Организация компьютерных систем. Память

  Преемника EIDE назвали АТА-3 (AT Attachment).

  Следующая версия стандарта - ATAPI-4 (ATA Packet Interface — пакетный интерфейс АТА).

  Настоящий прорыв был совершен в стандарте ATAPI-7. Вместо расширения разъема диска (и, соответственно, скорости передачи данных) появилась спецификация последовательного  интерфейса AT A (Serial ATA, SATA), позволившего передавать через 7-контактный разъем информацию на скоростях от 150 Мбит/с (до этого 80-провожной плоский кабель).

  Сравнение дисковых интерфейсов 

  RAID-массивы

  Основная  идея RAID состоит в следующем. Рядом  с компьютером (обычно большим сервером) устанавливается бокс с дисками, контроллер диска замещается RAID-контроллером, данные копируются в RAID-массив, а затем производятся обычные действия. Иными словами, операционная система воспринимает RAID как SLED (Single Large Expensive Disk — один большой дорогостоящий диск), при этом у RAID-массива выше производительность и надежность.

  Большинство RAID-устройств состоит из SCSI-контроллера, предназначенного для управления RAID-массивом, и бокса SCSI-дисков, которые операционная система воспринимает как один большой  диск. Таким образом, чтобы использовать RAID-массив, не требуется никаких изменений в программном обеспечении, что очень выгодно для многих системных администраторов.

  RAID-системы  имеют несколько достоинств.

  программное обеспечение воспринимает RAID-массив как один большой диск.

  данные  на всех дисках RAID-массива распределены по дискам таким образом, чтобы можно было осуществлять параллельные операции.

  Raid 0 уровня

  RAID-массив  уровня 0 лучше всего работает  с большими запросами — чем  больше запрос, тем лучше. Если  в запросе требуется задействовать  полос больше, чем дисков в RAID-массиве, то некоторые диски получают по несколько за- запросов, и как только такой диск завершает выполнение первого запроса, он приступает к следующему.

  Задача  контроллера состоит в том, чтобы  разделить запрос должным образом, послать нужные команды соответствующим дискам в правильной последовательности, а затем правильно записать результаты в память. Производительность при таком подходе очень высокая, и реализовать его несложно.

  RAID-массив  уровня 1 - в этой структуре дублируют  все диски, таким образом получается 4 исходных диска и 4 резервные копии.

  При записи информации каждая полоса записывается дважды. При считывании может использоваться любая из двух копий, при этом одновременно может происходить загрузка информации с большего количества дисков, чем в RAID-массиве уровня 0. Следовательно, производительность при записи будет такая же, как у обычного диска, а при считывании — гораздо выше (максимум в два раза).

  Отказоустойчивость  отличная: если происходит сбой на диске, вместо него используется копия. Восстановление состоит просто в установке нового диска и копировании всей информации с резервной копии на него.

  В отличие  от уровней 0 и 1, которые работают с  полосами секторов, RAID-массив уровня 2 оперирует словами, а иногда даже байтами. Представим, что каждый байт виртуального диска разбивается на два фрагмента по 4 бита, за- затем к каждому из них добавляется код Хэмминга, и таким образом получается слово из 7 бит, у которого 1, 2 и 4 — биты четности. Затем представим, что 7 дисков синхронизированы по позиции кронштейна и позиции вращения. Тогда за одну операцию можно записать слово из 7 бит с кодом Хэмминга на 7 дисков, по одному биту на диск.

  Однако  подобная схема требует, чтобы все  диски были синхронизированы по вращению. Кроме того, ее имеет смысл использовать, только если имеется достаточно большое количество дисков (даже при наличии 32 дисков для данных и 6 дисков для битов четности накладные расходы составляют 19 %). К тому же имеет место большая нагрузка на контроллер, поскольку он должен вычислять контрольную сумму кода Хэмминга при передаче каждого бита.

  RAID-массив  уровня 3 представляет собой упрощенную  версию RAID-массива уровня 2. Здесь  для каждого слова данных вычисляется  1 бит четности и записывается  на диск четности. Как и в RAID-массиве уровня 2, диски должны быть точно синхронизированы, поскольку каждое слово данных распределено по нескольким дискам.

  RAID-массив  уровня 4 устроен так же, как RAID-массив  уровня 0, с тем различием, что  у RAID-массива уровня 4 есть  дополнительный диск, на который записываются полосы четности. Например, пусть каждая полоса состоит из k байт. Все полосы должны находиться в отношении ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ, и полоса четности для проверки этого отношения также должна состоять из k байт. Если происходит сбой на диске, утраченные байты могут быть вычислены заново при помощи информации с диска четности. Такое решение предохраняет от потерь на диске, но значительно снижает производительность в случае небольших исправлений. Если изменяется один сектор, необходимо считать информацию со всех дисков, чтобы опять вычислить биты четности и записать их заново. Вместо этого можно считать с диска прежние данные и прежние биты четности и из них вычислить новые биты четности. Но даже с такой оптимизацией процесса при наличии небольших исправлений требуется произвести два считывания и две записи.

  Трудности при загрузке данных на диск четности могут быть препятствием для достижения высокой производительности. Эта  проблема устраняется в RAID-массиве  уровня 5, в котором биты четности распределяются равномерно по всем дискам и записываются по кругу.