контактна головка (для флопі-дисків); безконтактна
головка з фіксованим зазором; плаваюча головка з аеродинамічним
регулюванням зазора (диски типу «Вінчестер»)

Рис. 2. Типи головок в ПЗПМД:

а — пристрій з фіксованими головками;

б — пристрій з рухомими головками

В переважній більшості сучасних носіїв обидві поверхні є робочими, тобто
мають магнітне покриття. Такі диски прийнято називати двосторонніми. В
деяких пристроях, випущених досить давно, же ще використовуються
односторонні магнітні диски.

Деякі конструкції ПЗПМД спроектовані з розрахунку на роботу з пакетом
магнітних дисків — декількома дисками, надітими на одну вісь в декілька
ярусів (рис. 3). В таких пристроях використовується і відповідна
кількість блоків головок, принаймні поодинці на кожний диск в пакеті
(або по два, якщо диски двосторонні).

І нарешті, по конструкції електромагнітних головок ПЗПМД діляться на три
типи. Традиційно застосовувалася конструкція головки, в якій
забезпечувався повітряний зазор фіксованого розміру між нею і поверхнею
носія. Але для підвищення щільності запису в деяких пристроях
застосовуються контактні головки, які практично притискаються до
поверхні носія. Саме така конструкція використовується в пристроях, що
працюють з гнучкими (флоппи-) дисками, які на сьогоднішній день є
найдешевшими з вживаних в персональних комп’ютерах носіїв інформації.

Рис. 3. ПЗПМД з багатодисковим пакетом:

а — окрема секція; б — пакет

Щоб зрозуміти, в чому особливість конструкції головок третього типу,
потрібно звернути увагу на зв’язок між щільністю розміщення даних на
носії і розміром повітряного зазору в магнітному ланцюзі головки. При
виконанні операцій запису і читання головка повинна створювати або
вловлювати електромагнітне поле достатньої інтенсивності. Чим ближче
головка до носія, тим менше повітряний зазор в ланцюзі, тим
концентрованіше магнітне поле і, отже, менше ширина доріжки. Проте чим
ближче до носія, там більшу небезпеку представляють для неї будь-які
нерівності на поверхні носія або бруд, що потрапив на нього ззовні. Цю
задачу вдалося вирішити винахідникам диска типу «Вінчестер». Даний
пристрій є контейнером, в який укладені пакет дисків разом з кареткою і
головками, що герметизується. В результаті пристрій і головки в ньому
надійно захищений від забруднення ззовні, і головки значно ближче, ніж в
звичайних пристроях, до носія. В пристрої типу “Вінчестер”
використовуються так звані плаваючі головки. Плаваюча головка
закріплюється в рухомому черевику, забезпеченому пружиною, яка прагне
притиснути черевик до носія. Проте в клиновидному повітряному зазорі між
черевиком і поверхнею диска, що рухається, виникають аеродинамічні сили,
що утримують головку в мінімальній близькості від носія, але
перешкоджаючі їх зіткненню — встановлюється рухома рівновага, що
забезпечує якнайкращі умови для роботи головки.

1.2.3 Час пошуку

Час пошуку характеризує час, необхідний для переміщення каретки з
головками на задану доріжку. В цей параметр входять дві основні
складові: час чіпляння механізму і час руху каретки з поточного
положення до заданої доріжки.

2 ТЕХНОЛОГІЯ RAID

Зростання продуктивності вторинних пристроїв, що запам’ятовують, значно
відстає від зростання продуктивності процесорів і основної пам’яті. Така
невідповідність змушує звертати особливу увагу на дискову систему при
підвищенні рівня загальної продуктивності.

Як і в інших областях, додаткове підвищення ефективності може бути
досягнутий шляхом паралельного використання декількох пристроїв. У
випадку з дисками це означає використання масивів незалежно і паралельно
працюючих дисків. За наявності безлічі дисків різні запити вводу-виводу
можуть оброблятися паралельно, якщо блок даних, до якого проводиться
звернення, розподілений по безлічі дисків.

У разі застосування безлічі дисків є велика кількість варіантів
організації даних і додавання надлишковості для підвищення надійності (а
це може створити труднощі при розробці схем баз даних, здатних працювати
на різних платформах під управлінням різних операційних систем). На
щастя, є промисловий стандарт RAID (Redundant Array Independent Disks —
надмірний масив незалежних дисків). RAID-схема складається з 7 рівнів—
від нульового до шостого. Ці рівні не мають ієрархічної структури, але
визначають різну архітектуру з наступними загальними характеристиками:

RAID — це набір фізичних дисків, що розглядаються операційною системою
як єдиний логічний диск.

Дані розподілені по фізичних дисках масиву.

Надмірна місткість дисків використовується для зберігання контрольної
інформації, що гарантує відновлення даних у разі відмови одного

з дисків.

Друга і третя характеристики різні для різних рівнів RAID. RAID
нульового рівня не підтримує третю характеристику зовсім.

Термін RAID був використаний в науковому докладі групи розробників
Університету Каліфорнії в м.Берклі. В докладі у загальних рисах були
розглянуті різні конфігурації і застосування RAID, а також визначення
рівнів RAID. Ця стратегія замінює диски з великою щільністю запису
безліччю дисків з малою щільністю і розподіляє дані таким чином, що
забезпечує можливість одночасного доступу до даних з різних дисків. Це
істотно підвищує ефективність вводу-виводу і дає можливість поступового
нарощування місткості масиву.

Унікальність запропонованої технології полягає в ефективному
використовуванні надмірності. Завдяки наявності великої кількості дисків
підвищується продуктивність, але збільшується вірогідність збоїв. У
зв’язку з цим RAID передбачає зберігання додаткової інформації, що
дозволяє відновлювати дані, загублені внаслідок збійної ситуації.

В табл. 2 представлено всі 7 рівнів RAID. Варто відзначити, що рівні 2 і
4 не підходять для промислового застосування, проте, опис цих рівнів
допомагає визначитися з вибором схем проектування деяких інших рівнів.

Категорія Рівень Опис Швидкість обробки запитів Швидкість передачі
даних Типове застосування

Розщеплення 0 Без надмірності Великі смуги: відмінно Малі смуги:
відмінно Додатки з некритичними даними, які вимагають високої
продуктивності

Віддзеркалення 1 Віддзеркалення Добре / задовільно Задовільно /
задовільно Системні диски, важливі файли

Паралельний доступ 2 Надмірність з кодами Хеммінга Погано Відмінно

3 Парність з бітами, які чергуються Погано Відмінно Додатки з великими
запитами уведення-виведення, такі, як графічні редактори

Незалежний доступ 4 Парність з блоками, які чергуються Відмінно /
задовільно Задовільно / погано

5 Розподілена парність з блоками, які чергуються Відмінно / задовільно
Задовільно / погано Висока швидкість запитів, інтенсивне читання, пошук
даних

6 Подвійна розподілена парність з блоками, які чергуються Відмінно /
погано Задовільно / погано Додатки, що вимагають виключно високої
надійності

Таблиця 2 Рівні RAID

2.1 RAID 0

Рівень 0 не є справжнім RAID-рівнем, оскільки він не використовує
надмірність для підвищення ефективності. Проте існує ряд застосувань,
таких, як деякі суперкомп’ютери, де домінують питання продуктивності і
місткості, а зниження вартості більш важливо, ніж надійність.

В схемі RAID 0 дані призначені для користувача і системні дані
розподіляються по всіх дисках масиву. Це дає помітну перевагу перед
використанням одного великого диска: якщо два різні запити вводу-виводу
звертаються до двох різних блоків даних, то є чимала вірогідність того,
що ці блоки розміщені на різних дисках, і два запити можуть бути
оброблені, зменшуючи тим самим час очікування в черзі вводу-виводу.

Варто відмітити те, що RAID 0 йде далі за простий розподіл даних по
масиву дисків: дані розщеплені (stripped) по всіх наявних дисках (див.
рис.4). Всі дані призначені для користувача і системні дані
розглядаються як дані, що зберігаються на одному логічному диску. Диск
ділиться на смуги, які можуть бути фізичними блоками, секторами або
іншими одиницями зберігання. Смуги циклічно розміщуються на послідовних
дисках масиву. В n-дисковому масиві перші n логічних смуг фізично
розташовуються як перші смуги кожного з n дисків; другі n смуг
розташовуються як другі смуги кожного з дисків і т.д. Перевага такої
конфігурації полягає в тому, що якщо один запит вводу-виводу звертається
до безлічі логічно послідовних смуг, то паралельно може бути оброблений
до n смуг, і набагато зменшується тим самим час обробки запиту.

На рис. 4 показано, що для відображення логічного і фізичного дискових
просторів використовується відповідне програмне забезпечення, яке може
бути реалізований як в дисковій підсистемі, так і в комп’ютері.

Рис. 4. Розміщення даних в масиві RAID 0

2.2 RAID 1

RAID 1 відрізняється від RAID 2-RAID 6 способом досягнення надмірності.
У всій решті RAID-схем використовується який-небудь спосіб обчислень,
тоді як в RAID 1 надмірність досягається простим дублюванням всіх даних.
В цій схемі використовується те ж розщеплювання даних, що і в RAID 0,
але кожна логічна смуга розміщується на двох різних фізичних дисках, так
що для кожного диска масиву є дзеркальний диск, що містить точно такі ж
дані.

RAID 1 володіє наступними позитивними характеристиками:

Запит на читання може бути обслужений будь-яким з двох дисків, що
містять необхідні дані; для обслуговування вибирається той диск, у якого
мінімальний час пошуку.

Для запиту на запис необхідне оновлення обох смуг, що може

бути виконаний в паралельному режимі. Тому швидкість запису визначається

більш повільній з них (тобто тієї, для якої час пошуку виявляється
великим). Проте ніяких додаткових витрат на запис при застосуванні RAID
1 не вимагається. На рівнях з другого по шостий операція запису вимагає
обчислення контрольних бітів.

Простота відновлення даних у разі збою — при збої одного диска дані
можуть бути доступний з другого.

Принциповою негативною характеристикою RAID 1 є вартість, пов’язана з
необхідністю подвійного дискового простору для логічного диска. З цієї
причини використовування RAID 1 обмежено дисками з системним програмним
забезпеченням і даними, а також іншими дуже важливими файлами. В цих
випадках RAID 1 забезпечує створення резервних копій всіх файлів в
режимі реального часу, так що у разі аварійної ситуації на диску всі
критичні дані можуть бути негайно витягнутий.

В середовищі, орієнтованому на транзакції, RAID 1 може досягти високої
частоти запитів вводу-виводу, якщо основна маса запитів — на читання
диска. В цій ситуації продуктивність RAID 1 може наблизитися до
подвійної продуктивності RAID 0. Проте якщо велика частина запитів — на
запис, істотного підвищення продуктивності в порівнянні з RAID 0 досягти
не вдасться. RAID 1 може також забезпечити підвищену продуктивність для
додатків з інтенсивним зчитуванням з диска.

2.3 RAID 2

Рівні 2 і 3 використовують технологію паралельного доступу. В такому
масиві всі диски, що є елементами масиву, беруть участь у виконанні
кожного запиту вводу-виводу. Звичайно шпинделі індивідуальних дисководів
синхронізуються таким чином, що всі головки дисків розташовуються в
одній і тій же позиції у будь-який момент часу.

Як і в інших схемах, тут також використовується розділення даних на
смуги. В схемах RAID 2 і RAID 3 смуги опиняються дуже малими; нерідко
вони відповідають одному байту або слову. В схемі RAID 2 код з корекцією
помилок розраховується по відповідних бітах кожного диска і зберігається
у відповідних місцях дискового масиву. Звичайно в цьому випадку
використовується код Хеммінга (Hamming), який здатний виправляти
одинарні і виявляти подвійні помилки.

Не дивлячись на те що для RAID 2 необхідна менша кількість дисків, ніж
для RAID 1, ця схема все ще вельми дорога. Кількість резервних дисків
пропорційно кількості дисків даних. При одиночному зчитуванні
здійснюється одночасний доступ до всіх дисків. Дані запиту і код
корекції помилок передаються контролеру масиву. За наявності однобітової
помилки контролер здатний швидко її відкоригувати, так що доступ для
читання в цій схемі не сповільнюється. При одиночному записі
відбувається одночасне звернення до всіх дисків масиву.

Схема RAID 2 могла б використовуватися в середовищі з численними
помилками дисків. Проте через високу надійність дисків RAID 2 не була
реалізована.

2.4 RAID 3

Схема RAID 3 організована аналогічно схемі RAID 2. Відмінність полягає в
тому, що для RAID 3 потрібен тільки один резервний диск, незалежно від
розміру дискового масиву. В RAID 3 застосовується паралельний доступ з
розподіленими по невеликих смугах даними. Замість коду з виправленням
помилок для всіх бітів в одній і тій же позиції на всіх дисках,
розміщується вирахуваний простий біт парності.

2.4.1 Надмірність

При збої дисковода відбувається звернення до дисковода парності, і дані
відновлюються на основі інформації з пристроїв, що залишилися. Як тільки
збійний диск буде замінений, відсутні дані можуть бути наново збережені
на новому диску, після чого продовжується штатна робота системи.

Відновити дані досить просто. Розглянемо масив з п’яти дисків, в яких
ХО-ХЗ — дані на дисках 0-3, а Х4 — дані диска парності. Парність для
і-го біта обчислюється наступним образом:

Припустимо, що відбувся збій диска X1. Якщо ми додамо Х4(і)+Х1(і) до
обох частин попереднього рівняння, то отримаємо:

Таким чином, вміст кожної смуги даних X1 може бути відновлений по вмісту
відповідних смуг решти дисків масиву. Цей принцип працює у всіх
RAID-рівнях з третього по шостий.

У разі збою диска всі дані залишаються доступними в так званому
скороченому режимі. В цьому режимі для операцій читання відсутні дані
відновлюються «на льоту», із застосуванням описаного способу. При
скороченому записі даних повинна підтримуватися узгодженість по парності
для пізнішого відновлення інформації. Повернення до штатного
функціонування вимагає заміни збійного диска і повного відновлення його
вмісту.

2.4.2 Продуктивність

Оскільки дані розбиваються на дуже малі смуги, RAID 3 може забезпечити
високу швидкість передачі даних. Будь-який запит вводу-виводу включає
паралельну передачу даних зі всіх дисків масиву.

Особливо помітна підвищена продуктивність при передачі великого об’єму
даних. Проте за один раз може бути виконаний тільки один запит
вводу-виводу, тому в орієнтованій на транзакції середовищі
продуктивність падає.

2.5 RAID 4

RAID-рівні з 4-го по 6-й використовують технологію незалежного доступу.
В масиві з незалежним доступом кожний диск функціонує незалежно від
інших, так що окремі запити вводу-виводу можуть виконуватися паралельно.
Відповідно, масиви з незалежним доступом можуть використовуватися в тих
додатках, яким необхідна висока частота запитів вводу-виводу, і менш
придатні для додатків, що вимагають великої швидкості передачі даних.

Як і в інших RAID-схемах, тут застосовується розщеплення даних на смуги.
В схемах RAID 4-6 смуги порівняно великі. В RAID 4 по відповідних смугах
на кожному диску даних обчислюється смуга парності, що зберігається на
додатковому залишковому диску.

Рис. 5 RAID 4

2.6 RAID 5

RAID 5 організований подібно RAID 4, але з тією відмінністю, що RAID 5
розподіляє смуги парності по всіх дисках. Поширене розміщення смуг
парності — відповідно до циклічної схеми.

Розподіл смуг парності по всіх накопичувачах дозволяє уникнути зниження
продуктивності, пов’язаного з операціями вводу-виводу з одним диском
парності (з чим ми зіткнулися при розгляді RAID 4).

2.7 RAID 6

Схема RAID 6 була представлена в роботі [KATZ89] розробниками з Берклі.
В цій схемі виконуються два різні розрахунки парності, результати яких
зберігаються в різних блоках на різних дисках.

Перевага RAID 6 полягає в тому, що ця схема забезпечує надзвичайно
високу надійність зберігання даних. Втрати даних можливі лише при
одночасному виході з ладу трьох дисків масиву. З другого боку, у RAID 6
високі невигідні витрати при операціях запису, оскільки кожний запис
зачіпає два блоки парності.

3 ПОРІВНЯННЯ ТЕХНОЛОГІЙ RAID 0 I RAID 4

Всі технології RAID мають як спільні так і відмінні риси. В залежності
від того з якою метою використовується дана технологія і в залежності
від того яка саме можна досягти високої надійності зберігання даних,
збільшення швидкості читання/запису.

RAID_0 не є справжнім RAID-рівнем, оскільки він не використовує
надмірність для підвищення ефективності, на відміну в RAID_4 по
відповідних смугах на кожному диску даних обчислюється смуга парності,
що зберігається на додатковому залишковому диску, це дозволяє відновити
інформацію у випадку пошкодження або тимчасової непрацездатності одного
з дисків.

3.1 Передача даних великого об’єму

Ефективність будь-якого з рівнів RAID безпосередньо залежить від запитів
комп’ютера і способу розміщення даних. Найбільш очевидна адресація цих
запитів в RAID 0, де аналізу не перешкоджає надмірність. Перш за все
розглянемо використання RAID 0 для отримання високої швидкості передачі
даних. Додатки з високими вимогами до швидкості передачі даних повинні
задовольняти двом умовам. Перше полягає в тому, що протягом всього
маршруту між головною пам’яттю комп’ютера і окремими дисководами повинна
бути велика пропускна спроможність передачі даних. Сюди включаються
внутрішні шини контролера, шини вводу-виводу комп’ютера, адаптери
вводу-виводу, шини основної пам’яті.

Друга умова полягає в створенні додатком таких запитів вводу-виводу, які
б ефективно управляли дисковим масивом. Ця умова виконується, якщо
типовий запит адресований великому в порівнянні з розміром смуги об’єму
логічно безперервних даних. В цьому випадку один запит вводу-виводу
включає паралельну передачу даних з декількох дисків, збільшуючи
продуктивність передачі даних в порівнянні з передачею при одному диску.

В схемі RAID 4 є додаткові витрати при виконанні операції запису
невеликого блоку даних. При кожному записі програмне забезпечення
управління масивом повинне відновити не тільки призначені для
користувача дані, але і відповідні біти парності. Розглянемо масив, що
складається з п’яти дисків, в якому пристрої Х0-ХЗ містять дані, а Х4 є
диском парності. Припустимо, що виконується запис, який включає тільки
смугу на диску X1. Спочатку для кожного i-гo біта виконується наступне
співвідношення:

Після оновлення (змінені біти відзначені штрихом) одержуємо:

Отже, для обчислення нової парності програмне забезпечення управління
масивом повинне прочитати стару призначену для користувача смугу і стару
смугу парності. Після цього програмне забезпечення може відновити ці дві
смуги новими даними із новою розрахованою парністю. Таким чином, запис
кожної смуги включає два читання і два записи.

3.2 Частота запитів вводу-виводу

В середовищі, орієнтованому на транзакції, користувача звичайно більше
цікавить час відгуку, ніж швидкість передачі даних. При індивідуальному
запиті вводу-виводу для невеликого об’єму даних переважний час операції
затрачується на переміщення дискових головок (час пошуку) і на обертання
диска.

В середовищі транзакції можуть відбуватися сотні запитів вводу-виводу в
секунду. Дисковий масив може забезпечити високу швидкість виконання
операцій вводу-виводу шляхом вирівнювання завантаження декількох дисків.
Ефективне вирівнювання завантаження досягається тільки за наявності
великої безлічі запитів вводу-виводу, які чекають обробки. Під цим, по
суті, мається на увазі існування декількох незалежних додатків (або
одного, орієнтованого на виконання транзакцій, здатного виконувати
безліч асинхронних запитів вводу-виводу). На ефективність робитиме вплив
і розмір смуги. Якщо розмір смуги порівняно великий, такий, що один
запит вводу-виводу вимагає доступу тільки до одного диска, то безліч
знаходяться в режимі очікування запитів може бути оброблений паралельно,
і тим самим зменшується час очікування в черзі кожного запиту.

При великому розмірі запису вводу-виводу в RAID 4, який включає смуги на
всіх дискових накопичувачах, парність легко обчислюється шляхом
розрахунку з використанням тільки нових бітів даних. Таким чином,
інформація на диску парності може бути оновлена паралельно з оновленням
призначених для користувача даних, без зайвих операцій читання і запису.

Проте у будь-якому випадку кожна операція запису повинна обновляти
інформацію на диску парності, що може стати вузьким місцем системи.

ВИСНОВОК

У даній курсовій роботі я описував технологію RAID (Redundant Array
Independent Disks — надмірний масив незалежних дисків). RAID-схема
складається з 7 рівнів— від нульового до шостого. Ці рівні не мають
ієрархічної структури, але визначають різну архітектуру з наступними
загальними характеристиками:

1.RAID — це набір фізичних дисків, що розглядаються операційною
системою як єдиний логічний диск.

2.Дані розподілені по фізичних дисках масиву.

3.Надмірна місткість дисків використовується для зберігання
контрольної інформації, що гарантує відновлення даних у разі відмови
одного

з дисків.

Під абревіатурою RAID розуміється методика використання безлічі
магнітних дисків у вигляді паралельно функціонуючого масиву пристроїв
зберігання інформації, в якому за рахунок структурної надмірності
забезпечується надійна робота при збоях або навіть виході з ладу окремих
пристроїв

Всі технології RAID мають як спільні так і відмінні риси. В залежності
від того з якою метою використовується дана технологія і в залежності
від того яка саме можна досягти високої надійності зберігання даних,
збільшення швидкості читання/запису.

RAID_0 не є справжнім RAID-рівнем, оскільки він не використовує
надмірність для підвищення ефективності, на відміну в RAID_4 по
відповідних смугах на кожному диску даних обчислюється смуга парності,
що зберігається на додатковому залишковому диску, це дозволяє відновити
інформацію у випадку пошкодження або тимчасової непрацездатності одного
з дисків.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

В.Столлингс Структурная организация и архитектура компьютерных систем,
5-е изд.. : Пер. с англ. – М. : Издательский дом «Вильямс», 2002. – 896
с.: ил. – Парал. тит. англ.

В.Столлингс Операционные системы, 4-е издание. : Пер. с англ. – М. :
Издательский дом «Вильямс», 2002 – 848 с. : — Парал. тит. англ.

PAGE

PAGE

Похожие записи