Блог старого компьютера

Блог старого компьютера


Главная О железе 2002 года О RAID — массивах.

О RAID — массивах.

07.10.2011 09:50 Администратор О железе 2002 года
Печать PDF
     Проанализировав темпы роста производительности различных устройств использующихся в персональных компьютерах, можно прийти к неутешительному выводу — по сравнению с видеоадаптерами или процессорами скорость работы дисковой подсистемы растет крайне медленно. Это обусловлено физическими ограничениями не позволяющими радикально увеличивать плотность записи и скорость вращения диска без применения новых специальных технологий, весьма сложных и далеко не дешевых.
     Естественно, пользователю, располагающему современным быстродействующим компьютером, хотелось бы избавиться от очередного "узкого места" системы и сократить до минимума время ожидания загрузки данных с диска.
  Принципы построения RAID
     Идея, заложенная в основу дисковых массивов, очень проста: для повышения быстродействия процесс чтения/записи на диск надо распараллелить — объем передаваемых данных, приходящийся на один диск, уменьшается, и суммарная скорость обмена повышается пропорционально числу используемых дисков. Если стоит задача обеспечения повышенной надежности хранения данных, то они хранятся в нескольких экземплярах на разных дисках, а обмен данными также происходит в параллельном режиме. Существует несколько стандартных вариантов организации (уровней) массива дисков, или так называемых уровней RAID.
       R*MM 0 (level 0) представляет собой дисковый массив без устойчивости к отказам — в случае выхода из строя одного диска вся информация будет утрачена. При использовании  массива этого типа данные непосредственно перед записью разбиваются на блоки какой режим называется striping) по числу дисков в массиве. Каждый такой блок запифсается на отдельный диск, и чтение также осуществляется поблочно со всех дисков сразу. f?4ID 0 позволяет производить одновременно несколько операций в вода-вывода, чем и обоняется его высокая производительность.
       В ^нестве достоинства этого уровня можно отметить высочайшую производительность, особою хорошо проявляющуюся при обработке серий запросов ввода-вывода, и невысокую стоимость реализации. Все дисковое пространство в таком массиве используется для хранения данных. Его главным недостатком является невысокая отказоустойчивость — при увеличении количества дисков повышается вероятность выхода одного из них из строя и, следовательно, потери да      
    RAID 1 (level 1). Массив дисков с дублированием (mirroring). Это самый простой способ повышения надежности хранения данных — используется, как минимум, два диска, на которых хранится абсолютно идентичная информация. Получается что-то вроде автомат* ческого резервного копирования без дополнительных затрат времени. В случае отказа одного из дисков все данные остаются доступными, так как второй диск продолжает работать. Достаточно просто заменить вышедший из строя диск, и система возвращается в свое прежнее состояние. Основное достоинство RAID 1 заключается в простоте реализации и восстановления после сбоя. Недостатки этого решения очевидны: высокая избыточность, невысокая скорость операций по передаче данных.
     RAID 2 (level 2). Этот уровень представляет собой более сложно организованный дисковый массив, называемый отказоустойчивым массивом с использованием кода ЕСС применяющегося не только здесь, но и, к примеру, в микросхемах оперативной памяти и системах телетекста. Естественно, для повышения надежности необходима избыточность кодирования, но, в отличие от уровня 1, данные в таких массивах не дублируются. Проблема решается по-другому: на специально выделяемых для этой цели дисках хранится код ЕСС, позволяющий исправлять одиночные ошибки и обнаруживать (без возможности коррекции) двойные. Достоинствами этого уровня являются быстрое автоматическое исправление ошибок, высокая скорость передачи данных и не очень сложная реализация решения. Недостаток — потребность в дополнительных дисках для хранения кода ЕСС, он особенно проявляется при небольшом количестве дисков с данными. Кроме того, невысока скорость обработки запросов, что связано с необходимостью вычисления и записи/считывания кода ЕСС.
      RAID 3 (level 3). Это тоже отказоустойчивый дисковый массив с параллельной передачей данных, однако для коррекции ошибок используется механизм четности, информация о которой записывается на отдельный диск. Сами данные при записи разбиваются на подблоки по байтам, и запись производится параллельно на все диски массива, кроме того, на котором хранится четность. При использовании RAID 3 избыточность по сравнению с RAID 2 сокращается. Правда, информация о четности не позволяет определить, какой именно диск неисправен (код ЕСС в RAID 2 дает такую возможность), но это чаще всего и не нужно — факт отказа диска устанавливается контроллером. Третий уровень RAID обладает преимуществами второго и к тому же требует меньших расходов на дополнительные диски для хранения кода коррекции ошибок. Как недостатки этого решения можно расценивать относительную сложность его реализации и, как и для уровня 2, невысокую производительность при интенсивном выполнении транзакций.
      RAID 4 (level 4). Так же, как и RAID 3, это отказоустойчивый массив дисков со специально выделенным диском четности. Принцип организации и работы полностью аналогичен предыдущему, за исключением того, что данные распределяются между дисками на уровне блоков. Каждый такой блок записывается на отдельный диск, и, следовательно, его чтение может быть произведено отдельно. Четность вычисляется не для байтов (или битов), а для блоков данных, вычисление производится при записи, проверка осуществляется при обращении к блокам. RAID 4 обладает более высокой, чем RAID 3, производительностью благодаря параллельной передаче данных — возможно выполнение нескольких операций чтения или записи одновременно. В результате RAID 4 обеспечивает очень высокую производительность, особенно при чтении больших объемов информации, сохраняя при этом все достоинства и недостатки уровня 3.
      RAID 5 (level 5). Представляет собой массив дисков с распределенной четностью, устойчивый к отказам. В отличие от предыдущих уровней информация о четности не хранится на отдельном диске, а равномерно (циклически, то есть поочередно по блокам) распределяется то всем дискам, входящим в массив. Выгодой от хранения четности «вперемешку» с данными является увеличение количества одновременно обрабатываемых запросов на чтение запись. Если система правильно сконфигурирована, то максимальное количество одно* временно выполняемых транзакций достигает половины количества дисков в массиве. За это удовольствие приходится платить — скорость считывания информации ниже, чем у RAI0 4, да «г сложность реализации и восстановления данных после сбоя более высокая.
      (level 6). Полностью аналогичен уровню 5, но используются две независимые схемы нетности. Информация о четности блоков (для обеих схем) также распределяется по всем дискам массива, устойчивость к отказам повышается, возможна коррекция не одной как в предыдущих уровнях, а двух ошибок. Реализация уровня б очень сложна, избыточность кодирования вдвое больше, чем у RAID 5, а скорость записи ниже.      Такова цена большей надежности, однако скорость обработки запросов остается достаточно высокой.
¦ вышеперечисленных основных уровней необходимо упомянуть еще несколько применяемых на практике реализации RAID. Уровень RAID 7 представляет собой отказоустойчивый массив дисков, специальным образом оптимизированный для повышения производительности. RAID 7 является зарегистрированной торговой маркой фирмы Storage Computer Corporation (SCC), которая разрабатывает высокопроизводительные контроллеры интерфейс используемых дисков — SCSI) на базе этой технологии.
     Практически все современные контроллеры RAID поддерживают не только стандартные вни RAID, но и некоторые их комбинации. Благодаря этому создаются системы, которые ЯКдают преимуществами сразу двух стандартных уровней. Кроме того, реализация комби» ированных уровней позволяет эффективнее организовать работу массивов, состоящих из большого числа дисков. Как правило, применяются комбинации нулевого уровня RAID striping) и какого-либо уровня с высокой отказоустойчивостью.
     RAID 1/0. Представляет собой массив RAID 0, составляющими которого служат не отдельные диски, а массивы RAID 1. Это решение объединяет в себе высочайшие отказоустойчивость и производительность. Что касается его недостатков, то это высокая стоимость и ограниченная масштабируемость.
     RAID 3/0. Это отказоустойчивый массив с параллельной организацией передачи данных и повышенной, по сравнению с RAID 3 , производительностью. По сути RAID 3/0 представляет собой массив RAID 0, элементами которого являются массивы RAID 3. Он обладает высокими отказоустойчивостью и производительностью. Основным достоинством такой комбинации является высокая скорость передачи больших объемов данных, однако стоимость этого решения также высока, а масштабируемость ограничена.
     RAID 5/0. Отказоустойчивый дисковый массив с распределенной по всем дискам четностью и высокой производительностью (массив RAID О, а его составные части — массивы RAID 5). Комбинация объединяет в себе отказоустойчивость (коррекция одной ошибки) и высокую производительность при выполнении большого потока запросов. Скорость передачи данных очень высокая. Недостатками, как и у всех остальных комбинированных уровней, являются сложность при масштабировании и высокая стоимость.
  IDE RAID - за и против      Ранее наиболее широко были распространены RAID -контроллеры с интерфейсом SCSI, но с 2000 г. появились продукты с интерфейсом IDE, о которых и пойдет речь далее. В этом году несколько производителей представили материнские платы с интегрированными контроллерами IDE RAID. Такие платы имеют по два канала IDE, позволяющих подключать до четырех дисков. Встроенные RAID-контроллеры реализуют только ну левой и первый уровни RAID. Предусмотрена также возможность использования преимуществ обоих уровней одновременно — два диска работают в режиме чередования блоков, а на двух других хранится копия данных. Однако такой вариант довольно нерационален для персонального компьютера. Вообще, для рядового пользователя вполне достаточно надежности современных жестких дисков, поэтому самой привлекательной является возможность «сложить» объемы двух дисков и при этом получить двукратный выигрыш в скорости. Правда, есть ограничение, распространяющееся на оба случая — и на режим striping, и на mirroring. Желательно использовать одинаковые диски или, по крайней мере, диски одинакового объема. В противном случае происходит выравнивание — на большем диске задействуется только часть, равная объему меньшего. Поэтому в целях экономии дискового пространства для работы в паре среди имеющихся дисков надо выбирать примерно равные по емкости и быстродействию, результирующая скорость также зависит от скорости самого медленного диска.
       Для использования уровня RAID О (striping) диски должны быть подключены к разным каналам г,ри реализации первого уровня (mirroring) более эффективное решение — разместить coi диска на одном канале (но можно и на разных). Процесс создания дискового массива достаточно прост, но есть несколько особенностей! на которые следует обратить внимани? Во-первых, необходимо воспользоваться средством настройки RAID, хранящимся в ПЗУ a материнской плате. При создании нового массива нужно выбрать используемые в нем диски и уровень RAID, а также, если других дисков в системе не будет, указать загрузочный диск. Во-вторых,следует учесть,что в случае выбора режима striping вся информация на обоих дисках будет утрачена, а получившийся «большой диск» будет нуждаться в форматировании. При выборе режима mirroring содержимое первого диска будет скопировано на второй (информация со второго диска не сохранится), причем этот процесс отнимет довольно много времени. После того как массив создан и диск отформатирован, можно обра шщт о ним так же, как с обычным жестким диском. При работе в DOS никакого драйвер! на потребуется, драйверы RAID-контроллеров для Windows поставляются с платами и быс* тро устанавливаются без всякой дополнительной настройки.
Каков же результат?
На первый взгляд ничего не меняется, однако система начинает работать ощутимо быстрее (это наблюдение касается только режима airi ping, в режиме mirroring никаких изменений, кроме того, что одним диском стало меньше, замечено не было). По результатам тестов видно, что производительность машины существенно возрастает, особенно скорость передачи данных. Подводя итоги можно сказать, что установка материнской платы с интегрированным IDE RAID-контроллером если не лучший, то, по крайней мера, очень хороший способ существенно увеличить скорость работы подсистемы хранения данных. Использовать RAID для повышения надежности хранения данных на персональном компьютере в наших условиях представляется нецелесообразным, разве что в очень редких случаях.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Поиск

Голосование

Что Вы думаете на счет битрикса?
 

Все материалы раздела