38. Обеспечение достоверности хранения данных на дисковых накопителях с помощью массивов raid.

Стр 183-187

Основным средством хранения информации с оперативным досту­пом к ней являются жесткие магнитные диски. В высокопроизводительных компьютерах поток запросов к информации на дисках является большим. При этом к некоторым областям памяти интенсивность потока обращений может оказаться очень высоким.

В большинстве систем 80% обращений происходит примерно только к 20% от всего пространства памяти на жестком диске. Если область интенсивного обращения располагается на одном диске, то возникает большая очередь и производительность работы НМД снизится. Объясняется это тем, что последовательные запросы не будут обслуживаться до оконча­ния процедуры подвода головки при поиске нужного сектора.

Для увеличения производительности НМД и, следовательно, уменьшения времени доступа при обращении к нему потока запросов можно размес­тить области памяти с интенсивным обращением к ним на нескольких жест­ких дисках. При этом интенсивную область можно будет разместить не­скольким и массивами на всех накопителях, а также задублировать их.

Несколько жестких дисков, объединенных общим интеллектуальным контроллером, получили название массивы RAID (Redundant Arrays of In­expensive Disks). В массивах RAID данные могут частично или полностью дублироваться. Основные концепции такой системы внешней памяти мож­но выразить так:

1. Набор физических дисков представляет для пользователя единый виртуальный диск большой емкости.

2. Информация распределена по всем дискам.

3. Избыточная информация, распределенная по дискам, обеспечива­ет продолжение работы при отказе одного или нескольких дисков, а также восстановление потерянных в одном из дисков данных.

При одновременном обмене данными с несколькими дисками скорость передачи данных от накопителя в оперативную па­мять можно увеличить до нескольких сотен Мбайт/с, при этом средства диагностики, обнаружившие отказавший диск по­зволяет заменить его, не останавливая работу (компьютера), вычислитель­ной системы.

Данные преимущества определяют область использования массивов RAID - это, в основном, файл-серверы и рабочие станции.

По способу организации избыточности информации и коррекции ошибок массивы RAID можно разделить на несколько типов (модифика­ций). Для их сравнения и оценки эффективности представим виртуальный диск в виде сегментов фиксированной длины, обозначив их буквами А, В, С, D, Е, ....

1) Модифика­ция RAID-0 изображена на рис.1.а. - данная модификация не предусматривает дублирование информа­ции, поэтому в случае отказа одного их дисков восстановление информа­ции невозможно. Такая система внешней памяти обеспечивает лишь уве­личение производительности считывания информации.

2) Модификация RAID-1 поясняется схематично на рис.1.б. Она обес­печивает дублирование всех сегментов на двух дисках, все сегменты раз­мещаются на одинаковых позициях обоих дисков. Такое размещение по­вышает надежность хранения данных. Однако не решает проблему раз­грузки областей с интенсивным обращением к ним.

3) Модификация RAID-3 предполагает наличие 4-х дисков, как показа­но на рис.6.12.2.

На дисках 1, 2, 3 информация размещается в соответствии с модифи­кацией RAID-0: сегмент А размещается в начале первого диска, сегмент В - в начале второго, сегмент С - третьего. На диске 4 размещаются избыточные, дублирующие сегменты чет­ности, которые содержат суммы по mod 2 соответствующих сегментов дисков 1-3.

При потере данных в одном из трех дисков, можно восстановить их на нем по данным четвертого и остальных исправных дисков.

Таким образом, модификация RAID-3 позволяет, как и RA3D-0 уве­личить скорость считывания информации, т.к. одновременно можно счи­тывать данные с дисков 1, 2, 3. Дублирование данных на диске 4 позволяет восстановить потерянные данные в одном из дисков 1, 2, 3.

Отказ в работе одного из дисковых накопителей, входящего в массив RAID-3, не вызовет потерю хранимых данных. Эти качества ориентируют RAID-3 на применение в серверах и рабочих станциях для графических и визуальных приложений.

4) Модификация RAID-4 предусматривает вместо одного избыточного диска несколько. На них формируется не сумма по mod 2, а код Хэмминга комбинаций битов из сегментов. Для 8 битовой информационной комби­нации требуется 4 контрольные разряда. Если хранение основных данных выполняется на 3-х дисках, то для формирования контрольных разрядов кода Хэмминга требуется еще два диска. На них записывается избыточная информация.

В данной модификации избыточность будет большой. Однако, она позволит, несмотря на дороговизну, более надежно хранить данные.

5) Модификация RAID-5 также предусматривает контрольные числа, формируемые суммированием по mod 2. Однако, сегменты с контрольны­ми числам и распределены на всех дисках, как показано на рис.6.12.3.

Первые сегменты четырех дисков содержат массивы как и в модифи­кации RAID-3.

Контрольные числа для сегментов D + Е + F размещаются на 3-м диске. Контрольные числа для сегментов G +Н +I находятся на 2-м дис­ке, и т.д.

6) Модификация RAID-6 в отличие от RAID-5 содержит два избыточ­ных диска, работающих параллельно. Поэтому надежность таких массивов наиболее высокая. Наработка на отказ для массивов RAID-3 и RAID-5 составляет 47*10⁶ ч, а для массива RAID-6 составляет 6*10⁹ч.

Массивы RAID конструктивно оформляются в одном корпусе. При этом на каждой поверхности дисковых пластин работают одновременно по 2 головки. Это обеспечивает удвоение скорости передачи данных с дисков.

КЭШ-контроллеры с памятью обеспечивают еще более производи­тельность работы жестких дисков. Емкость таких накопителей может дос­тигать сотни Гб. Они обеспечивают наиболее низкую стоимость хранения данных в расчете на 1 МБ.