Проект информационно-вычислительной сети Мелитопольского межрайонного онкологического диспансера

В RAID 3 используетсся один выведенный накопитель

для хранения информации по контролю четности

(для исправления ошибок). Данные размещаются

на оставшихся накопителях, обычно

с распределенным на уровне блоков.

|D-байты| |P-байты|

|данных |Файл-сервер|четност|

| | |и |

Контроллер

дисковой матрицы

|D 1 | |D 2 | |D 3 | |D 4 | |P1-4 |

|D 5 | |D 6 | |D 7 | |D 8 | |P5-8 |

|D 9 | |D 10 | |D 11 | |D 12 | |P9-12 |

Накопитель Накопитель Накопитель Накопитель

Накопитель

данных 1 данных 2 данных 3 данных 4

четности

Диаграмма 2: RAID уровня 3.

RAID уровня 5

В RAID 5 информация о четности распределяется

между всеми накопителями матрицы. Данные

распределяются на уровне байтов.

|D-байты| |P-байты|

|данных |Файл-сервер|четност|

| | |и |

Контроллер

дисковой матрицы

|P1-4 | |D1 | |D2 | |D3 | |D4 |

|D5 | |P5-8 | |D6 | |D7 | |D8 |

|D9 | |D10 | |P9-12 | |D11 | |D12 |

|D13 | |D14 | |D15 | |P13-16| |D16 |

|D17 | |D18 | |D19 | |D20 | |P17-20|

Диаграмма 3: RAID уровня 5.

6.4.5 Зеркалирование, дублирование и заполнение.

Некоторые ОС, включая NetWare и Windows NT Server, позволяют

осуществлять зеркалирование дисков на нескольких дисковых каналах,

обеспечивая таким образом дополнительный уровень избыточности. Как

упоминалось ранее, Novell называет последний подход дублированием дисков. В

сочетании с заполнением дисков дублирование может обеспечить большую по

сравнению с однодисковыми системами производительность и в целом способно

обогнать аппаратные реализации RAID-5. Поскольку каждая половина зеркальной

пары дисков использует отдельный дисковый канал, запись на диски, в отличие

от случая, когда диски находятся на одном и том же HBA, может производиться

одновременно. Также дублирование допускает раздельный поиск - процесс

разделения запросов на чтение между дисковыми каналами для более быстрого

их выполнения. Эта функция вдвое повышает производительность при чтении

дисков, поскольку оба канала параллельно ищут различные блоки из одного

набора данных. Это также сокращает влияние на производительность при записи

на диск, поскольку один канал может читать данные, в то время как второй

производить запись.

NetWare поддерживает до восьми дисковых каналов (некоторые адаптеры

SCSI предоставляют несколько каналов), что означает, что возможно иметь

несколько каналов для каждой дублированной пары. Есть возможность даже по

выбору организовать до восьми отдельных зеркальных каналов. Windows NT

Server также предоставляет программные зеркалирование и дублирование, но

пока не поддерживает параллельную запись и раздельный поиск.

Выбирая избыточную дисковую систему, необходимо учитывать четыре

основных фактора: производительность, стоимость, надежность и защиту от

сбоев.

Что касается производительности, встроенные возможности серверной

операционной системы являются основным фактором, особенно когда в игру

вступает избыточность дисков. Как уже указывалось ранее, дублирование

дисков NetWare в сочетании с заполнением дисков дает лучшую

производительность, чем аппаратно- или программно-реализованный RAID.

Однако производительность аппаратного RAID в целом выше производительности

встроенных дисковых служб Windows NT Server. Вообще говоря, в течение

нескольких лет технология и производительность систем RAID постоянно

улучшаются.

Другая потенциальная проблема производительности систем RAID - это

восстановление данных в случае аварии. До недавних пор, если диск ломался,

приходилось отключать массив RAID для его реставрации. Также, если

необходимо изменить размер массива (увеличить или уменьшить его емкость),

надо было сделать полную резервную копию системы, а затем

переконфигурировать и переинициализировать массив, стирая во время этого

процесса все данные. В обоих случаях система довольно долго оказывается

недоступна.

Для решения данной проблемы Compaq разработала контроллер Smart Array-

II, позволяющий наращивать емкость массива без переинициализации

существующей конфигурации массива. Другие производители, в том числе

Distributed Processing Technology (DPT), объявили, что их контроллеры в не

столь отдаленном будущем будут выполнять схожие функции. Многие из новых

массивов имеют утилиты для различных операционных систем, с помощью которых

массив можно реставрировать после замены испорченного устройства без

отключения сервера. Однако учтите, что эти утилиты съедают много ресурсов

сервера и тем самым отрицательно влияют на производительность системы. Во

избежание такого рода трудностей, реставрацию системы следует проводить в

нерабочие часы.

В отраслевых изданиях и публикациях производителей RAID неоднократно

поднимались дискуссии на тему разницы в стоимости зеркалирования,

дублирования и реализаций RAID. Зеркалирование и дублирование дают 100-

процентное удвоение дисков и (в случае дублирования) HBA, в то время как

реализации RAID имеют один HBA и/или контроллер RAID плюс на один диск

больше, чем та емкость, которую необходимо иметь в итоге. Согласно этим

аргументам, RAID дешевле, поскольку число необходимых дисков меньше. Это

может быть верно, если ограничения на производительность включенных в

операционную систему программных реализаций RAID, как, например, в Windows

NT, терпимы. В большинстве случаев, однако, чтобы добиться соответствующей

производительности, необходим выделенный контроллер RAID.

Диски и стандартные адаптеры SCSI относительно недороги, в то время

как высококачественный контроллер RAID может стоить до 4500 долларов. Чтобы

определить стоимость системы, необходимо продумать оптимальные конфигурации

для всех составляющих. Например, если нужно приблизительно 16 Гбайт

адресуемого дискового пространства, то можно реализовать зеркальную

конфигурацию с двумя дисками по 9 Гбайт на канал и получить некоторый

избыток емкости. В случае RAID-5, по соображениям производительности и

надежности, лучше остановиться на пяти дисках по 4 Гбайт, чтобы увеличить

число шпинделей для чередования данных и тем самым общую производительность

массива.

При использовании внешней дисковой подсистемы стоимость зеркальной

конфигурации составит примерно 10500 долларов за 18 Гбайт доступного

пространства. Эта цифра основана на реальных розничных ценах: 2000 долларов

за один диск, 250 - за один HBA и 300 - за каждую внешнюю дисковую

подсистему вместе с кабелями. Система RAID-5, сконфигурированная на 16

Гбайт адресуемого пространства с использованием пяти дисков по 4 Гбайт,

будет стоить около 12800 долларов. Эта цифра основана на реальных розничных

ценах массива DPT RAID-5.

Многие системы RAID включают в себя фирменные, разработанные

производителем, компоненты. Как минимум, фирменными являются корпус и

задняя панель. HBA и контроллеры RAID тоже часто бывают фирменными.

Некоторые производители применяют также нестандартные держатели и шины для

дисков. Кто-то предоставляет их отдельно за разумную цену, кто-то - только

вместе с диском и, как правило, по высокой цене. Последний подход может

оказаться дорогостоящим, когда необходимо починить или расширить систему.

Другой способ, которым поставщик загоняет нас в угол, - предоставление ПО

администрирования и наблюдения за дисками, работающее только с конкретными

компонентами. Избегая, когда это возможно, нестандартных компонентов,

стоимость обычно удается снизить.

При сравнении надежности избыточных дисковых систем надо учесть два

фактора: возможность сбоя системы или сбоя любого ее компонента и

вероятность потери данных из-за сбоя компонентов. (К сожалению, RAID или

зеркалирование не могут спасти от основной причины потери данных - ошибки

пользователя!)

Возможен расчет оценки вероятности сбоев, используя следующую формулу:

P = t / Tc,

где t - время работы, а Tc - комбинированное время наработки на отказ

компонентов.

При работе без сбоев в течение года (8760 часов) и Tc гипотетического

диска 300000 часов, вероятность сбоя становится равной 3%, или немногим

менее чем один случай из 34. По мере того как число компонентов растет,

вероятность сбоя любого компонента увеличивается. Как RAID, так и

зеркализация увеличивают вероятность сбоя, но уменьшают вероятность потери

данных.

Таблица 6, взятая из бюллетеня Storage Dimensions

(http://www.storagedimensions.com/raidwin/wp-ovrvw.html.) под названием

Отказоустойчивые системы хранения данных для непрерывно работающих сетей,

показывает рассчитанную по приведенной выше формуле вероятность сбоя,

соотнесенную с вероятностью потери данных для четырех заполняемых дисков,

пятидискового массива RAID и восьми зеркальных дисков. (Предполагается, что

все диски имеют одинаковый размер и все три системы предоставляют

одинаковую полезную емкость).

Хотя зеркалирование в сочетании с заполнением из-за увеличения

количества дисков имеет большую статистическую вероятность сбоя диска, оно

также имеет и значительно меньшую вероятность потери данных при сбое диска.

Кроме того, при правильно спроектированной дублированной системе время

восстановления может быть значительно короче.

| |Заполнение |RAID-5 |Зеркалирование или |

| |(4 диска) |(5 дисков)|дублирование + |

| | | |заполнение |

| | | |(8 дисков) |

|Вероятность сбоя |11,68% |14,60% |23,36% |

|диска | | | |

|Вероятность потери | | | |

|данных при сбое |11,68% |0,00467% |0,00187% |

|диска | | | |

Таблица 6: Оценки вероятности сбоя.

Этот пример не учитывает многие факторы. Для получения статистически

правильной цифры должно быть посчитано среднее время наработки на отказ

всех компонентов дисковой системы, включая HBA, шлейфы, шнуры питания,

вентиляторы и блоки питания. Разумеется, эти вычисления говорят только о

том, что может случиться при данной надежности предполагаемых компонентов,

но вовсе не обязательно, что это произойдет.

При выборе дисковой системы необходимо четко знать, какие компоненты

не продублированы. В системах RAID это могут быть HBA, контроллеры RAID,

блоки питания, кабели питания и шлейфы. Одно из преимуществ дублирования с

раздельными дисковыми подсистемами на каждом канале - ликвидация

большинства единичных мест, где могут произойти сбои.

6.4.6 Заключение.

В целом устройства SCSI - лучший выбор для дисковой подсистемы

сервера, чем диски IDE или EIDE. Приобрести диски SCSI емкостью до 9 Гбайт

на диск не составляет труда, в то время как максимальная емкость

сегодняшних дисков EIDE около 2,5 Гбайт. При использовании нескольких

двухканальных HBA общая емкость SCSI может легко превзойти 100 Гбайт, тогда

как предел EIDE - 10 Гбайт. SCSI также имеет лучшую производительность;

более того, SCSI не страдает от проблем, которые влечет за собой подход

master-slave в IDE/EIDE.

Если нам нужна избыточность дисков, то есть несколько вариантов.

Дублирование Novell NetWare в сочетании с заполнением дисков обеспечивает

как отличную производительность, так и защиту от сбоев. Аппаратная

реализация RAID - тоже хороший выбор, но обычно ее производительность ниже,

а цена выше. Если мы используем Windows NT и нам важна производительность,

то аппаратный RAID, возможно, будет лучшим выбором.

6.4.7 Функции дисковых подсистем.

Горячие функции дисковых подсистем широко используемые для описания

специфических функций дисковых подсистем термины горячая замена (hot-swap),

горячий резерв (hot spare) и горячее восстановление (hot-rebuild)

понимаются зачастую неверно.

Горячая замена - это функция, позволяющая извлечь неисправный диск из

дисковой подсистемы без выключения системы. Поддержка горячей замены -

аппаратная функция дисковой подсистемы, а не RAID.

В системах, допускающих горячую замену, жесткие диски обычно

монтируются на салазках, которые позволяют контактам заземления между

диском и корпусом оставаться соединенными дольше, чем линии питания и

контроллера. Это защищает диск от повреждения при статическом разряде или

электрической дуге между контактами. Диски с горячей заменой могут быть

использованы как в массивах RAID, так и в зеркальных дисковых системах.

Горячее восстановление означает возможность системы восстановить

оригинальную конфигурацию дисков автоматически после замены неисправного

диска.

Диски горячего резерва встраиваются в массив RAID и, как правило,

бездействуют до тех пор, пока не понадобятся. В какой-то момент после того,

как диск горячего резерва заменяет неисправный диск, вам надо заменить

неисправный диск и восстановить конфигурацию массива.

Дисковая система с возможностью горячей замены и дисками горячего

резерва не обязательно имеет возможность произвести горячее восстановление.

Горячая замена просто позволяет быстро, безопасно и легко

удалить/установить диск. Горячий резерв, казалось бы, обеспечивает горячее

восстановление, поскольку он позволяет немедленно заменить неисправный диск

в массиве RAID, но неисправный диск по-прежнему должен быть заменен, после

чего необходимо дать команду на восстановление. Сегодня все доступные для

платформы ПК системы RAID требуют для начала реставрации данных

вмешательства пользователя на каком-либо уровне - хотя бы на уровне

загрузки модуля NLM на сервере NetWare или нажатия кнопки запуска в меню

приложений NT Server.

6.5 Сетевые операционные системы.

Времена простых сетевых операционных систем, ориентированных только на

работу с файлами и обеспечение печати, прошли. К современным вычислительным

сетям предъявляется целый спектр требований, в том числе достаточная

мощность, чтобы выполнять приложения СУБД и осуществлять обмен сообщениями,

службы каталогов для управления территориально распределёнными,

многосерверными сетями, многочисленные протоколы для сред с несколькими

сетевыми ОС, возможность подключения к Internet, дистанционный доступ и

групповое обеспечение. Но сможет ли одна сетевая ОС удовлетворить все

основные требования сетевой обработки?

В большинстве случаев, чтобы получить желаемое сочетание

функциональных возможностей, цены и производительности, прибегают к

использованию некой комбинации OS/2 Warp Server Advanced корпорации IBM,

Windows NT Server корпорации Microsoft и NetWare 4.1 фирмы в одной

вычислительной сети.

6.5.1 Компоненты сетевой среды.

Существует несколько уровней:

. Файлы и печать. Основной задачей среды по-прежнему остается совместное

использование файлов и принтеров. Возможности и производительность при

совместном использовании файлов и принтеров имеют исключительно важное

значение.

. Службы прикладных программ. Способность эффективно выполнять программы

обмена сообщениями, управления базами данных и другие прикладные

программы на базе серверов в сети архитектуры клиент-сервер - главное

требование для большинства современных вычислительных сетей. Здесь важны

возможности многопроцессорной обработки, отказоустойчивости,

высококачественные инструментальные средства разработки и возможность

применения программ независимых поставщиков.

. Аппаратная интеграция. Если система не работает на имеющимся

оборудовании, то возможности для роста слишком малы. Здесь также большое

значение имеют тип процессора и возможность использования нескольких

процессоров.

. Сетевая инфраструктура. Этот уровень предполагает простоту использования

сетевых транспортных протоколов и надежность работы программного

обеспечения сервера с несколькими сетевыми адаптерами и средствами

внутренней маршрутизации. На этом основано все богатство возможностей

сетевой среды - от операций клиент-сервер до доступа к Internet.

. Интеграция с Internet. Во многих организациях становится необходимостью

доступ к Internet из вычислительной сети. При этом ключевое значение

имеют способность запускать TCP/IP и протокол динамической настройки

главного компьютера (Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP) для

управления адресами TCP/IP в сети. Кроме того, важную роль играет

программное обеспечение сервера Web.

. Дистанционный доступ. Деловые поездки и системы телекоммуникаций требуют,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7