4.5.2. Відмовостійкість дискової підсистеми
Відмовостійкість – здатність обійтися без втрати даних та не впливати на процес роботи при таких катастрофічних подіях як апаратна відмова обладнання. В повністю відмовостійких АС застосовуються відмовостійкі масиви дисків, що дозволяють запобігти втраті даних. Однією з технологій, що надає можливість створити такі масиви дисків є RAID. Насправді ця абревіатура розшифровується як Redundant Array Independent Disks — надмірний масив незалежних дисків. Спочатку RAID розшифровувався як Redundant Array Inexpensive Disks — надмірний масив недорогих дисків. Під недорогими малися на увазі диски, призначені для використання в ПК, — на противагу дорогим дискам для мейнфреймів. Але оскільки в RAID-масивах стали використовувати SCSI-вінчестери, які істотно дорожче за вживаних в більшості комп'ютери дисків IDE, слово "недорогої" було замінено на "незалежний" Вперше термін RAID з'явився в 1987 році, коли дослідникам з Каліфорнійського Університету в Берклі вдалося створити діючий масив з декількох жорстких дисків. Першочерговим призначенням RAID було створення на базі декількох носіїв середньої ємності логічного диска великого обсягу із збільшеною швидкістю доступу. Але до цих двох характеристик згодом додалась третя – збереження даних у разі часткової відмови обладнання. Саме ці три ознаки зробили RAID-масиви такими актуальними. Однак, за об'єм, швидкість і надійність довелося платити підвищенням вартості і складності систем зберігання даних.
Відмовостійкий RAID можна реалізувати апаратно або програмно. Вибираючи між апаратною і програмною реалізацією RAID, слід врахувати, що:
Апаратна реалізація, як правило, забезпечує більшу швидкість при операціях вводу/виводу у порівнянні з програмною;
Апаратні RAID можуть підтримувати «гарячу» заміну жорстких дисків (несправний жорсткий диск можна замінити без виключення комп’ютера) і «гаряче» резервування (автоматичне підключення запасного диску)
З огляду на вищесказане детального розгляду заслуговують саме апаратні RAID системи. Крім того, можна стверджувати, що використання апаратних реалізацій RAID-масивів вирішує задачу оптимального (з точки зору надійності і продуктивності) розподілу даних по декільком дисковим накопичувачам. Всього існує 8 базових типів RAID систем, які розрізняють за рівнями:
Рівень 0. В даному випадку декілька дисків представляються як один віртуальний диск. Захист від збоїв на даному рівні ніяк не забезпечується.
Рівень 1. Реалізується зеркалювання – ідентичні дані зберігаються на декількох (зазвичай на двох) дисках. Даний варіант забезпечує надійний захист від збоїв носія, проте є надзвичайно неефективним.
Рівень 2 Біти даних по черзі розміщуються на різних дисках; є виділені диски, що містять контрольні суми. Для контролю помилок використовується код Хеммінга. На практиці даний рівень використовується украй рідко.
Рівні 3,4 фрагменти даних записуються на різні диски, біти парності – на виділені диски.
Рівень 5 Дані і контрольні суми розподіляються по всіх дисках. Перевага даного підходу полягає в тому, що можливе одночасне виконання декількох операцій читання або запису, що значно підвищує загальну продуктивність системи.
Рівень 6 Відмовостійкий масив незалежних дисків з двома незалежними розподіленими схемами парності (Independent Data Disks with Two Independent Distributed Parity Schemes)
Рівень 7 Відмовостійкий масив, оптимізований для підвищення продуктивності (Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates)4.5.2.1. Теоретичні засади RAID технології
В основі теорії RAID лежать п'ять основних принципів.: Масив (Array), Зеркалювання (Mirroring), Дуплекс (Duplexing), Почерговий запис (Striping) і Парність (Parity). Внаслідок недосконалості на даний момент часу української термінології слід звертати увагу на англомовні оригінальні терміни.
Масивом називають декілька накопичувачів, які централізовано конфігуруються, форматуються і керуються. Логічний масив – це вже більш високий рівень представлення, на якому не враховуються фізичні характеристики системи. Відповідно, логічні диски можуть по кількості і об'єму не співпадати з фізичними. Зрештою, для операційної системи взагалі весь масив є одним великим диском.
Зеркалювання – технологія, що дозволяє підвищити надійність системи. В RAID масиві із зеркалюванням всі дані одночасно пишуться не на один, а на два жорсткі диски, що проілюстровано на мал.4.5.2.1.1. Тобто створюється «дзеркало» даних. При виході з ладу одного з дисків вся інформація залишається збереженою на другому. За такий стовідсотковий захист доводиться платити стовідсотковою надлишковістю: з двох фізичних носіїв по 100GB доступними будуть лише 100 GB.
