Лекция 16. Интерфейс RAID. Компакт-диски CD-ROM

Интерфейс RAID (от Redundant Array of Inexpensive Disks — избыточный массив недорогих дисков, позднее возникла трактовка Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых дисков), по сути, относится не к дис­кам, а к контроллеру, управляющему группой дисков. Компьютер комплектуется группой обычно SCSI-дисков, которые подсоединяются к RAID-контроллеру. Он обеспечивает восприятие операционной системой группы дисков как одного диска очень большой емкости— как диска типа SLED (от Single Large Expensive Disk — одиночный большой дорогой диск). Один контроллер RAID может управ­лять группой, содержащей до 16 дисков SCSI. Основное преимущество интер­фейса RAID— возможность осуществления параллельного обмена со всеми дис­ками массива.

Существует несколько способов размещения данных на RAID дисках, которые обеспечивают, с одной стороны, высокую скорость передачи данных, а с другой — высокую надежность их хранения. Эти способы принято называть типами, или уровнями, RAID. По сути дела, многие из этих способов воспроизводят на уров­не жестких дисков приемы, использованные для повышения эффективности оперативной памяти.

Рассмотрим особенности некоторых вариантов организации RAID-массивов. Нулевой тип (нулевой уровень) массива RAID аналогичен обсуждавшемуся ра­нее расслоению оперативной памяти (см. 7.4.1). На жестких дисках выделяются зоны, которые можно рассматривать как аналоги блоков оперативной памяти в механизме расслоения. Каждая зона включает некоторое количество секторов диска. Количество зон на диске и секторов в одной зоне может изменяться в ши­роких пределах и подбирается программным обеспечением, исходя из скорости передачи, объема дисков, количества дисков в массиве и т.д. На рис. 12.3 изобра­жен массив из четырех дисков, на которых организовано 16 зон.

Рис. 12.3. Массив дисков RAID нулевого типа

Каждая следующая зона располагается на следующем диске массива. Вся сово­купность зон образует кольцо, то есть после записи последней зоны происходит возврат к первой. Такое распределение зон по нескольким дискам называется разметкой. Записываемый на диски поток байтов (или слов) направляется в раз­ные зоны: первый байт (слово) записывается в первую зону, второй байт (сло­во) — во вторую и т. д. Это позволяет организовать параллельный высокоскоро­стной обмен с дисками группы. Но надежность всей системы дисков ниже, чем при использовании одного диска. В самом деле, вероятность выхода из строя од­ного из, скажем, четырех дисков в четыре раза выше, чем вероятность выхода из строя единичного диска. А при выбранной схеме разметки выход из строя любо­го из дисков означает, что все данные будут потеряны.

В массиве RAID первого типа все диски массива делятся на основные и дубли­рующие. Каждый основной диск массива имеет один дублирующий (рис. 12.4). Запись информации как в группу основных, так и в группу дублирующих произ­водится по тому же принципу, что и для массива дисков нулевого уровня, — по разнесенным между дисками зонам. Но каждая зона записывается дважды: один раз на основной диск, а второй — на дублирующий. При этом запись зоны на дублирующий диск производится одновременно с ее записью на основной диск. Поэтому скорость передачи данных при записи такая же, как в обычном режиме. Но чтение может производиться с любого экземпляра диска, как основного, так и дублирующего. Так как обмен со всеми дисками может производиться одновременно, может быть получен выигрыш в скорости чтения в два раза.

Добавим, что эта схема имеет высокую отказоустойчивость, поскольку возможно полное восстановление информации с уцелевшего экземпляра диска.

Рис. 12.4. Массив дисков RAID первого типа

В массиве RAID второго типа запись на диски производится не зонами, а полу­байтами, байтами или словами, к которым добавляется необходимое количество контрольных разрядов кода Хемминга (см. 2.6), обеспечивающих необходимый уровень надежности записи данных. На рис. 12.5 показано, как к четырем битам полубайта добавляется три контрольных разряда кода Хемминга и каждый бит записывается на отдельный диск массива. Второй тип массива RAID, так же как и первый, обеспечивает высокую надежность, поскольку выход из строя любого диска не нарушает целостности информации. Но, в отличие от массива первого типа, накладные расходы гораздо меньше, так как полное дублирование требует большего количества дисков, чем включение в код контрольных битов. В то же время метод требует высокой синхронизации дисков и высокопроизводительно­го контроллера.

Рис. 12.5. Массив дисков RAID второго типа

В практике построения дисковых массивов RAID применяется несколько десят­ков увеличивающих скорость обмена и/или надежность хранения способов, яв­ляющихся модификациями и улучшениями описанных ранее.

Современный жесткий диск может комплектоваться собственным кэшем, объем которого доходит до 2 Мбайт. Роль кэша у жесткого диска полностью аналопич-на роли кэша оперативной памяти.

Форм-фактор диска описывает его геометрические размеры и форму. В настоя­щее время используются преимущественно трц форм-фактора: стандартные (для настольных систем), для переносных компьютеров и для дисков типа Micro Drive.

Наиболее известными фирмами-производителями жестких дисков в настоящее время являются IBM, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

12.2. Оптические диски

Оптические диски, так же как и гибкие диски, относятся к группе сменных носи­телей информации. Первые диски имели диаметр 30 см и использовались для хранения копий кинофильмов. В 1980 г. компаниями Philips и Sony были разра­ботаны оптические диски меньшего диаметра. Они получили название CD (от Compact Disc — компактные, то есть небольшие диски). Немного позже был утвержден сохраняющийся до сих пор стандарт IS 10149 технических характе­ристик компакт-дисков. В частности, они должны иметь диаметр 117 мм, толщи­ну 1,2 мм и диаметр центрального отверстия 15 мм. Предполагается, что ком­пакт-диски смогут сохранять записанную на них информацию в течение 100 лет.

Дата добавления: 2014-01-20