Файл: 1-337.pdf

Внешняя память 281

ких избыточных дисков представляется неэффективным, и массивы уровня RAID 2
в настоящее время не производятся.

RAID уровня 3

RAID 3 организован сходно с RAID2. Отличие в том, что RAID 3 требует только
одного дрполнительного диска — диска паритета, вне зависимости от того, на-
сколько велик массив дисков (рис. 5.42). В RAID 3 используется параллель-
ный доступ к данным, разбитым на полосы длиной в бит или байт. Все диски
массива синхронизированы. Вместо кода Хэмминга для набора полос идентич-
ной позиции на всех дисках массива (пояса) вычисляется полоса, состоящая
из битов паритета. В случае отказа дискового ЗУ производится обращение
к диску паритета, и данные восстанавливаются по битам паритета и данным от
остальных дисков массива.

Рис. 5.42. RAID уровня 3

Так как данные разбиты на очень маленькие полосы, RAID 3 позволяет дости-

гать очень высоких скоростей передачи данных. Каждый запрос на ввод/вывод
приводит к параллельной передаче данных со всех дисков. Для приложений, свя-

занных с большими пересылками данных, это обстоятельство очень существенно.

С другой стороны, параллельное обслуживание одиночных запросов невозможно,
и производительность дисковой подсистемы в этом случае падает.

Ввиду того что для хранения избыточной информации нужен всего один диск,

причем независимо от их числа в массиве, именно уровню RAID 3 отдается пред-
почтение перед RAID 2.

RAID уровня 4

По своей идее и технике формирования избыточной информации RAID 4 иденти-

чен RAID 3, только размер полос в RAID 4 значительно больше (обычно один-два

физических блока на диске). Главное отличие состоит в том, что в RAID 4 исполь-

зуется техника независимого доступа, когда каждое ЗУ массива в состоянии функ-

ционировать независимо, так, что отдельные запросы на ввод/вывод могут удов-

летворяться параллельно (рис. 5.43).

2 8 2 Глава 5. Память

Рис. 5.43. RAID уровня 4

Для RAID 4 характерны издержки, обусловленные независимостью дисков.

Если в RAID 3 запись производилась одновременно для всех полос одного пояса,
в RAID 4 осуществляется запись полос в разные пояса. Это различие ощущается

особенно при записи данных малого размера.

Каждый раз для выполнения записи программное обеспечение дискового мас-

сива должно обновить не только данные пользователя, но и соответствующие биты
паритета. Рассмотрим массив из пяти дисковых ЗУ, где ЗУ Х0... Х3 содержат дан-
ные, а Х4 — диск паритета. Положим, что производится запись, охватывающая толь-
ко полосу на диске X1. Первоначально для каждого бита

 i

 мы имеем следующее

соотношение:

Для вычисления новой полосы паритета программное обеспечение управления

массивом должно прочитать старую полосу пользователя и старую полосу паритета.
Затем оно может заменить эти две полосы новой полосой данных и новой вычис-

ленной полосой паритета. Таким образом, запись каждой полосы связана с двумя
операциями чтения и двумя операциями записи.

В случае записи большого объема информации, охватывающего полосы на всех

дисках, паритет вычисляется достаточно легко путем расчета, в котором участву-
ют только новые биты данных, то есть содержимое диска паритета может быть об-
новлено параллельно с дисками данных и не требует дополнительных операций
чтения и записи.

После обновления для потенциально измененных

 обозначаемых с по-

мощью апострофа, получаем:

Внешняя память  2 8 3

Массивы RAID 4 наиболее подходят для приложений, требующих поддержки

высокого темпа поступления запросов ввода/вывода, и уступает RAID 3 там, где
приоритетен большой объем пересылок данных.

RAID уровня 5

RAID 5 имеет структуру, напоминающую RAID 4. Различие заключается в том,

что RAID 5 не содержит отдельного диска для хранения полос паритета, а разно-
сит их по всем дискам. Типичное распределение осуществляется по циклической
схеме, как это показано на рис. 5.44. В

 n

-дисковом массиве полоса паритета вычис-

ляется для полос

 п-1

 дисков, расположенных в одном поясе, и хранится в том же

поясе, но на диске, который не учитывался при вычислении паритета. При перехо-

де от одного пояса к другому эта схема циклически повторяется.

Распределение полос паритета по всем дискам предотвращает возникновение

проблемы, упоминавшейся для RAID 4.

RAID уровня 6

RAID 6 очень похож на RAID 5. Данные также разбиваются на полосы размером

в блок и распределяются по всем дискам массива. Аналогично, полосы паритета
распределены по разным дискам. Доступ к полосам независимый и асинхронный.
Различие состоит в том, что на каждом диске хранится не одна, а две полосы пари-
тета. Первая из них, как и в RAID 5, содержит контрольную информацию для по-
лос, расположенных на горизонтальном срезе массива (за исключением диска, где
эта полоса паритета хранится). В дополнение формируется и записывается вторая
полоса паритета, контролирующая все полосы какого-то одного диска массива (вер-
тикальный срез массива), но только не того, где хранится полоса паритета. Ска-
занное иллюстрируется рис. 5.45.

284 Глава 5. Память

Чтение данных

Рис. 5.45. RAID уровня 6

Такая схема массива позволяет восстановить информацию при отказе сразу двух

дисков. С другой стороны, увеличивается время на вычисление и запись паритет-

ной информации и требуется дополнительное дисковое пространство. Кроме того,
реализация данной схемы связана с усложнением контроллера дискового массива.
В силу этих причин схема среди выпускаемых RAID-систем встречается крайне

редко.

Запись и чтение

данных

Рис. 5.46. RAID уровня 7

RAID уровня 7

Схема RAID 7, запатентованная Storage Computer Corporation, объединяет мас-

сив асинхронно работающих дисков и кэш-память, управляемые встроенной в кон-

Внешняя память 285

троллер массива операционной системой реального времени (рис. 5.46). Данные
разбиты на полосы размером в блок и распределены по дискам массива. Полосы
паритета хранятся на специально выделенных для этой цели одном или несколь-
ких дисках.

Схема некритична к виду решаемых задач и при работе с большими файлами

не уступает по производительности RAID 3. Вместе с тем RAID 7 может так же
эффективно, как и RAID 5, производить одновременно несколько операций чте-
ния и записи для небольших объемов данных. Все это обеспечивается использова-
нием кэш-памяти и собственной операционной системой.

RAID уровня 10

Данная схема совпадает с RAID 0, но в отличие от нее роль отдельных дисков вы-
полняют дисковые массивы, построенные по схеме RAID 1 (рис. 5.47).

Таким образом, в RAID 10 сочетаются расслоение и дублирование. Это позво-

ляет добиться высокой производительности, характерной для RAID 0 при уровне
отказоустойчивости RAID 1. Основной недостаток схемы — высокая стоимость ее
реализации. Кроме того, необходимость синхронизации всех дисков приводит

к усложнению контроллера.

Запись данных

Чтение данных

Рис. 5.47. RAID уровня 10

RAID уровня 53

В этом уровне сочетаются технологии RAID 0 и RAID 3, поэтому его правильнее

было бы назвать RAID 30. В целом данная схема соответствует RAID 0, где роль
отдельных дисков выполняют дисковые массивы, организованные по схеме RAID 3,
Естественно, что в RAID 53 сочетаются все достоинства RAID 0 и RAID 3. Недо-
статки схемы такие же, что и у RAID 10.

Особенности реализации RAID-систем

Массивы RAID могут быть реализованы программно, аппаратно или как комби-

нация программных и аппаратных средств.

При программной реализации используются обычные дисководе контроллеры

и стандартные команды ввода/вывода. Работа дисковых ЗУ в соответствии с алго-

ритмами различных уровней RAID обеспечивается программами операционной