Вопрос 55

Дисковый кэш

Во многих операционных системах запросы к блок-ориентированным внешним устройствам с прямым доступом (например, диски) перехватываются промежуточным программным слоем — подсистемой буферизации, называемой также дисковым кэшем. Дисковый кэш располагается между слоем драйверов файловых систем и блок-ориентированными драйверами. При поступлении запроса на чтение некоторого блока диспетчер дискового кэша просматривает свой буферный пул, находящийся в системной области оперативной памяти, и если требуемый блок имеется в кэше, то диспетчер копирует его в буфер запрашивающего, процесса. Операция ввода-вывода считается выполненной, хотя физического обмена с устройством не происходило, при этом выигрыш во времени доступа к файлу очевиден.

Дисковый кэш

+ повышение производительности дисковых операций

- потенциальное снижение надежности

• Традиционный дисковый кэш

  • основан на автономном диспетчере кэша, обслуживающем набор буферов системной памяти и при необходимости самостоятельно организующим загрузку блока в буфер, не обращаясь за помощью к другим подсистемам ОС.

• Дисковый кэш на основе виртуальной памяти

  • использует ее возможности по отображению файлов на память. +функции диспетчера дискового кэша сокращаются, уменьшается объем ядра ОС, повышается его надежность.

  • -во многих файловых системах существуют служебные данные, которые не относятся к файлам, и следовательно, не могут кэшироваться. Поэтому в таких случаях наряду с кэшем на основе виртуальной памяти применяется и традиционный дисковый кэш.

Вопрос 56

Избыточные дисковые подсистемы RAID.

Redundant Array of Inexpensive Disks, избыточный массив недорогих дисков

RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) – класс устройств ввода-вывода, представляющих массив дисков с избыточностью. Используется для увеличения производительности и надежности дисковых операций.

RAID-массив может быть создан на базе нескольких дисковых устройств, управляемых обычными контроллерами, в этом случае в операционной системе должен быть установлен специальный драйвер. Может быть вариант реализации технологии RAID с использованием исключительно аппаратных средств. Для этого в системе устанавливается RAID-контроллер для управления массивом дисков. В любом случае весь набор дисков выглядит с точки зрения операционной системы как один большой дисковой накопитель.

В RAID 0 общий для дискового устройства контроллер при выполнении операции записи расщепляет данные на блоки и передает их параллельно на все диски, при этом первый блок данных записывается на первый диск, второй – на второй и т. д. по кругу.

RAID 1 называется зеркальным набором. Логическое устройство в этом случае образуется на основе одной или нескольких пар дисков, в которых один диск является основным, а другой (зеркальный) дублирует информацию, находящуюся на основном диске. При записи информация поступает на оба диска одновременно. При чтении может использоваться любая копия.

RAID 2 расщепляет данные побитно: первый бит записывается на первый диск, второй – на второй и т. д. Отказоустойчивость реализуется путем использования для кодирования отказоустойчивого кода Хемминга, который обеспечивает исправление однократных ошибок и обнаружение двукратных ошибок. Избыточность обеспечивается за счет нескольких дополнительных дисков для хранения кодов коррекции ошибок.

В RAID 3 для каждого слова данных подсчитывается один байт четности, записываемый на отдельный диск. Диск четности является резервным. Если какой-либо диск выходит из строя, то данные с остальных дисков плюс данные о четности резервного диска позволяют не только определить, какой из дисков вышел из строя, но и восстановить утраченную информацию.

Организация RAID 4 аналогична RAID 3, расщепляются на дисках не побайтно, а блоками. Для хранения контрольной информации также используется один дополнительный диск. Если любой из дисков выйдет из строя, потерянные байты могут быть восстановлены при помощи той же операции сложения по модулю два.

В RAID 5 биты четности равномерно распределены по всем дискам. Восстановление вышедшего из строя диска в этом случае аналогично RAID 4.

RAID 10 представляет собой комбинированный способ при котором данные расщепляются (RAID 0) и зеркально копируются (RAID 1) без вычисления контрольных сумм.

1