План лекції

Лекція №4.1

ТЕМА 4. ВНУТРІШНЯ ПЕРИФЕРІЯ.

“Внутрішня пам'ять”

1. Принципи роботи пам'яті

2. SRAM – статична пам'ять

3. RAM – пам'ять з довільним доступом

4. ROM – постійна пам'ять(для читання)

5. NVRAM – енергонезалежна з довільним доступом

6. DRAM – динамічна пам'ять

У будь-якого фізичного пристрою збереження даних є межі можливостей, обумовлені сучасними технологічними досягненнями і прийнятною ціною. У ряді випадків потрібні пристрої збереження даних з «позамежними» параметрами:ємністю сховища, що перевищує ємність фізичного пристрою зберігання;тривалої швидкістю передачі даних, що перевищує внутрішню швидкість передачі пристрою;надійністю, що перевищує надійність фізичного пристрою.

Такий видатний пристрій можна одержати за рахунок надмірності — рівнобіжного використання безлічі звичайних пристроїв. Стосовно до дискових пристроїв застосовують термін RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks — надлишковий масив недорогих дисків). Ідея полягає в підключенні групи звичайних, як правило, однотипних, дисків до RAID-контролера — пристроєві, що для хост-компьютера цей масив представляє як один віртуальний диск із поліпшеними властивостями. Поліпшення стосуються перерахованих вище параметрів у різних сполученнях, хоча якимись параметрами іноді приходиться жертвувати. Аналогічні масиви застосовуються і для стрічкових пристроїв збереження, але називаються вони RAIT (Redundant Array of Inexpensive Tapes — надлишковий масив недорогих стрічкових пристроїв збереження).

У залежності від алгоритму представлення диска розрізняють наступні схеми (типи, рівні) RAID:

♦ RAID 0 — дисковий масив без надмірності й отказоустойчивости, найпростіший засіб підвищення продуктивності і збільшення обсягу.
Віртуальний диск розбивається на зони, або смуги (strips), що дорівнює­ розмірно розподіляються по всіх дисках масиву. Розмір зон кратний розмірові сек­тора диска. При звертаннях хоста до великого блоку даних, які займають кілька зон, RAID-контролер посилає запити одночасно до дескількох дисків — звертання реальне распараллеливаются, що підвищує продуктивність як по читанню, так і по записі. Для коротких запитів виграшу у швидкості немає. Простір усіх дисків використовується повністю (надмірності немає). Відмовлення будь-якого диска приводить до відмовлення усього масива, надійність віртуального диска нижче, ніж в одного великого пристрою, оскільки імовірність відмовлення хоча б одного з дисків вище, ніж імовірність відмовлення кожного з них окремо.

♦ RAID 1 — дзеркальне відображення (mirroring). Два (або більш) диски дублюють один одного. Запис інформації виконується одночасно на всі диски, читання — з будь-якого вільного, у результаті чого продуктивність читання підвищується. Відмовлення одного диска приводить тільки до зниження швидкості читання. Диск, що відмовив, може бути замінений, і для введення його в дію потрібне просте копіювання даних з диска, що залишився. Ефективність використання простору дисків низька (при двох дисках ефективний обсяг складає лише половину їхній сумарного, при більшому числі — і того менше). Надійність віртуального диска тим вище, чим більше дисків у масиві, і вона перевищує надійність одиночного диска.

♦ RAID 2 — надлишковий масив, у якому біти даних розподіляються по
декількох дисках і ще кілька дисків несуть перевірочні коди Хемінга (ЕСС). Перевірочні коди дозволяють виправляти бітові помилки, що виникають при відмовленні одного з дисків. Відмовлення фізичного пристрою не приводить до відмовлення віртуального диска. Для одержання високої продуктивності диски в масиві повинні бути синхронізовані по позиционированию голівок і по обертанню шпинделів, оскільки дані записуються паралельно відразу на всі диски. Надійність нижче, ніж у RAID 1, але і надмірність менше. Ефективність коду Хэмминга (надмірність, якя забес печує виправлення) залежить від числа інформаційних битов: вигод­і більш довгі слова, тобто масиви з великим числом дисків.

♦ RAID 3 — надлишковий масив, що відрізняється від RAID 2 тим, що замість кодів Хэмминга (трохи додаткових битов і, відповідно, дисків) використовується лишь біт парності (1 диск). Оскільки відмовлення (помилка читання) кожного диска визначається його убудованим контролером, RAID-контролер «бачить» помилковий диск і його біт обчислює через біт парності. Це і дозволяє відмовитися від коду Хэмминга, за допомогою якого обчислююється і позиція помилкового біта, і його значення. Продуктивність, отка­зоустойчивость і ефективність використання простору досить ви­сокі, але для досягнення високої швидкості потрібна синхронізація притроєв.

♦ RAID 4 — надлишковий масив, у ньому дані розбиті на зони, розмір яких кратний розмірові сектора (як у RAID 0), і додатково виділений диск для розміщення зони парності для всіх зон даних. У випадку відмовлення кожного з дисків його дані відновлюються за допомогою зон парності і відповідних зон даних на «живих» дисках. Програмна реалізація доволі складна. Короткі запити запису обслуговуються повільно: зміна одного сектора (зони) вимагає читання відповідного сектора (зони) на всіх дисках даних для того, щоб обчислити і записати нове значення зони парності. Можлива оптимізація запису, при якій обчислюється зраді­ние значення парності на основі стара і нова даних змінюваного сек­тора даних.

♦ RAID 5 — розподіл і чергування даних і парності по дисках, але
для бітів парності не виділяється спеціальний диск (біти парності розподіляються по всіх дисках по колу). Забезпечує більш високу швидкість запису, чим RAID 4. У випадку відмовлення одного диска загублені дані восстановими, але не так швидко і просто, як у RAID 4.

♦ RAID 6 — більш складна схема, стійка навіть до подвійних відмовлень (але за рахунок більш низької продуктивності).

Можливі і більш складні масиви, у яких використовуються двоступінчасті комбінації даних рівнів:

♦ RAID 10 — масив RAID 0, зібраний з пар дзеркальних дисків (RAID 1).
Забезпечує високу швидкість і надійність, але ціною великий избиточ­
ности.

♦ RAID 30 — масив RAID 0, зібраний із блоків RAID 3.

♦ RAID 50 — масив RAID 0, зібраний із блоків RAID 5. Забезпечує від­
казоустойчивость і високу продуктивність.

Для організації ефективних схем масивів RAID потрібне значна кількість дисків. Так, наприклад, RAID 10 вимагає не менш 4 дисків, що для настільних комп'ютерів не завжди прийнятно. Фірма Intel у своїх «настільних» чипсетах i925X/915 застосовує технологію Matrix Storage, що дозволяє усього на парі дисків SATA організовувати пари незалежних масивів RAID: RAID 0 (striping) для підвищення швидкості і RAID I (mirroring) для підвищення надійності. При цьому диски, фактично, використовуються вроздріб (що характерно і для «великих» RAID-контролерів на SCSI-дисках),

Як інтерфейс підключення фізичних пристроїв найчастіше фігурує інтерфейс SCSI, що забезпечує підключення великого числа пристроїв і високу ефективність використання шини. Ще кращі результати дає застосування послідовного інтерфейсу SCSI (SAS), оскільки він забезпечує можливість фізично одночасних обмінів з декількома пристроями. Є і RAID-контролери з інтерфейсом АТА, але вони менш ефективні. Послідовний інтерфейс SATA ефективніше свого рівнобіжного попередника, однак він уступає SAS по сумарній продуктивності масиву. Застосування мультиплексоров SATA дозволяє збільшити число фізичних пристроїв, використовуваних у масиві, але не підвищити пропускну здатність.

Функції RAID можуть бути реалізовані і програмно, засобами ОС комп'ютера (наприклад, ці функції підтримуються в Windows NT/XP/2000). При цьому як інтерфейси дисків застосовують інтерфейси існуючих контролерів (переважно SCSI, але використовують і АТА). Програмний масив RAID цілком справляється зі збільшенням обсягу і підвищенням надійності, але для підвищення швидкості потрібно велика обчислювальна потужність процесора.

Масив RAID для операційної системи хоста виглядає як один логічний пристрій збереження. Однак на відміну від звичайного пристрою, готового до використання відразу після підключення, масив RAID вимагає попереднього конфигурирования й обслуговування за допомогою спеціальних утиліт. У випадку зовнішніх RAID-контролерів конфигурирование й обслуговування можуть виконуватися і з автономного пульта керування масивом. Помітимо, що архітектура SCSI дозволяє використовувати також ієрархічну адресацію і через один SCSI-пристрій, підключений до хосту, звертатися до підлеглих йому логічному пристроєві.

Дата добавления: 2014-01-04