От «блинопечек» к RAID

Дисковые массивы спасли индустрию от кризиса ввода/вывода

RAID — не «монолитная» технология, а сочетание различных методов использования магнитных дисков для хранения данных

В конце 80-х годов в компьютерной индустрии возникла серьезная обеспокоенность тем, что дальнейшее развитие программного обеспечения и рост производительности процессоров могут застопориться. «Попадание в бутылочное горло» было связано с достижением предела скорости при работе с дисками. Диск по природе своей устройство механическое, а потому количество операций ввода/вывода в секунду лимитировано конечной скоростью перемещения головок. Но ожидаемых неприятностей, уже названных кризисом ввода/вывода (I/O Crisis), удалось избежать; кризис был преодолен благодаря изобретению дисковых массивов.

№ 41, 1998: Разберем RAID «по косточкам»

«Необходимость в системах хранения масштаба предприятия возникла еще при зарождении централизованных вычислений, когда в 1959 году появился на свет компьютер IBM 1401. С тех пор для оптимального решения этой задачи использовали самые разные технологии — от устройств хранения прямого доступа (их еще называли «блинопечками») эпохи IBM 360 до соединенных цепочкой жестких дисков («дисковых ферм»), подключенных к персональным компьютерам, и встроенных в Novell NetWare сетевых систем с зеркальным копированием данных.

При выборе системы хранения данных всегда приходилось искать компромисс между ценой, доступностью данных и производительностью (Cost, Availability of data, Performance, CAP). Технология RAID, избыточный массив недорогих дисков, — не исключение, но она отличается от других решений своим подходом к ограничениям рокового треугольника CAP. RAID — не «монолитная» технология, а сочетание различных методов использования магнитных дисков для хранения данных.

Во времена мэйнфреймов и мини-ЭВМ данные хранили на больших, логически не связанных между собой, чаще всего 14-дюймовых дисках или гигантских винчестерах, позже в противовес RAID такие диски стали именовать «одиночными большими дорогими дисками». Архитектура дискового массива, запатентованная IBM в 1978 году, позволила избавиться от разрозненности, но включенные в нее диски оставались и большими, и дорогими. В 1987 году ученые из Университета Беркли, возглавляемые Дэвидом Паттерсоном и Рэнди Кацем, предложили объединить в массив набор производимых к тому времени в массовых количествах дисков, использовавшихся на персональных компьютерах. Они назвали свое решение массивом недорогих дисков с резервированием (Redundant Array of Inexpensive Disk, RAID). Идея, казалось бы, лежала на поверхности: нужно собрать кластер из дисков таким образом, чтобы извне он рассматривался как один диск. Со временем стало ясно, что основное достоинство RAID состоит не в низкой стоимости дисков, а в наличии множества независимых дисков, которые можно объединять по различным схемам (так называемые «уровни» RAID), обеспечивающих разную степень избыточности. Поэтому букву I в аббревиатуре стали расшифровывать и как Independent («независимый»). В тех случаях, когда используются диски ATA, еще можно говорить о недорогих дисках, но в больших корпоративных массивах применяются недешевые диски SCSI или Fibre Channel.

Очевидное достоинство RAID состоит в том, что скорость обмена, выраженная в числе операций ввода/вывода в секунду, находится в линейной зависимости от числа дисков, где коэффициент пропорциональности находится в пределах от 0,5 до 1, его величина определяется схемой объединения. Распараллеливание решает проблему «бутылочного горла», о которой речь уже шла. Однако существует и обратная сторона — если просто арифметически суммировать диски, то общая надежность системы будет уменьшаться во столько раз, сколько дисков в массиве. Поэтому требуется распределять данные в массиве таким образом, чтобы в случае возникновения неисправности их можно было бы восстановить. Избранная схема распределения данных влияет на общую производительность массива.

Для распределения по дискам данные делятся на полосы размером от нескольких килобайтов до нескольких мегабайтов, эта процедура является основой RAID. Размер полос определяется требованиями приложений. Вторая процедура — зеркалирование, то есть запись резервных данных. Массивы RAID уровня от 0 до 5 различаются по сочетанию этих процедур, в одних случаях максимизируется скорость доступа, в других — надежность, есть и «компромиссные» варианты. В многопользовательских конфигурациях чаще всего используется RAID уровня 5.

Возможны два варианта реализации RAID: аппаратный и программный. Преимущества первого в том, что он не занимает ресурсов процессора, функции не зависят от операционной системы и выше надежность, но соответственно и выше цена. Второй тип RAID дешевле.

В любом случае контроллер RAID выполняет три основные функции: управляет отдельными дисками, то есть переводит управление в команды, адресованные диску, и может выполнять отдельные служебные операции; выполняет логическое конфигурирование массива, то есть переводит логические полосы в физические адреса; реализует операции резервирования и повышения надежности хранения данных.

Говоря о RAID, нельзя не представить одного из основных авторов этой технологии хранения данных. Дэйв Паттерсон являет собой уникальный пример академического ученого, деятельность которого обогатила всю индустрию, но наряду с этим он еще и выдающийся преподаватель. За свою преподавательскую работу он удостоен высших наград ACM и IEEE, а за изобретение RISC-процессоров был награжден медалью Джона фон Неймана. Паттерсон участвовал в проекте Network of Workstations, оказавшем заметное влияние на создание кластеров. Сейчас он работает в области, которая получила название «вычислительные системы, ориентированные на восстановление» (Recovery Oriented Computing).

Из подшивок Computerworld

Объектные войны: Oracle против Informix

Марк Леон, № 41, 1996

Объекты — залог успеха в мире вычислительных систем, вращающемся вокруг Web. Оба ведущих производителя баз данных уровня предприятия это понимают, хотя каждый избрал свой путь к ним…

Oracle объявила о создании инструментария разработки NetSolutions, входящего составной частью в Network Computing Architecture (NCA). Эта архитектура соответствует стандарту CORBA и обеспечивает связь баз данных Oracle с прочими системами. С другой стороны, Informix планирует к концу года предложить Universal Server.

Макровирусы Word распространяются как пожар

Шарон Махлис, № 41, 1997

Еще год назад в компьютерном мире было известно около 40 макровирусов. К нынешнему году их уже стало более 1300. Стремительное распространение вредоносного кода, в первую очередь поражающего документы, созданные в текстовом процессоре Microsoft Word, подтолкнуло системных администраторов и производителей антивирусных программ к поиску средств защиты зараженных документов и приложений электронной почты.

«Морской старт» начинает действовать

Галина Никитина, № 41, 1998

Проект «Морской старт» (Sea Launch) вступил в заключительную стадию. Уже в марте с «плавучего космодрома» стартует первый космический корабль.

Идея развертывания в экваториальных водах «мобильного» космодрома легла в основу создания международного консорциума Sea Launch Limited Partnership, объединившего Boeing (40%), российскую корпорацию «Энергия» (25%), норвежскую Kvaerner (20%) и две украинские фирмы КБ «Южное» и «Южмашзавод» (вместе 15%).

Курские Olivetti

Игорь Лукьяненко, № 41, 1999

Основным производителем контрольно-кассовых машин, установленных практически во всех отделениях связи и филиалах Сбербанка РФ, является курское ОАО «Счетмаш». При создании кассовых аппаратов широко используются комплектующие зарубежных фирм, со многими из которых у «Счетмаша» давние связи....

В процессе развертывания проекта инженеры «Счетмаша» предложили ряд изменений, которые Olivetti признала удачными и внесла в конструкцию принтера.

Солитонные терабитные линии

Дмитрий Мурин, № 41, 2000

Еще одна перспективная технология в волоконной оптике — высокоскоростные солитонные линии связи, которые от обычных отличаются большей помехоустойчивостью и гораздо более низким уровнем шумов…

Разработка таких терабитных линий связи осуществляется в рамках программы STAR. Интересно, что финансирование программы осуществляется на государственном уровне министерством почт и телекоммуникаций Японии в размере 4 млрд. долл. в год. Программа началась в 1996 году и рассчитана на 10 лет, имея целью получить к 2004-2006 году протяженные (до десятков тысяч километров) солитонные линии связи.

Учет населения в лучах СИРИУСа

Михаил Зырянов, № 41, 2001

ГРН представляет собой территориально распределенную систему, содержащую документированную информацию о гражданах РФ, стран зарубежья и лицах без гражданства. Согласно замыслу создателей, система должна содержать «открытые» данные, которые будут поступать из паспортно-визовых служб (паспортные столы, ОВИРы, а также местные органы самоуправления) и ЗАГСов. Уже сейчас часть местных отделений этих служб в какой-то мере автоматизирована, однако идея ГРН состоит в том, чтобы объединить информационные системы всех перечисленных служб и дать возможность другим ведомствам использовать имеющиеся сведения о гражданах.

iRU между «нашими» и «не нашими»

Егор Турдакин, № 41, 2002

«Молодые» российские ноутбуки iRU, собираемые и продвигаемые компанией «НКА Групп», продолжают свое шествие к намеченной еще весной, при запуске проекта, цели — достичь в 2003 году 15-процентной доли рынка. 22 октября компания представила новые модели, анонс которых прошел за десять дней до того. К сериям Stilo, Novia и Brava добавилась Intro. Все входящие в них модели позиционируются как экономичные, их основная задача — максимально приблизиться к «психологическому барьеру» в 1000 долл. … и за счет этого продвинуть марку в «массы».

Microsoft наводит XML-мосты

Йорис Эверс, № 41, 2003

В Microsoft считают, что корпоративные заказчики будут использовать Office 2003 как некое «окно» в серверную часть системы управления предприятием, что сулит новые возможности в реализации сложных бизнес-процессов. Представители редмондской корпорации также утверждают, что поддержка XML в Office 2003 даст возможность своего рода наведения мостов между приложениями front office (в терминологии Microsoft) и back office. Теперь, в частности, сотрудники компаний получат доступ к данным, хранящимся в системе CRM, из приложений Office.

Фактор бесшумности

Александр Баулин, № 41, 2004

ИТ-индустрия побуждает разработчиков к созданию новых формфакторов, учитывающих тенденции к миниатюризации ПК и повышению тепловыделения компонентов. Очередным шагом на этом пути стало принятие в 2003 году спецификации BTX (Balanced Technology Extended). Как отметили в дни московского форума IDF представители Intel, с этим формфактором в настоящее время связывают немало надежд…

Системы формфакторов BTX и хорошо известного ATX разительно отличаются. Новый стандарт требует редизайна материнских плат, зато позволит создать ПК с меньшим уровнем шума и более выгодными температурными характеристиками.