Лекция 16. Интерфейс RAID. Компакт-диски CD-ROM
ИнтерфейсRAID (от Redundant Array of Inexpensive Disks — избыточный массив недорогих дисков, позднее возникла трактовка Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых дисков), по сути, относится не к дискам, а к контроллеру, управляющему группой дисков. Компьютер комплектуется группой обычно SCSI-дисков, которые подсоединяются к RAID-контроллеру. Он обеспечивает восприятие операционной системой группы дисков как одного диска очень большой емкости— как диска типаSLED (от Single Large Expensive Disk — одиночный большой дорогой диск). Один контроллер RAID может управлять группой, содержащей до 16 дисков SCSI. Основное преимущество интерфейса RAID— возможность осуществления параллельного обмена со всеми дисками массива.
Существует несколько способов размещения данных на RAID дисках, которые обеспечивают, с одной стороны, высокую скорость передачи данных, а с другой — высокую надежность их хранения. Эти способы принято называтьтипами, или уровнями, RAID. По сути дела, многие из этих способов воспроизводят на уровне жестких дисков приемы, использованные для повышения эффективности оперативной памяти.
Рассмотрим особенности некоторых вариантов организации RAID-массивов. Нулевой тип (нулевой уровень) массива RAID аналогичен обсуждавшемуся ранее расслоению оперативной памяти (см. 7.4.1). На жестких дисках выделяются зоны, которые можно рассматривать как аналоги блоков оперативной памяти в механизме расслоения. Каждая зона включает некоторое количество секторов диска. Количество зон на диске и секторов в одной зоне может изменяться в широких пределах и подбирается программным обеспечением, исходя из скорости передачи, объема дисков, количества дисков в массиве и т.д. На рис. 12.3 изображен массив из четырех дисков, на которых организовано 16 зон.
Рис. 12.3. Массив дисков RAID нулевого типа
Каждая следующая зона располагается на следующем диске массива. Вся совокупность зон образует кольцо, то есть после записи последней зоны происходит возврат к первой. Такое распределение зон по нескольким дискам называется разметкой. Записываемый на диски поток байтов (или слов) направляется в разные зоны: первый байт (слово) записывается в первую зону, второй байт (слово) — во вторую и т. д. Это позволяет организовать параллельный высокоскоростной обмен с дисками группы. Но надежность всей системы дисков ниже, чем при использовании одного диска. В самом деле, вероятность выхода из строя одного из, скажем, четырех дисков в четыре раза выше, чем вероятность выхода из строя единичного диска. А при выбранной схеме разметки выход из строя любого из дисков означает, что все данные будут потеряны.
В массиве RAID первого типа все диски массива делятся на основные и дублирующие. Каждый основной диск массива имеет один дублирующий (рис. 12.4). Запись информации как в группу основных, так и в группу дублирующих производится по тому же принципу, что и для массива дисков нулевого уровня, — по разнесенным между дисками зонам. Но каждая зона записывается дважды: один раз на основной диск, а второй — на дублирующий. При этом запись зоны на дублирующий диск производится одновременно с ее записью на основной диск. Поэтому скорость передачи данных при записи такая же, как в обычном режиме. Но чтение может производиться с любого экземпляра диска, как основного, так и дублирующего. Так как обмен со всеми дисками может производиться одновременно, может быть получен выигрыш в скорости чтения в два раза.
Добавим, что эта схема имеет высокую отказоустойчивость, поскольку возможно полное восстановление информации с уцелевшего экземпляра диска.
Рис. 12.4. Массив дисков RAID первого типа
В массиве RAID второго типа запись на диски производится не зонами, а полубайтами, байтами или словами, к которым добавляется необходимое количество контрольных разрядов кода Хемминга (см. 2.6), обеспечивающих необходимый уровень надежности записи данных. На рис. 12.5 показано, как к четырем битам полубайта добавляется три контрольных разряда кода Хемминга и каждый бит записывается на отдельный диск массива. Второй тип массива RAID, так же как и первый, обеспечивает высокую надежность, поскольку выход из строя любого диска не нарушает целостности информации. Но, в отличие от массива первого типа, накладные расходы гораздо меньше, так как полное дублирование требует большего количества дисков, чем включение в код контрольных битов. В то же время метод требует высокой синхронизации дисков и высокопроизводительного контроллера.
Рис. 12.5. Массив дисков RAID второго типа
В практике построения дисковых массивов RAID применяется несколько десятков увеличивающих скорость обмена и/или надежность хранения способов, являющихся модификациями и улучшениями описанных ранее.
Современный жесткий диск может комплектоваться собственным кэшем, объем которого доходит до 2 Мбайт. Роль кэша у жесткого диска полностью аналопич-на роли кэша оперативной памяти.
Форм-фактор диска описывает его геометрические размеры и форму. В настоящее время используются преимущественно трц форм-фактора: стандартные (для настольных систем), для переносных компьютеров и для дисков типа Micro Drive.
Наиболее известными фирмами-производителями жестких дисков в настоящее время являются IBM, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.
12.2. Оптические диски
Оптические диски, так же как и гибкие диски, относятся к группе сменных носителей информации. Первые диски имели диаметр 30 см и использовались для хранения копий кинофильмов. В 1980 г. компаниями Philips и Sony были разработаны оптические диски меньшего диаметра. Они получили название CD (от Compact Disc — компактные, то есть небольшие диски). Немного позже был утвержден сохраняющийся до сих пор стандарт IS 10149 технических характеристик компакт-дисков. В частности, они должны иметь диаметр 117 мм, толщину 1,2 мм и диаметр центрального отверстия 15 мм. Предполагается, что компакт-диски смогут сохранять записанную на них информацию в течение 100 лет.