Аппаратное обеспечение
Лекция 2. Составные части информационной вычислительной системы
Аппаратное обеспечение является основой ИВС и определяет вычислительную мощность ИВС в целом. Все аппаратное обеспечение можно разделить на вычислительные установки, кабельное, канало- и сетеобразуюшее, периферийное и дополнительное оборудование.
Вычислительные установки (далее ВУ) служат для выполнения основных вычислительных задач, т.е. задач по хранению и обработке информации. Вычислительные установки можно разделить на две большие группы: серверы и рабочие станции.
Сервер (Server) — это вычислительная установка, которая служит преимущественно для совместного использования его информационно-вычислительных ресурсов, к которым относятся, прежде всего, центральный процессор или процессоры (например, если это SMP-система), оперативная и внешняя память (прежде всего, жесткие диски).
Рабочая станция (Workstation) — это вычислительная установка, которая преимущественно используется как индивидуальное рабочее место пользователя ИВС и служит точкой входа в ИВС.
Основные требования к рабочей станции:
1. Удобство работы (Convenience) — обеспечивается прежде всего установкой н поддержкой высокоскоростной графической подсистемой ввода-вывода (графическая плата, монитор, мышь).
2. Управляемость (Managability) — обеспечивается ПО, разрабатываемым и поставляемым производителями рабочих станций, а также
Основные требования к современному серверу:
1. Масштабируемость (Scalability) — возможность наращивания мощности ВУ (количество и быстродействие процессоров, объем оперативной и внешней памяти) для пропорционального увеличения скорости и плотности (определенное количество запросов в единицу времени) обработки запросов, а также объемов хранимой информации.
2. Отказоустойчивость (Intolerance) — возможность системы полностью восстанавливать свою работоспособность при аппаратных сбоях и высокая доступность (High Level of Availability) — возможность системы продолжать обслуживание запросов при аппаратных сбоях. Обеспечивается дублированием (Duplexing) основных аппаратных компонентов ВУ, чаше всего выходящих из строя (обычно имеющих механические части, а также избыточностью (Redundancy) хранящейся информации.
3. Управляемость (Manageability) — возможность удаленного управления, сбора сведений о работе подсистем сервера. Обеспечивается специальными программно-аппаратными комплексами, разрабатываемыми и поставляемыми производителями серверов.
Для обеспечения отказоустойчивости и высокой доступности в современных серверах используются следующие технологии и компоненты:
• горячая замена компонент (Hot Swapping) — позволяет менять компоненты аппаратного обеспечения, не отключая электропитания от ВУ. Есть решения для жестких дисков, источников питания, вентиляторов и плат расширения;
• ОЗУ с хранением избыточной информации;
• память с паритетом (Parity Checking) — обеспечивается обнаружение однократных ошибок в ОЗУ;
• ЕСС-память (Enhanced Correction Code - улучшенный код коррекции), обеспечивается исправление однократных ошибок и обнаружение двукратных ошибок в ОЗУ;
• Массивы независимых резервных дисков (Redundant array of independent disks)
Классификация RAID по способу исполнения:
1. Аппаратный RAID. Существует две реализации:
• в виде хост-адаптера - вместо SCSI-адаптера шина со SCSI-дисками подключается к RAID-адаптеру;
• SCSI-to-SCSI — такой RAID является обычным SCSI-устройством с точки зрения SCSI-адаптера, при этом можно органи-зовать более емкую внешнюю память, являющуюся отказоустойчивой.
2. Программный RAID. Реализуется системным ПО на уровне ядра ОС.
Классификация по принципу функционирования:
§ RAID 0 представлен как дисковый массив повышенной производительности, без отказоустойчивости.
§ RAID 1 определён как зеркальный дисковый массив.
§ RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга.
§ RAID 3 и 4 используют массив дисков с чередованием и выделенным диском чётности.
§ RAID 5 используют массив дисков с чередованием и "невыделенным диском чётности".
§ RAID 6 используют массив дисков с чередованием и двумя независимыми "чётностями" блоков.
§ RAID 10 — RAID 0, построенный из RAID 1 массивов
§ RAID 50 — RAID 0, построенный из RAID 5
§ RAID 60 — RAID 0, построенный из RAID 6
RAID 0 (striping — «чередование») — дисковый массив из двух или более жёстких дисков с отсутствием резервирования. Информация разбивается на блоки данных (
) фиксированной длины 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») — 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.
(+): Обеспечивает приемлемую скорость записи и выигрыш по скорости чтения при распараллеливании запросов.[1]
(+): 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. 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. Достоинство такого подхода — поддержание постоянной доступности.
(-): Недостаток заключается в том, что приходится выплачивать стоимость двух жёстких дисков, получая полезный объём лишь одного жёсткого диска.