Особенности применения технологии raid при создании файловых хранилищ

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА

ИНФОРМАЦИИ

УДК 004; 004.056.6

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ RAID ПРИ СОЗДАНИИ ФАЙЛОВЫХ ХРАНИЛИЩ

И.В. Савин, С.Н. Михальченко

Рассматриваются хранилища данных, созданные с применением технологии RAID. Описываются наиболее часто используемые уровни RAID-массивов, проанализированы их требования, а также особенности их функционирования. Рассмотрены их достоинства и недостатки. Проведен анализ аппаратной и программной архитектуры функционирования RAID-массивов. Даны рекомендации по их применению.

Ключевые слова: RAID-массивы, уровни RAID, архитектура RAID, надёжное хранение данных.

В современном мире с каждым днём стремительно растут объёмы информации, модификация или утрата которой может понести за собой значительные убытки. Возникает потребность в надёжном хранении таких данных. Исходя из этого, дисковые массивы становятся всё более распространёнными элементами хранилищ информации - они позволяют снизить время, необходимое для доступа к данным, а также повысить надёжность их хранения.

Отказоустойчивость в RAID-массивах достигается благодаря избыточности, производительность - за счёт параллельной обработки запросов. Избыточность характеризуется наличием в RAID-массиве большем количеством жестких дисков, чем требуется для хранения информации. Параллельная обработка запросов позволяет выполнять операции чтения и записи одновременно на нескольких дисках. В данном случае скорость чтения/записи увеличивается пропорционально количеству используемых дисков.

В общем случае, технология RAID базируется на следующих основных методах:

- сегментирование - применяется для расширения томов и увеличения скорости доступа к данным. В таком случае данные записываются на остальные диски не по мере заполнения предыдущего, а сегментами. Скорость доступа увеличивается за счёт того, что запись очередного сегмента данных на следующий диск происходит еще до того, как закончилась запись предыдущего сегмента;

- зеркалирование и вычисление контрольных сумм - позволяет восстановить данные в случае сбоев или утраты информации.

RAID-массивы подразделяются на несколько основных уровней [1].

RAID 0 - предназначен для увеличения производительности. Информация делится на сегменты и распределяется по всем жёстким дискам. Ёмкость массива при использовании RAID 0 равна суммарной ёмкости дисков.

RAID 1 позволяет обеспечить надёжное хранение данных. Такой уровень предполагает использование избыточности - одни и те же данные записываются на каждый диск в массиве. При выходе из строя одного из таких дисков, информацию возможно восстановить из копий, расположенных на других дисках. При использовании RAID 1 ёмкость массива равна ёмкости одного из зеркальных дисков.

RAID 5 характеризуется отказоустойчивостью и высокой скоростью чтения одновременно, а так же экономичностью в виде полезного количества жёстких дисков. Однако в случае сбоя одного из дисков, массив переходит в критических режим, в котором резко уменьшается производительность, а надёжность снижается до уровня надёжности одного диска. В случае, когда при сбое одного диска не было проведено восстановление, и отказал дополнительно ещё один жёсткий диск- массив, включая все его данные, утрачивается без возможности восстановления. Дополнительное необходимое условие для создания массива - необходимо минимум 3 диска.

Помимо основных одиночных уровней, RAID-массивы могут быть комбинированными [2].

RAID 10 (рис. 1) представляет собой совокупность RAID 1, объединённых в RAID 0. Благодаря зеркалированию, используемому в RAID 1 обеспечивается надёжность, сегментация, которая предоставляется RAID 0, увеличивает производительность. Недостатком такого решения является необходимость добавлять резервный диск на каждые 5 рабочих массива.

RAID 50 (рис. 2) образуют диски RAID 5, объединённые в RAID 0. Обеспечивает высокую скорость доступа к данным, в случае сбоя позволяет быстро их восстановить, отказоустойчив. Недостатками являются высокие затраты на его построение и низкую по сравнению с RAID 5 ёмкость.

С точки зрения архитектуры RAID-массивы могут быть реализованы в программном или аппаратном виде [3]. Однозначно определить лучшее решение сложно. Отличие заключается только в том, где исполняется код. При программной реализации - на центральном процессоре, при аппаратной - в RAID-контроллере.

Выбор архитектуры зависит от многих факторов, во многом от предъявляемых дисковому массиву требований: количества пользователей, используемых приложений, а также ключевого фактора - финансовых возможностей.

Рис. 1. Структура RAID 10

ДИСК 1 ДИСК 2 ДИСКЗ ДИСК 4 ДИСК 5 ДИСК 6

Рис. 2. Структура RAID 50

Практически лишённой затрат является программная реализация RAID-массива. Используется преимущественно в серверах начального уровня, т.к. характеризуется значительной загрузкой процессора, а также низкой, по сравнению с аппаратной конфигурацией, производительностью.

Аппаратная реализация дискового массива требует наличия RAID-контроллера. Аппаратный способ организации RAID-массива позволяет добиться высокой производительности, а также, благодаря наличию на RAID-контроллере каналов ввода-вывода, даёт возможность организовывать кластерные системы. Аппаратная архитектура, как правило, находит применение в системах с большой нагрузкой на центральный процессор, иначе разница по сравнению с программной реализацией неочевидна. Ключевым недостатком аппаратной реализации RAID-массива является необходимость дополнительных затрат.

540

Таким образом, RAID-массивы не обеспечивают 100% надёжности сохранности данных, однако их использование позволяет значительно увеличить надёжность работы систем хранения информации и снизить риск её утраты. Выбор уровня RAID-массива, а также его архитектура зависит от предъявляемых к системе требований. При необходимости обеспечения максимальной производительности следует сделать выбор в сторону RAID 0. Для обеспечения наибольшей надёжности эксперты рекомендуют использовать RAID 1. Если требуется компромисс между скоростью и надёжностью - имеет смысл использовать комбинированный RAID 10. Игнорирование применения RAID-массивов рано или поздно может привести к необратимым последствиям и многочисленным издержкам.

Список литературы

1. Уровни RAID-массивов и линейный RAID // redhat.ru - программные продукты, курсы, экзамены, Red Hat Enterprise Linux, RHCSA, RHCE, Red Hat Certified System [Электронный ресурс]. URL: http://www.rhd.ru/docs/manuals/enterprise/RHEL-4-Manual/sysadmin-guide/s1-raid-levels.html (дата обращения: 18.09.2018).

2. RAID // Википедия — свободная энциклопедия [Электронный ресурс] URL: http s: //ru .wikipedia.org/wiki/RAID (дата обращения: 18.09.2018).

3. RAID Levels // Новости технологий, обзоры гаджетов, смартфонов, бытовой техники и автомобилей [Электронный ресурс] URL: https://www.ixbt.com/storage/raids.html (дата обращения: 18.09.2018).

Савин Илья Вадимович, магистрант, ne@ilyasavin.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Михальченко Сергей Николаевич, магистрант, magistr_tsu@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

APPLICATION FEATURES OF RAID TECHNOLOGY WHEN CREATING FILE STORAGES

I. V. Savin, S.N. Mikhalchenko

The article deals with data storages using RAID technology. The most popular RAID-arrays levels are described, their requirements and features of their functioning are analyzed. The analysis of hardware and software architecture of RAID arrays has done.

Key words: RAID-arrays, RAID levels, RAID architecture, reliable data storage.

Savin Ilya Vadimovich, master, ne@ilyasavin. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Mikhalchenko Sergey Nikolaevich, master, magistr_tsu@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 681.3; 57.024

ДИНАМИЧЕСКАЯ ПОДСИСТЕМА В ТРЕНАЖЕРЕ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА

Н.Л. Коржук, А.Ф. Индюхин, Ю.В. Грачикова, Р.П. Лазуткин

Рассмотрена подсистема психофизиологического тренажера для работы оператора со сложным динамическим объектом, обеспечивающая случайные начальные условия и моделирование движения объекта в реальном времени.

Ключевые слова: электроэнцефалограмма, время реакции, сенсомоторная реакция.

Современные комплексы вооружения, предназначенные для борьбы со средствами нападения противника, как правило, имеют в своем составе автоматические системы, выполняющие задачи обнаружения, селекции, сопровождения и поражения целей. Вмешательство человека-оператора сведено к минимуму, однако от принятого им решения зависит очень многое. Современные технологии не снимают проблемы человеческого фактора, и даже более того - повышают риски и усугубляют последствия ошибок оператора. Формальное выполнение инструкций, предусматривающих все возможные ситуации, может привести к фатальным результатам из-за неготовности оператора к принятию адекватного решения. Примером принятия «формально правильного» решения может служить сброс управляющих стержней перед взрывом на Чернобыльской АЭС, вследствие чего произошло ускорение неуправляемой цепной реакции. Действия были своевременными, однако они не учитывали динамику прохождения стержня через активную зону. При отборе операторов совершенно необходимо всестороннее тестирование их профессиональной пригодности. Кроме времени реакции требуется оценить «чутье» ситуации, умение предвидеть развитие событий. Средства объективного контроля психологических и психофизиологических параметров работника [1, 2] дороги и требуют обслуживания и сопровождения квалифицированным специалистом. Имитация сложных систем на тренажерах требует значительных затрат и решает узкоспециализированные задачи [2, 3].

542