Файл: В дипломной работе решены следующие задачи.docx

• 
  Зеркалирование участков кэш-памяти, обслуживающих операции записи.
  
• 
  Поддержка батареями кэш-памяти в течении N часов или сохранение ее содержимого на диски в случае отключения внешнего питания. Какой из указанных вариантов определить в требованиях — задача проектировщика.
  

Дублирование всех компонентов и отсутствие единой точки отказа (SPOF). Степень важности этого требования зависит от режима работы системы и требований к доступности сервисов. Однако, не надо забывать, что сам массив является SPOF, если он не задублирован другим массивом.

Возможность создания PIT-копий данных для использования их в системе резервного копирования. В ряде систем, где обрабатываются большие объемы данных (терабайты), а сервисы должны быть доступны 24х7 при больших нагрузках, необходимо применять Serverless резервное копирование. Для этого используется механизм создания PIT-копий средствами дискового массива.

Требования по обслуживаемости

1. 
   Возможность замены компонентов массива "на ходу" без остановки системы. Выполнение этого требования важно для систем, работающих в режиме 24х7.
   

Требования по масштабируемости

1. 
   Наращивание дискового пространства до N ТБ без замены ранее установленных дисков. Такая формулировка позволяет "убить двух зайцев" — обеспечить требуемую функциональность СХД при росте объемов обрабатываемых данных и сохранить сделанные инвестиции. Здесь может быть добавлено требование: "без потери производительности". Архитектура массива (об этом речь пойдет ниже) может стать "узким местом" и привести к тому, что при очередном добавлении дисков производительность массива существенно снизится, что повлияет на уровень качества сервиса.
   
2. 
   Расширение размера LUN путем добавления новых дисков без разрушения хранимых данных.Это требование важно не только для систем, работающих в режиме 24х7, но также когда имеется дефицит квалифицированного персонала, способного осуществить расширение дискового пространства при отсутствии у массива данной функции. Желательно, чтобы операционная система, данные которой хранятся на расширяемом LUN, могла автоматически расширить свою файловую систему.
   
3. 
   Увеличение числа подключаемых серверов до N.
   
4. 
   Увеличение объема кэш-памяти до N ГБ без замены ранее установленных модулей.
   

Требования по управляемости

1. 
   Управление политикой использования кэш-памяти для различных LUN. Может потребоваться при "тонкой" настройке массива.
   
2. 
   Наличие средств сбора статистики о работе массива.
   
3. 
   Наличие встроенных средств оптимизации работы массива. Это достаточно специфичное требование, однако, наличие таких средств может помочь, когда потребуется оптимизация, а квалифицированного персонала, способного её выполнить, не будет.
   
4. 
   Интеграция средств управления массива с уже развернутой системой управления, например HP OpenView.
   

---

1.2 Устройство и принцип работы изделияОдним из составных устройств системы хранения данных являются Raid-массивы.Raid-массивRAID (Redundantarrayofindependentdisks — избыточныймассивнезависимыхдисков) — массив из нескольких дисков (запоминающих устройств), управляемых контроллером, связанных между собой скоростными каналами передачи данных и воспринимаемых внешней системой как единое целое. В зависимости от типа используемого массива может обеспечивать различные степени отказоустойчивости и быстродействия. Служит для повышения надёжности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи. Выделяют следующие уровни спецификации RAID, которые были приняты как стандарт де-факто:

• 
  RAID 0 — дисковый массив повышенной производительности с чередованием, без отказоустойчивости;
  
• 
  RAID 1 — зеркальный дисковый массив
  
• 
  RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют ;
  
• 
  RAID 3 и 4 — дисковые массивы с чередованием и выделенным диском чётности;
  
• 
  RAID 5 — дисковый массив с чередованием и «невыделенным диском чётности»;
  
• 
  RAID 6 — дисковый массив с чередованием, использующий две контрольные суммы, вычисляемые двумя независимыми способами;
  

RAID 0 (striping — «чередование») — дисковый массив из двух или более жёстких дисков без резервирования. Информация разбивается на блоки данных фиксированной длины и записывается на оба/несколько дисков одновременно.Достоинства: За счёт этого существенно повышается производительность (от количества дисков зависит кратность увеличения производительности).Объем памяти суммируется.Недостатки:Надёжность RAID 0 равносильна надежности одного диска, т. к. отказ любого из дисков приводит к неработоспособности всего массива.RAID 1Схема Raid 1RAID 1 (mirroring — «зеркалирование») — массив из двух дисков, являющихся полными копиями друг друга. Не следует путать с массивами RAID 1+0, RAID 0+1 и RAID 10, в которых используется более двух дисков и более сложные механизмы зеркалирования.Достоинства: 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, т.е. значительно ниже вероятности выхода из строя отдельного диска. На практике при выходе из строя одного из дисков следует срочно принимать меры — вновь восстанавливать избыточность. Для этого с любым уровнем RAID (кроме нулевого) рекомендуют использовать диски горячего резерва.

---

Недостатки:Недостаток RAID 1 в том, что по цене двух жестких дисков пользователь фактически получает лишь один.RAID 2.Массивы такого типа основаны на использовании кода Хемминга. Диски делятся на две группы: для данных и для кодов коррекции ошибок, причём если данные хранятся на   дисках, то для хранения кодов коррекции необходимо   дисков. Данные распределяются по дискам, предназначенным для хранения информации, так же, как и в RAID 0, т.е. они разбиваются на небольшие блоки по числу дисков. Оставшиеся диски хранят коды коррекции ошибок, по которым в случае выхода какого-либо жёсткого диска из строя возможно восстановление информации. Метод Хемминга давно применяется в памяти типа ECC и позволяет на лету исправлять однократные и обнаруживать двукратные ошибки.Достоинством массива RAID 2 является повышение скорости дисковых операций по сравнению с производительностью одного диска.Недостатком массива RAID 2 является то, что минимальное количество дисков, при котором имеет смысл его использовать,— 7. При этом нужна структура из почти двойного количества дисков (для n=3 данные будут храниться на 4 дисках), поэтому такой вид массива не получил распространения. Если же дисков около 30-60, то перерасход получается 11-19%.RAID 3.Схема Raid 3В массиве RAID 3 из   дисков данные разбиваются на куски размером меньше сектора (разбиваются на байты или блоки) и распределяются по   дискам. Ещё один диск используется для хранения блоков чётности. В RAID 2 для этой цели применялся   диск, но большая часть информации на контрольных дисках использовалась для коррекции ошибок на лету, в то время как большинство пользователей удовлетворяет простое восстановление информации в случае поломки диска, для чего хватает информации, умещающейся на одном выделенном жёстком диске.

---

Отличия RAID 3 от RAID 2: невозможность коррекции ошибок на лету и меньшая избыточность.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 4Схема RAID 4RAID 4 похож на RAID 3, но отличается от него тем, что данные разбиваются на блоки, а не на байты. Таким образом, удалось отчасти «победить» проблему низкой скорости передачи данных небольшого объёма. Запись же производится медленно из-за того, что чётность для блока генерируется при записи и записывается на единственный диск. Из систем хранения широкого распространения RAID-4 применяется на устройствах хранения компании NetApp (NetApp FAS), где его недостатки успешно устранены за счет работы дисков в специальном режиме групповой записи, определяемом используемой на устройствах внутренней файловой системой WAFL.RAID 5.Схема RAID 5Основным недостатком уровней RAID от 2-го до 4-го является невозможность производить параллельные операции записи, так как для хранения информации о чётности используется отдельный контрольный диск. RAID 5 не имеет этого недостатка. 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 даёт возможность заменить любой операнд результатом, и, применив алгоритм xor, получить в результате недостающий операнд. Например: a xor b = c (где a, b, c — три диска рейд-массива), в случае если a откажет, мы можем получить его, поставив на его место c и проведя xor между c и b: c xor b = a. Это применимо вне зависимости от количества операндов: a xor b xor c xor d = e. Если отказывает c тогда e

---

 встаёт на его место и проведя xor в результате получаем c: a xor b xor e xor d = c. 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.

Достоинства:

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 четырех дисков по 80 гигабайт общий объём будет (4 — 1) * 80 = 240 гигабайт. На запись информации на том RAID 5 тратятся дополнительные ресурсы и падает производительность, так как требуются дополнительные вычисления и операции записи, зато при чтении (по сравнению с отдельным винчестером) имеется выигрыш, потому что потоки данных с нескольких дисков массива могут обрабатываться параллельно.

Недостатки:

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 0 (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. При этом уровень надежности снижается до надежности RAID-0 с соответствующим количеством дисков (то есть в n раз ниже надежности одиночного диска). Если до полного восстановления массива произойдет выход из строя, или возникнет невосстановимая ошибка чтения хотя бы на еще одном диске, то массив разрушается, и данные на нем восстановлению обычными методами не подлежат. Следует также принять во внимание, что процесс RAID Reconstruction (восстановления данных RAID за счет избыточности) после выхода из строя диска вызывает интенсивную нагрузку чтения с дисков на протяжении многих часов непрерывно, что может спровоцировать выход какого-либо из оставшихся дисков из строя в этот наименее защищенный период работы RAID, а также выявить ранее необнаруженные сбои чтения в массивах cold data (данных, к которым не обращаются при обычной работе массива, архивные и малоактивные данные), что повышает риск сбоя при восстановлении данных. Минимальное количество используемых дисков равно трём.

---