Производительность

Поскольку данные разбиваются на очень малые полосы, RAID 3 может обеспечить высокую скорость передачи данных. Любой запрос ввода-вывода включает параллельную передачу данных из всех дисков массива.

Особенно заметна повышенная производительность при передаче боль­шого объема данных. Однако за один раз может быть выполнен только один запрос ввода-вывода, поэтому в ориентированной на транзакции среде произ­водительность падает.

RAID 4

RAID-уровни с 4-го по 6-й используют технологию независимого доступа. В массиве с независимым доступом каждый диск функционирует независимо от дру­гих, так что отдельные запросы ввода-вывода могут выполняться параллельно. Соот­ветственно, массивы с независимым доступом могут использоваться в тех приложениях, которым необходима высокая частота запросов ввода-вывода, и менее пригод­ны для приложений, требующих большой скорости передачи данных.

Как и в других RAID-схемах, здесь применяется расщепление данных на полосы. В схемах RAID 4-6 полосы сравнительно большие. В RAID 4 по соот­ветствующим полосам на каждом диске данных вычисляется полоса четности, хранящаяся на дополнительном избыточном диске.

В схеме RAID 4 имеются дополнительные расходы при выполнении опера­ции записи небольшого блока данных. При каждой записи программное обеспе­чение управления массивом должно обновить не только пользовательские дан­ные, но и соответствующие биты четности. Рассмотрим массив, состоящий из пяти дисков, в котором устройства Х0-ХЗ содержат данные, а Х4 представляет собой диск четности. Предположим, что выполняется запись, которая включает только полосу на диске XI. Изначально для каждого i-го бита выполняется сле­дующее соотношение:

Итак, для вычисления новой четности программное обеспечение управления массивом должно прочитать старую пользовательскую полосу и старую полосу четности. После этого программное обеспечение может обновить эти две полосы новыми данными и вновь рассчитанной четностью. Таким образом, запись каж­дой полосы включает два чтения и две записи.

При большом размере записи ввода-вывода, которая включает полосы на всех дисковых накопителях, четность легко вычисляется путем расчета с ис­пользованием только новых битов данных. Таким образом, информация на диске четности может быть обновлена параллельно с обновлением пользовательских данных, без лишних операций чтения и записи. Тем не менее в любом случае каждая операция записи должна обновлять информацию на диске четности, что может стать узким местом системы.

RAID 5

RAID 5 организован подобно RAID 4, но с тем отличием, что RAID 5 рас­пределяет полосы четности по всем дискам. Распространенное размещение полос четности — в соответствии с циклической схемой, как показано на рис. 11.9,е.

Распределение полос четности по всем накопителям позволяет избежать снижения производительности, связанного с операциями ввода-вывода с одним диском четности (с чем мы столкнулись при рассмотрении RAID 4).

RAID 6

Схема RAID 6 была представлена в работе [KATZ89] разработчиками из Беркли. В этой схеме выполняются два различных расчета четности, резуль­таты которых хранятся в разных блоках на разных дисках. Поэтому массивы RAID 6 с объемом пользовательских данных, требующих N дисков, состоят из N+2 дисков.

На рис. 11.9,ж показана схема RAID 6. На этом рисунке Р и Q представля­ют результаты применения двух различных алгоритмов проверки данных. Один из них — применение операции "исключающего или", используемой в RAID 4 и RAID 5, другой представляет собой более сложную схему вычислений. Это дает возможность восстановления данных даже в случае сбоя двух дисков массива.

Преимущество RAID 6 состоит в том, что эта схема обеспечивает чрезвы­чайно высокую надежность хранения данных. Потери данных возможны лишь при одновременном выходе из строя трех дисков массива. С другой стороны, у RAID 6 высокие накладные расходы при операциях записи, поскольку каждая запись затрагивает два блока четности.

11.7. ДИСКОВЫЙ КЭШ

В разделе 1.6 и приложении А к главе 1, "Обзор компьютерных систем", мы рассмотрели принципы работы кэш-памяти. Термин кэш-память обычно применяется к памяти, которая меньше и быстрее основной памяти и которая располагается между основной памятью и процессором. Кэш-память уменьшает среднее время доступа к памяти благодаря принципу локализации.

Этот же принцип может быть применен и к дисковой памяти. Кэш диска представляет собой буфер в основной памяти для содержимого некоторых секто­ров диска. Если запрос ввода-вывода обращается к отдельному сектору, то сна­чала производится проверка на наличие этого сектора в кэше. Если сектор име­ется в кэше, то запрос удовлетворяется из кэша. В противном случае запрошенный сектор считывается в кэш с диска. Если блок данных потребовался для выполнения одиночного запроса ввода-вывода, то, исходя из принципа локали­зации, весьма вероятно, что он вновь потребуется в ближайшем будущем.