КР Трубицын ИУ 5-93 (954216), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рис. 2. Массив с независимым доступом

Различают следующие уровни RAID:

• RAID 0 (striping – «чередование» ) – дисковый массив из двух или более жёстких дисков с отсутствием резервирования. Информация разбивается на блоки данных (A_i) и записывается на оба/несколько дисков одновременно.

(+): За счёт этого существенно повышается производительность (от количества дисков зависит кратность увеличения производительности).

(-): Надёжность RAID 0 заведомо ниже надёжности любого из дисков в отдельности и падает с увеличением количества входящих в RAID 0 дисков, т. к. отказ любого из дисков приводит к неработоспособности всего массива.

• RAID 1 (mirroring — «зеркалирование» ).
  (+): Обеспечивает приемлемую скорость записи и выигрыш по скорости чтения при распараллеливании запросов.
  (+): Имеет высокую надёжность — работает до тех пор, пока функционирует хотя бы один диск в массиве. Вероятность выхода из строя сразу двух дисков равна произведению вероятностей отказа каждого диска.
  (-): Недостаток заключается в том, что приходится выплачивать стоимость двух жёстких дисков, получая полезный объём одного жёсткого диска (классический случай, когда массив состоит из двух дисков).

• RAID 3

В массиве RAID 3 из n дисков данные разбиваются на блоки размером 1 байт и распределяются по n − 1 дискам. Ещё один диск используется для хранения блоков чётности.

Достоинства:

• высокая скорость чтения и записи данных;

• минимальное количество дисков для создания массива равно трём.

Недостатки:

• массив этого типа хорош только для однозадачной работы с большими файлами, так как время доступа к отдельному сектору, разбитому по дискам, равно максимальному из интервалов доступа к секторам каждого из дисков. Для блоков малого размера время доступа намного больше времени чтения.

• большая нагрузка на контрольный диск, и, как следствие, его надёжность сильно падает по сравнению с дисками, хранящими данные.

• RAID 5

Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, нет асимметричности конфигурации дисков. Под контрольными суммами подразумевается результат операции XOR (исключающее или). Xor обладает особенностью, которая применяется в RAID 5, которая даёт возможность заменить любой операнд результатом, и применив алгоритм xor, получить в результате недостающий операнд. Этот метод по сути обеспечивает отказоустойчивость 5 версии. Для хранения результата xor требуется всего 1 диск, размер которого равен размеру любого другого диска в raid.

(+): RAID5 получил широкое распространение, в первую очередь, благодаря своей экономичности. Объём дискового массива RAID5 рассчитывается по формуле (n-1)*hddsize, где n – число дисков в массиве, а hddsize – размер наименьшего диска. Например, для массива из 4-х дисков по 80 гигабайт общий объём будет (4 – 1) * 80 = 240 гигабайт.

(-): Производительность RAID 5 заметно ниже, в особенности на операциях типа Random Write (записи в произвольном порядке), при которых производительность падает на 10-25% от производительности RAID 1 (или RAID 10), так как требует большего количества операций с дисками (каждая операция записи сервера заменяется на контроллере RAID на три - одну операцию чтения и две операции записи). Недостатки RAID 5 проявляются при выходе из строя одного из дисков — весь том переходит в критический режим (degrade), все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность.

• RAID 6

RAID 6 имеет более высокую степень надёжности, чем RAID5 – под контрольные суммы выделяется ёмкость 2-х дисков, рассчитываются 2 суммы по разным алгоритмам. Требует более мощный RAID-контроллер. Обеспечивает работоспособность после одновременного выхода из строя двух дисков – защита от кратного отказа. Для организации массива требуется минимум 4 диска^[2]. Обычно использование RAID-6 вызывает примерно 10-15% падение производительности дисковой группы, по сравнению с аналогичными показателями RAID-5, что вызвано большим объёмом обработки для контроллера (необходимость рассчитывать вторую контрольную сумму, а также прочитывать и перезаписывать больше дисковых блоков при записи каждого блока).

• Комбинированные уровни

Помимо базовых уровней RAID 0 - RAID 5, описанных в стандарте, существуют комбинированные уровни RAID 1+0, RAID 3+0, RAID 5+0, RAID 1+5, которые различные производители интерпретируют каждый по-своему.

• RAID 1+0 — это сочетание зеркалирования и чередования (см. выше).

• RAID 5+0 — это чередование томов 5-го уровня.

• RAID 1+5 — RAID 5 из зеркалированных пар.

Комбинированные уровни наследуют как преимущества, так и недостатки своих «родителей»: появление чередования в уровне RAID 5+0 нисколько не добавляет ему надёжности, но зато положительно отражается на производительности. Уровень RAID 1+5, наверное, очень надёжный, но не самый быстрый и, к тому же, крайне неэкономичный: полезная ёмкость тома меньше половины суммарной ёмкости дисков.

Таблица 2. Сравнение стандартных уровней RAID

N — количество дисков в массиве, S — объём наименьшего диска.

PCI – шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

Таблица 3. Характеристики PCI-шин

Стандарт	Макс. корость, Мб/сек	Тактовая частота, МГц	Тип слота
PCI 1.x-2.0	132	33	32-бита, 5В
PCI 2.1-2.3 33MГц	132	33	32-бита, 5В
PCI 2.2-2.3 66MГц	264	66	32-бита, 3.3В
PCI64 33МГц (v 2.1)	264	33	64-бита, 5В
PCI64 33МГц (v 2.2)	264	33	64-бита, 3.3В
PCI64 66МГц	528	66	64 бита, 3.3В
PCI-X 1.0	1024	66,100,133	64 бита, 3.3В
PCI-X 1.0	4096	66,100,133, 266, 533	64 бита, 3.3В

Производительность шин определяется следующим образом:

V_PCI = L f,

где L – разрядность шины;

f – частота работы шины.

Например, V_PCI1.x-2.0 = L f = 4байта 33МГц=132 Мб/сек.

1. Принципы построения отказоустойчивых сетей

Отказоустойчивость сети определяется двумя факторами:

1. Уровень избыточности сетевой инфраструктуры;

2. Время восстановления сети, т.е. время, необходимое для переключения потоков данных на работоспособные части сети в случае отказа ее части.

При построении отказоустойчивой системы необходимо принимать в расчет следующее:

1. Архитектура сетевого оборудования

• Дублирование блоков питания;

• Возможность "горячей" замены компонентов;

• Дублирование управляющего модуля;

• Дублирование коммутационной матрицы/шины.

1. Дублирование соединений.

• Использование нескольких дублирующих соединений;

• Не рекомендуется использовать протокол Spanning Tree, т.к. в сети появляется много неработающих (заблокированных) соединений; время восстановления очень большое;

• Желательно использовать технологии Multi-Link Trunk (MLT) и Split-MLT (автоматическая балансировка потоков данных между всеми работоспособными соединениями; восстановление сети за доли секунды);

• Возможно внедрение протоколов балансировки нагрузки и дублирования на уровне маршрутизации:

• Рекомендуется использовать Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP);

• Рекомендуется использовать Equal Cost Multi-Path (ECMP);

• Разнесение окончания каналов - окончание каналов на разных модулях ввода/вывода и/или на разных узлах для дополнительного дублирования;

• Разнесение каналов - использование различных носителей и различных путей для критичных соединений;

1. Высоконадежное сетевое оборудование - устройства с высоким временем наработки на отказ.

2. Отказоустойчивость сервера:

• использование технологии PCI Hot Plug замены отдельных узлов;

• многопроцессорные серверы;

• организация дисковых подсистем с использованием RAID, обеспечивающих увеличение надежности;

• дублирование дискового контроллера RAID;

• дублирование сетевых адаптеров;

• установка резервных вентиляторов для охлаждения процессора, ОЗУ, дисков, плат;

• организация резервного электропитания центрального процессора;

• резервирование источников питания;

• съемная плата кэш-памяти для диска со встроенной батареей;

• наличие заводского ВIOS (ПЗУ) и рабочего BIOS (ППЗУ).

1. RAID

При увеличении количества дисков в массиве, надежность всего массива уменьшается. При независимых отказах и экспоненциальном законе распределения наработки на отказ, среднее время безотказной работы всего массива (MTTF) вычисляется по формуле:

Характеристики

Список файлов домашнего задания