Наик Дайлип - Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003

В то же время программному массиву RAID присущи определенные недостатки.

Вычисление четности и других данных, необходимых для работы массива, требует значительных затрат времени центрального процессора. Для некоторых приложений Microsoft не рекомендуется использование

программного массива RAID, который чрезмерно нагружает ресурсы процессора.

Для каждой операции записи по шине ввода-вывода передается две операции записи, одна для данных, вторая для четности.

При использовании программных массивов RAID два уровня абстракции могут значительно повысить сложность и накладные расходы.

Файловая система добавляет уровень абстракции, осуществляя преобразование данных файлового ввода-вывода в данные блочного ввод-вывода на уровне тома.

Диспетчер тома (внедряющий программный массив RAID) добавляет, еще один уровень абстракции, выполняя преобразование блоков тома в дисковые блоки. В контексте распределенной файловой системы (DFS) это означает необходимость получения двухуровневых блокировок – физических или виртуальных (т.е. файл, открытый в эксклюзивном режиме, может обрабатываться как виртуально заблокированный).

Существует несколько типов реализаций массива RAID, которые рассматриваются в разделах 9.1.1–9.1.7.

В массиве RAID 0 данные расслаиваются на несколько жестких дисков. Таким образом, массив RAID 0 выигрывает в производительности, но не предоставляет избыточности или защиты данных.

Как показано на рис. 9.1, при использовании массива RAID 0 данные по очереди записываются на разные диски. Приложение выдает несколько запросов на запись. В данном случае предполагается, что приложение всегда выдает запрос на запись с фиксированным буфером и размер буфера совпадает с размером единицы записи в массиве RAID. Данные на рис. 9.1 распределены по нескольким дискам поочередно (каждое число в прямоугольнике представляет собой запрос на запись).

Массив RAID 0 особенно эффективен в аспекте производительности операций ввода-вывода, так как чтение и запись на разные диски может выполняться параллельно. Однако самый большой недостаток RAID 0 – это отсутствие устойчивости к ошибкам. Если окажется неисправным один диск в массиве RAID 0, данные будут утрачены и на других дисках, следуя правилу «потерял один – потеряли все».

Более того, чередование может повысить быстродействие, но при чрезмерном использовании или в неподходящий момент ситуация фактически

Рис.9.1. Массив RAID 0

становится прямо противоположной и быстродействие снижается. Приложения, ориентированные на транзакции, обычно выполняют ввод-вывод небольшими блоками размером 1 Кбайт и меньше. Приложения, обрабатывающие поточные данные, обычно осуществляют ввод-вывод гораздо большими блоками. Несмотря на это, устройства хранения достигают наивысшей пропускной способности, когда ввод-вывод выполняется блоками намного большего размера, например до 512 Кбайт. Если в такой ситуации воспользоваться восьмикратным чередованием, то размер блока данных для каждого диска составит 64 Кбайт, что приведет к снижению общей производительности.

В массиве RAID 1 операция записи зеркально отражается на первичный и вторичный накопители. На рис. 9.2 показана конфигурация массива RAID 1. Приложение выдает запрос на запись буфера, обозначенного как буфер 1. Данные буфера 1 записываются на два отдельных физических диска. Точно так же приложение выдает запрос на запись буфера 2. Эти данные также записываются не на один, а на два жестких диска.

В идеальных условиях основной и вторичный диски могут быть идентичными. Это означает эффективное выполнение операций чтения в том случае, если они распределены между первичным и вторичным диском. Массив RAID 1 обеспечивает наилучшую скорость чтения среди всех массивов RAID. К его недостаткам относится требование к свободному дисковому простран-

Рис.9.2. Массив RAID 1

ству: для RAID 1 требуется, как минимум, вдвое больший объем дискового пространства, чем для других массивов. Снижение стоимости жестких дисков несколько уменьшает значимость этого недостатка. Существенное преимущество RAID 1 состоит в мгновенной доступности данных на вторичном диске в случае неисправности первичного диска. Массив RAID 1 – идеальный выбор при использовании в массиве только двух дисков.

Массив RAID 2 больше не используется. В массиве вычисляется код коррекции ошибок (error correction code – ЕСС) для чередующихся записей, однако современные жесткие диски и без того содержат подобную информацию.

Массив RAID 3 обеспечивает чередование с выделенной четностью. При этом информация о четности всегда хранится на определенном выделенном диске, а данные распределены по нескольким дискам.

На рис. 9.3 показана конфигурация массива RAID 3. Приложение выдает один запрос записи, который содержит буфера 1, 2 и 3. Эти данные размещаются на разных дисках. Кроме того, массив RAID 3 вычисляет информацию о четности (Pi), охватывающую все три буфера. Информация о четности записывается на отдельный диск, отличный от дисков, на которые были записаны данные буферов 1, 2 и 3. Точно так же буфера данных 4, 5 и б записываются на различнее диски, а информация о четности для этих буферов

Рис. 9.3. Массив RAID 3

называется Р2; буфера 7, 8 и 9 аналогичным образом записываются на разные диски, данные о четности этих буферов называются РЗ и т.д. Обратите внимание, что информация о четности записывается на один и тот же диск.

Массив RAID 3 обычно требует участия всех дисков массива в операции чтения или записи. Если диск оказывается неисправным, в массив добавляется новый диск и данные с потерянного диска восстанавливаются на основе данных других дисков и информации о четности. Хотя массив RAID 3 имеет слабую поддержку в мире персональных компьютеров (например, не поддерживается контроллерами Adaptec), подобные ему часто применяются в высокопроизводительных суперкомпьютерах.

Массив RAID 4 напоминает массив RAID 3, но при чередовании используются ббльшие единицы записи. Операции чтения распределяются между несколькими дисками, а операции записи выполняются последовательно. Массив RAID 4 также практически не поддерживается производителями, например контроллерами Adaptec.