- •1. Risc-идеология. История, основные принципы, тенденция развития, «пострисковые» архитектуры: концепции vliw, epic, многоядерность, многопоточность.
- •2. Понятие конвейера. «Жадная» стратегия. Понятие mal в теории конвейера. Лемма для статических конвейеров. Введение задержек для увеличения производительности
- •“Терпеливая” стратегия: таблица занятости для последовательности операций в
- •Модифицированная диаграмма состояний для тз операции в:
- •3, 4. Архитектура кэш-памяти
- •3. Архитектура кэш-памяти. Ассоциативное распределение информации в кэш-памяти
- •4. Прямое распределение (отображение) информации в кэш-памяти
- •5. Raid массивы. Уровни raid (0, 1, 5, 6). Сравнение: оценки надежности, производительность, эффективность использования дискового пространства
- •Уровни raid:
- •6. Векторные процессоры: структура аппаратных средств. Два типа векторных процессоров. Примеры
- •9. Кластерная архитектура. Типы кластерных систем (ha, nlb, htc). Проблемы связи узлов в кластерных системах.
- •10. Основные подходы к организации схд (das, nas, san, cas). Особенности реализации, достоинства и недостатки каждого
5. Raid массивы. Уровни raid (0, 1, 5, 6). Сравнение: оценки надежности, производительность, эффективность использования дискового пространства
RAID (redundant array of independent disks) — избыточный массив независимых жёстких дисков) массив из нескольких дисков, управляемых контроллером, взаимосвязанных скоростными каналами 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 информации.
Уровни raid:
Без обеспечения надежности хранения данных |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RAID 0 |
|
Дисковый массив из двух или более жёстких дисков с отсутствием резервирования. Информация разбивается на блоки данных (Ai) и записывается на оба/несколько дисков одновременно. (+):существенно повышается производительность. (-): Надёжность RAID 0 заведомо ниже надёжности любого из дисков в отдельности, т. к. отказ любого из дисков приводит к неработоспособности всего массива. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
С возможностью потери до одного жесткого диска (RAID 1-5) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RAID 1 |
|
(+): 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. (-): Приходится выплачивать стоимость двух жёстких дисков, получая полезный объём одного жёсткого диска (классический случай, когда массив состоит из двух дисков). |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RAID 2 |
Отказоустойчивый дисковый массив с использованием кода Хемминга
|
В массивах такого типа диски делятся на две группы — для данных и для кодов коррекции ошибок, причем если данные хранятся на n дисках, то для хранения кодов коррекции необходимо n − 1 дисков. Метод Хемминга позволяет на лету исправлять однократные и обнаруживать двукратные ошибки. Недостаток массива RAID 2 в том, что для его функционирования нужна структура из почти двойного количества дисков, поэтому такой вид массива не получил распространения. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RAID 3 |
Отказоустойчивый массив с параллельной передачей данных и четностью
|
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. 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. (+): высокая скорость чтения и записи данных; минимальное количество дисков для создания массива равно трём. (-):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 4 |
Массив независимых дисков с разделяемым диском четности
|
RAID 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 |
Отказоустойчивый массив независимых дисков с распределенной четностью
|
Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, нет асимметричности конфигурации дисков. Под контрольными суммами подразумевается результат операции XOR(исключающее или). (+): 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. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
(-): 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. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
С возможностью потери до двух любых дисков |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RAID 6 |
RAID 6: EVENODD
RAID 6: X-Code
RAID 6: Reed-Solomon
|
Отказоустойчивый массив независимых дисков с двумя независимыми распределенными схемами четности. Обеспечивает надежное хранение данных при выходе из строя до двух дисков. Два основных подхода (ECC независимые по данным; ECC независимые по алгоритмам). Несколько различных реализаций ( EVENODD, XiCode, С кодами Рида-Соломона (ReediSolomon)) RAID 6: EVENODD S=H⊕K⊕N - Коды четности распределены по дискам - P – XOR внутри горизонтальных групп - Q – XOR внутри диагональных групп - Случайная запись вызывает 6 операций ввода/вывода для 13 блоков и 12 для 3 блоков
RAID 6: X-Code - Количество дисков должно быть простым числом - P – XOR внутри диагональных групп слева направо - Q – XOR внутри диагональных групп справа налево - Случайная запись вызывает 6 операций ввода/вывода RAID 6: Reed-Solomon - XOR внутри горизонтальных групп - RiS внутри горизонтальных групп - Случайная запись вызывает 6 операций ввода/вывода - Может быть расширен для обеспечения надежного хранения данных в случае отказа большего числа дисков (>2) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
RAID 6 — похож на RAID 5, но имеет более высокую степень надёжности — под контрольные суммы выделяется ёмкость 2-х дисков, рассчитываются 2 суммы по разным алгоритмам. Требует более мощный RAID-контроллер. 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). |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Кластерные (комбинированные) – с возможностью потери до одного (двух) дисков из группы |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RAID 1+0 |
|
Отказоустойчивый массив с дублированием и параллельной обработкой |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RAID 0+1 |
|
Отказоустойчивый массив с параллельной обработкой и зеркалированием |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RAID 5+0 |
|
Отказоустойчивый массив с распределенными блоками четности и повышенной производительностью
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RAID 1E |
|
Отказоустойчивый массив с двунаправленным зеркалированием |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RAID 5EE |
|
Отказоустойчивый массив независимых дисков с распределенными четностью и диском горячей подмены (Hot Spare) Примечание: поддерживается не во всех контроллерах RAID level-5EE подобен массиву RAID-5E, но с более эффективным использованием резервного диска и более коротким временем восстановления. Подобно RAID level-5E, этот уровень RAID-массива создает ряды данных и контрольных сумм во всех дисках массива. Массив RAID-5EE обладает улучшенной защитой и производительностью. |
Основные метрики надёжности для дисковых подсистем:
-
MTTF – среднее время до сбоя одного из компонентов.
-
MTTR – среднее время до восстановление массива.
-
MTTDL – среднее время до потери данных.
-
Среднее время до потери доступа к данным: (MTTLDA, MTDA).
Це́пь Ма́ркова — последовательность случайных событий с конечным или счётным числом исходов, характеризующаяся тем свойством, что, говоря нестрого, при фиксированном настоящем будущее независимо от прошлого.
Скрытые ошибки: ошибки при записи, удаление данных.
Метод Элиреса для оценки надежности дисковых систем: Используются 4 распределения: 1)D(Op) – время до функционального сбоя; 2)D(Ld) – время до появления скрытой ошибки;
3)D(Rest) – время восстановления после функционального сбоя;
4)D(Scrub) – время обнаружения и исправления скрытой ошибки. Диаграмма состояний RAID массива из N+1 дисков на рисунке 1. Последовательное моделирование методом Монте-Карло на рисунке 2.