Вычислительные системы и телекоммуникации Тема 4 Устройства хранения

Вычислительные системы и телекоммуникации Тема 4. Устройства хранения информации

План n n n Дисковые запоминающие устройства. Принципы Размещение информации на дисках. Накопители на жестких магнитных дисках, дисковые массивы RAID. Флэш-память. Накопители на оптических и магнитооптических дисках. Накопители на гибких магнитных дисках и магнитной ленте.

Жесткие диски (винчестеры) n Магнитный диск состоит из одной или нескольких алюминиевых поверхностей, покрытых магнитным слоем. n Изначально их диаметр составлял 50 см, сейчас — от 3 до 12 см, у портативных компьютеров — меньше 3 см, причем это значение продолжает уменьшаться. n Головка диска, содержащая индукционную катушку, двигается над поверхностью диска, опираясь на воздушную подушку.

Устройство HDD

Пластины и считывающие головки жесткого диска n Большинство магнитных дисков состоит из нескольких пластин, расположенных друг под другом

Аэродинамика жесткого диска n n n Для увеличения плотности записи зазор между поверхностью диска и головкой необходимо уменьшить до минимума. В современных винчестерах эта задача решается с использованием аэродинамической подъемной силы, создаваемой потоком воздуха, который увлекает за собой вращающаяся рабочая поверхность диска. Для возникновения подъемной силы рабочим поверхностям головок придают специальную форму в виде крыла. Для того чтобы головка не «улетала» далеко от поверхности диска, она закрепляется на пружинящем поводке. Поскольку величина подъемной силы определяется плотностью воздуха, которая зависит от атмосферного давления, то винчестеры общего применения имеют ограничения по максимальной высоте подъема над уровнем моря (приблизительно до 2000. . . 3000 м).

Гермоблок n n Пакет дисков с двигателем и блок головок размещаются в специальном герметичном металлическом корпусе со съемной крышкой, который называется гермоблоком или камерой. Ее внутренний объем не изолирован от внешней среды – обязательно предусматривается возможность перетока воздуха снаружи в камеру и наоборот. Это необходимо для выравнивания давления внутри камеры с внешним давлением для предотвращения деформаций корпуса. Так как попадание посторонних частиц внутрь камеры абсолютно недопустимо, сборка винчестеров производится только в специальных «чистых помещениях» , оборудованных дорогостоящими фильтровентиляционными установками тонкой очистки воздуха – в кубическом футе воздуха может быть не более 100 частиц (пылинок) размером более 0, 5 мкм.

Головка на парковке n Головки «летят» над диском на высоте всего лишь 0, 1. . . 0, 12 мкм – нужен ли сильный удар для сокращения этого расстояния до нуля? Дорожка движется под магнитной головкой со скоростью 90. . . 125 км/час: представили силу удара при столкновении? 1 мм дорожки – это около 2 Кб данных: ощутили потери?

Жесткие диски n Первый HDD емкостью 5 Мбайт и однодюймовый жесткий диск IBM Microdirve

Конфигурация дорожки диска n Дорожкой называется круговая последовательность битов, записанных на диск за его полный оборот.

Секторы жесткого диска n Каждая дорожка делится на секторы фиксированной длины. Каждый сектор обычно содержит 512 байт данных. n Перед данными располагается преамбула (preamble), которая позволяет головке синхронизироваться перед чтением или записью. n После данных идет код исправления ошибок (Error -Correcting Code, ECC), в качестве которого используется код Хэмминга или чаще код Рида. Соломона, позволяющий исправлять множественные ошибки, а не только одиночные. n Между соседними секторами находится межсекторный интервал.

Ёмкость диска n n n Между соседними секторами находится межсекторный интервал. Многие производители указывают размер неформатированного диска (как будто каждая дорожка содержит только данные), хотя честнее было бы указывать вместимость форматированного диска, на котором не учитываются преамбулы, ЕСС-коды и межсекторные интервалы. Емкость форматированного диска обычно на 15 % меньше емкости неформатированного.

Принцип записи информации HDD. Секторы и дорожки. n n n У всех считывающих головок дисков есть кронштейны, по которым они могут перемещаться туда и обратно по радиусу на разные расстояния от шпинделя, вокруг которого вращается диск. На разных расстояниях от оси записываются разные дорожки. Таким образом, дорожки представляют собой ряд концентрических кругов, расположенных вокруг шпинделя. Ширина дорожки зависит от величины головки и от точности ее перемещения. Чтобы достичь высокого качества поверхности и достаточной чистоты воздуха, диски герметично закрываются.

Цилиндры и дорожки n n Каждая поверхность снабжена кронштейном и головкой. Кронштейны скреплены таким образом, что одновременно могут перемещаться на разные расстояния от оси. Совокупность дорожек, расположенных на одном расстоянии от центра, называется цилиндром. В современных моделях дисков для ПК устанавливается от 2 до 12 пластин, содержащих от 4 до 24 рабочих поверхностей.

Принцип записи информации n n Когда через головку проходит положительный или отрицательный ток, он намагничивает поверхность под головкой. При этом магнитные частицы намагничиваются направо или налево в зависимости от полярности тока. Когда головка проходит над намагниченной областью, в ней (в головке) возникает положительный или отрицательный ток, что дает возможность считывать записанные ранее биты.

Магниторезистивный эффект n n n В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Плотность записи n n На сегодняшний момент диски имеют от 5000 до 10 000 дорожек на 1 см, то есть ширина каждой дорожки составляет от 1 до 2 микрон (1 микрон -= 1/1000 мм). Следует отметить, что дорожка — это не углубление на поверхности диска, а просто кольцо намагниченного материала, которое отделяется от других дорожек небольшими пограничными областями. Плотность записи битов на концентрических дорожках различается в зависимости от расстояния от центра диска и зависит главным образом от качества поверхности диска и чистоты воздуха. Плотность записи современных дисков разнится от 50 000 до 100 000 бит/см. Таким образом, при записи в радиальном направлении на единицу площади приходится примерно в 50 раз больше данных, чем в направлении по окружности.

Метод параллельной записи n n На данный момент это самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности. Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи оценивается 23 Гбит/см². В ближайшем будущем ожидается постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи n n Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 15 -23 Гбит/см², в дальнейшем планируется довести плотность до 60— 75 Гбит/см². Жесткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод параллельной и перпендикулярной записи

Альтернативные технологии записи n n Применение технологии перпендикулярной записи на диски лишь на время отодвигает суперпарамагнитный предел. Рано или поздно индустрия снова столкнется с этим явлением, и снова нужно будет искать выход из ситуации, поэтому инженеры ведущих компаний уже сейчас занимаются разработками новых технологий: HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) – запись с предварительным нагревом с помощью лазера ¨ Битовый массив (Bit Patterned Media). ¨ Самоорганизующиеся магнитные материалы (SOMA, Self-Ordered Magnetic Array) ¨ Технология PST (Probe Storage Technology)-массив сканирующих ¨ микроскопов

Heat Assisted Magnetic Recording. Изменение магнитных свойств при нагреве. n Улучшением технологии перпендикулярной записи является HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) – запись с предварительным нагревом с помощью лазера. Этот метод предусматривает кратковременный (1 пикосекунда) нагрев участка, на который производится запись, до 100 градусов Цельсия.

Изменение магнитных свойств при нагреве. n n При нагреве магнитные частицы получают больше энергии, и головке записи уже не нужно генерировать поле большой напряженности. После записи в записываемом слое оказываются частицы с большей энергетикой, а это означает повышенную стабильность. Внедрение этой технологии потребует использования в качестве записывающего слоя принципиально новых материалов с высоким уровнем анизотропности. Речь может идти о таких сплавах, как Fe 14 Nd 2 B, Co. Pt, Fe. Pt или даже Co 5 Sm. Стоят они очень дорого.

HDD с двумя раздельными головками Специалисты из Seagate n n n всерьез полагают, что в HAMR винчестерах придется ставить 2 раздельные головки. Наиболее необычным является считывающий элемент – это оптическая головка! Точнее, не совсем оптическая, в ней будет использоваться специальное твердотельное зеркало (Planar Solid Immersion Mirror). HAMR позволит добиться плотности записи как минимум 1 Тбит/дюйм 2. Теоретически же такой материал как Fe. Pt позволяет повысить плотность в 10 раз! Первые реальные образцы жестких дисков с HAMR следует ждать к 2010 году.

Bit Patterned Media n n n Еще одно перспективное направление – использование материалов, частицы в которых выстроены в битовый массив (Bit Patterned Media). В результате бит информации хранится в одной ячейке-домене, а не в массиве из 70 -100 доменов. 1 – область, хранящая бит при стандартном подходе; 2 – массив, границы которого совпадают с границами частиц; 3 – одна частица в идеале может хранить 1 бит

Самоорганизующиеся магнитные материалы (SOMA, Self-Ordered Magnetic Array) n n Поиск самоорганизующихся магнитных материалов (SOMA, Self-Ordered Magnetic Array) – весьма перспективное направление. Уже несколько лет специалисты Seagate указывают на особенности сплава Fe. Pt, выпариваемого в гексановом растворителе. Полученный материал имеет идеально ровную ячеистую структуру. Размер одной ячейки – 2, 4 нм. Если учесть, что каждый домен обладает высокой стабильностью, можно говорить о допустимой плотности записи на уровне 40 -50 Тбит/дюйм 2! Похоже, это и есть окончательный предел записи на магнитные носители.

Технология PST (Probe Storage Technology) массив сканирующих микроскопов n . Еще одно оригинальное направление связано с отказом от стандартной технологии доступа к данным. Долой вращающиеся диски! Значительно повысить скорость доступа и надежность накопителя сможет диск (или квадрат? !), построенный на технологии PST (Probe Storage Technology).

Прочие технологии n n Голографические и оптические 3 D технологии сталкиваются с проблемами в поисках подходящего материала, обеспечения возможности перезаписи и просто запредельной итоговой цены решения. Flash-технологии показывают огромный рост в последние годы, но до сих пор не могут тягаться с жесткими дисками по стоимости в пересчете на гигабайт. Емкость таких накопителей пока довольно небольшая, а скорость записи довольно низкая. Что остается? Молекулярная запись? Но эта технология так и не продвинулась дальше теоретического обоснования. Считать ее конкурентом не приходится. Сделаем вывод. Ближайшие 5 -10 лет обещают быть весьма интересными. Появятся новые типы жестких дисков, начнется гонка объемов, в продажу поступят HDD емкостью 5, а может и 50 Терабайт…

Основные характеристики накопителей n n n Ёмкость (capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 2000 Гб. В отличие от принятой в информатике (случайно) системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило=1024, мега=1 048 576 и т. д. ; позже для этого были не очень успешно введены двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр. , «настоящая» ёмкость жёсткого диска, маркированного как « 200 Гб» , составляет 186, 2 Ги. Б.

Основные характеристики накопителей n Физический размер (форм-фактор) (dimension) — почти все современные (2001— 2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3, 5, либо 2, 5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Так же получили распространение форматы — 1, 8 дюйма, 1, 3 дюйма, 1 дюйм и 0, 85 дюйма. Прекращено производство накопителей в формфакторах 8 и 5, 25 дюймов. n Время произвольного доступа (random access time) — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик от 2, 5 до 16 мс, как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15 K 147 — 3, 7 мс), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400. 3 — 12, 5).

Основные характеристики накопителей n Скорость вращения шпинделя (spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об. /мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). n Надёжность (reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures, MTBF). n Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп. /сек при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп. /сек при последовательном доступе. Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств. n

Основные характеристики накопителей n n n Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 д. Б и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования. Сопротивляемость ударам (G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии. Скорость передачи данных (Transfer Rate): Внутренняя зона диска: от 44, 2 до 74, 5 Мб/с Внешняя зона диска: от 60, 0 до 111, 4 Мб/с n Объём буфера: Буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных (2008 год) HDD он обычно варьируется от 8 до 32 Мб.

Основные характеристики накопителей n n Производительность диска зависит от многих факторов. Чтобы считать или записать сектор, головка должна переместиться на нужное расстояние от оси. Этот процесс называется поиском. Среднее время поиска между дорожками, взятыми наугад, составляет от 5 до 10 мс, а поиск между смежными дорожками — менее 1 мс. Когда головка помещается на нужное расстояние от центра, выжидается некоторое время (оно называется временем ожидания сектора), пока нужный сектор не окажется под головкой. Большинство дисков вращаются со скоростью 5400, 7200 или 10 800 оборотов в минуту. Таким образом, среднее время ожидания сектора (половина оборота) составляет от 3 до 6 мс. Время передачи информации зависит от плотности записи и скорости вращения. При скорости передачи от 20 до 40 Мбайт в секунду время передачи одного сектора (512 байт) составляет от 13 до 26 мкс. Следовательно, время поиска и время ожидания сектора определяет время передачи информации. Ясно, что считывание секторов из разных частей диска неэффективно.

Интерфейсы современных накопителей n Накопители могут подключаться к компьютеру с использованием различных интерфейсов: Ø ATA (AT Attachment, он же IDE — Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA), EIDE, Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, Fire. Wire, USB, SDIO Fibre Channel. Ø Ø Ø Ø

Характеристики интерфейсов Пропускная Количество способ накопи ность, телей Мбит/с на канал Число прово днико вв кабеле Другие особенности Ultra. ATA/133 1064 2 40/80 Controller+2 Slave, горячая замена невозможна SATA/300 2400 1 4 Host/Slave, возможна горячая замена на некоторых контроллерах Fire. Wire/400 Fire. Wire/800 USB 2. 0 Ultra-320 SCSI 400 63 4/6 устройства равноправны, горячая замена возможна 800 63 4/6 устройства равноправны, горячая замена возможна 480 127 4 Host/Slave, горячая замена возможна 2560 16 50/68 устройства равноправны, горячая замена возможна SAS 3000 e. SATA 2400 Свыше 16384 1 (с умножи телем портов до 15) горячая замена; возможно подключение SATAустройств в SAS-контроллеры 4 Host/Slave, горячая замена возможна

Интерфейс АТА/IDE n Предварительное название интерфейса было PC/AT Attachment ( «Соединение с PC/AT» ), так как он предназначался для подсоединения к 16 -битной шине ISA, известной тогда как шина AT. В окончательной версии название переделали в «AT Attachment» для избегания проблем с торговыми марками.

Интерфейс АТА/IDE n n ATA (Advanced Technology Attachment), Присоединение по продвинутой технологии) — параллельный интерфейс подключения накопителей (жёстких дисков и оптических приводов) к компьютеру. В 90 -е годы XX века был стандартом на платформе IBM PC; в настоящее время вытесняется своим последователем — SATA. Разные версии ATA известны под синонимами IDE, EIDE, UDMA, ATAPI; с появлением SATA также получил название PATA (Parallel ATA). Первоначальная версия стандарта была разработана в 1986 году фирмой Western Digital и по маркетинговым соображениям получила название IDE (Integrated Drive Electronics, «Электроника, встроенная в привод» ). В стандарте АТА определён интерфейс между контроллером и накопителем, а также передаваемые по нему команды. К каждому каналу можно подключить 2 устройства (master и slave), но в каждый момент времени может работать лишь одно устройство.

Принцип адресации CHS n Принцип адресации CHS заложен в названии. n Первоначально блок головок устанавливается позиционером на требуемую дорожку (Cylinder), после этого выбирается требуемая головка (Head), а затем считывается информация из требуемого сектора (Sector).

Интерфейс EIDE ( «расширенный IDE» ) n Стандарт EIDE (Enhanced IDE, т. е. «расширенный IDE» ), появившийся вслед за IDE, позволял использование приводов ёмкостью, превышающей 528 МБ (504 Ми. Б), вплоть до 8, 4 ГБ. n Хотя эти аббревиатуры возникли как торговые, а не официальные названия стандарта, термины IDE и EIDE часто употребляются вместо термина ATA. После введения в 2003 году стандарта Serial ATA ( «Последовательный ATA» ), традиционный ATA стали именовать Parallel ATA, имея в виду способ передачи данных по 40 -жильному кабелю. n Позднее расширенный стандарт дававший возможность подключения к оптическим дискам получил название Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), в связи с чем полное наименование стандарта выглядит как ATA/ATAPI.

Режимы работы IDE PIO DMA n n n Важным этапом в развитии ATA стал переход от PIO (Programmed input/output, Программный ввод/вывод) к DMA (Direct memory access, Прямой доступ к памяти). При использовании PIO считыванием данных с диска управлял центральный процессор компьютера (CPU), что приводило к повышенной нагрузке на процессор и замедлению работы в целом. Введение DMA существенно снизило затраты процессорного времени на операции с диском. В данной технологии потоком данных управляет сам накопитель, считывая данные в память или из памяти почти без участия CPU, который выдаёт лишь команды на выполнение того или иного действия.

Интерфейс АТА-3/UDMA 33 n В дальнейшем развитии стандарта (АТА-3) был введён дополнительный режим Ultra. DMA 2 (UDMA 33). Этот режим имеет временные характеристики DMA Mode 2, однако данные передаются и по переднему, и по заднему фронту сигнала DIOR/DIOW. Это вдвое увеличивает скорость передачи данных по интерфейсу. n Также введена проверка на чётность CRC, что повышает надёжность передачи информации.

Кабели IDE (Шлейфы) n n n Для подключения жёстких дисков с интерфейсом PATA обычно используется 40 -проводный кабель (именуемый также шлейфом). Каждый шлейф обычно имеет два или три разъёма, один из которых подключается к разъёму контроллера на материнской плате (в более старых компьютерах этот контроллер размещался на отдельной плате расширения), а один или два других подключаются к дискам. В один момент времени шлейф P-ATA передаёт 16 бит данных. Иногда встречаются шлейфы IDE, позволяющие подключение трёх дисков к одному IDE каналу, но в этом случае один из дисков работает в режиме read-only.

Ultra DMA/66 (UDMA 4) n Долгое время шлейф ATA содержал 40 проводников, но с введением режима Ultra DMA/66 (UDMA 4) появилась его 80 проводная версия. n Все дополнительные проводники — это проводники заземления, чередующиеся с информационными проводниками. Такое чередование проводников уменьшает ёмкостную связь между ними, тем самым сокращая взаимные наводки. Ёмкостная связь является проблемой при высоких скоростях передачи, поэтому данное нововведение было необходимо для обеспечения нормальной работы установленной спецификацией UDMA 4 скорости передачи 66 МБ/с (мегабайт в секунду). n Более быстрые режимы UDMA 5 и UDMA 6 также требуют 80 проводного кабеля.

Ведущий / ведомый n n n Если к одному шлейфу подключены два устройства, одно из них обычно называется ведущим ( master), а другое ведомым ( slave). Термины «ведущий» и «ведомый» были заимствованы из промышленной электроники (где указанный принцип широко используется при взаимодействии узлов и устройств), но в данном случае являются некорректными, и потому не используются в текущей версии стандарта ATA. Более правильно называть ведущий и ведомый диски соответственно device 0 (устройство 0) и device 1 (устройство 1). Существует распространённый миф, что ведущий диск руководит доступом дисков к каналу. На самом деле управление доступом дисков и очерёдностью выполнения команд осуществляют контроллер (которым, в свою очередь, управляет драйвер операционной системы). То есть фактически оба устройства являются ведомыми по отношению к контроллеру.

Интерфейс SCISI Существует несколько стандартов SCSI: n SE ( single-ended) - ассиметричный SCSI, для передачи каждого сигнала используется отдельный проводник. n LVD ( low-voltage-differential) — интерфейс дифференциальной шины низкого напряжения, сигналы положительной и отрицательной полярности идут по разным физическим проводам - витой паре. На один сигнал приходится по одной витой паре проводников. Используемое напряжение при передаче сигналов ± 1, 8 В. n HVD ( high-voltage-differential) — интерфейс дифференциальной шины высокого напряжения, отличается от LVD повышенным напряжением и специальными приемопередатчиками.

Стандарты SCISI-1 и SCISI-2 n n Первый стандарт SCSI имеет 50 -контактный неэкранированный разъем для внутрисистемных соединений и аналогичный экранированный разъем типа Centronics (Alternative 2) для внешних подключений. Передача сигналов осуществляется 50 контактным кабелем типа - A-50 на 8 разрядной (битной) шине. В стандарте SCSI-2 для 8 битной шины предусматривался кабель типа A, который как и в SCSI-1 поддерживал 50 -контактными разъемами типа D с уменьшенным шагом выводов (Alternative 1). Разъемы типа Centronics (Alternative 2) в SCSI-2 построенны 8 и 16 битной шине. Передача информации осуществляется по 68 контактным кабелям типа - A-68 и P-68(Wide). Для 32 битной версии шины был предусмотрен тип кабеля B, который должен был параллельно подключаться одновременно с кабелем A в одно устройство. Однако кабель B не получил широкого признания и из стандарта SCSI-3 исключен.

Стандарт SCISI-3 n n В стандарте SCSI-3 кабеля A-68 и P-68 поддерживались экранированными, либо неэкранированными разъемами типа D. Кабели в SCSI-3 снабжены фиксаторами-защелками, а не проволочными кольцами, как разъемы Centronics. Начиная с этой версии SCSI в массивах накопителей используется 80 контактный разъем, называемый Alternative 4. Накопители с таким разъемом поддерживают "горячее" подключение устройств, т. е. устройства SCSI можно подключать и отключать при включенном питании.

Интерфейсы SCISI Наименовани Разрядность е шины Частота шины Пропускная способность Максимальная длина кабеля Максимальное количество устройств SCSI 8 бит 5 МГц 5 МБайт/сек 6 м 8 Fast SCSI 8 бит 10 МГц 10 МБайт/сек 1, 5 -3 м 8 Wide SCSI 16 бит 10 МГц 20 МБайт/сек 1, 5 -3 м 16 Ultra SCSI 8 бит 20 МГц 20 МБайт/сек 1, 5 -3 м 5 -8 Ultra Wide SCSI 16 бит 20 МГц 40 МБайт/сек 1, 5 -3 м 5 -8 Ultra 2 SCSI 8 бит 40 МГц 40 МБайт/сек 12 м 8 Ultra 2 Wide SCSI 16 бит 40 МГц 80 МБайт/сек 12 м 16 Ultra 3 SCSI 16 бит 40 МГц DDR 160 МБайт/сек 12 м 16 Ultra-320 SCSI 16 бит 80 МГц DDR 320 МБайт/сек 12 м 16

Особенности подключения n n Каждое устройство на SCSI-шине имеет как минимум один номер логического устройства (LUN — Logical Unit Number). В некоторых более сложных случаях одно физическое устройство может представляться набором LUN. Семейство стандартов SCSI включает в себя ряд стандартов уровня аппаратуры, стандарты SAM и SPC, описывающие главнейшие команды и структуры типа развернутой информации об ошибке, и специфичных для класса устройств стандартов. Терминирование n Параллельные шины SCSI всегда должны терминироваться с обеих сторон для обеспечения нормального функционирования. Подавляющее большинство контроллеров и многие устройства имеют возможность автотерминирования — использования встроенного терминатора.

Интерфейс Serial ATA (SATA) n SATA ( Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. n SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA).

Интерфейс Serial ATA (SATA) n n 2002 году появились первые образцы жестких дисков с интерфейсом Serial ATA (SATА/150), максимальная пропускная способность которого составила 150 Мбайт/с (или 1, 5 Гбит/с), а в 2003 году практически все производители жестких дисков начали серийное производство. Разработка этого интерфейса началась задолго до этого времени. В 2004 году максимальная скорость передачи данных через этот интерфейс увеличилась в два раза и составила 300 Мбайт/с. А к 2007 году максимальная скорость передачи данных составила 600 Мбайт/с.

Преимущества SATA n n SATA использует 7 -контактный разъём вместо 40 -контактного разъёма у PATA. SATA-кабель имеет меньшую площадь, за счёт чего уменьшается сопротивление воздуху, обдувающему комплектующие компьютера, упрощается разводка проводов внутри системного блока. SATA-кабель за счёт своей формы более устойчив к многократному подключению. Питающий шнур SATA так же разработан с учётом многократных подключений. Разъём питания SATA подаёт 3 напряжения питания: +12 В, +5 В и +3, 3 В; однако современные устройства могут работать без напряжения +3, 3 В, что даёт возможность использовать пассивный переходник со стандартного разъёма питания IDE на SATA. Ряд SATA устройств поставляется с двумя разъёмами питания: SATA и Molex.

Преимущества SATA n Стандарт SATA отказался от традиционного для PATA подключения по два устройства на шлейф; каждому устройству полагается отдельный кабель, что снимает проблему невозможности одновременной работы устройств, находящихся на одном кабеле (и возникавших отсюда задержек), уменьшает возможные проблемы при сборке (проблема конфликта Slave/Master устройств для SATA отсутствует), устраняет возможность ошибок при использовании нетерминированных PATA-шлейфов. n Стандарт SATA предусматривает горячую замену устройств и функцию очереди команд (NCQ, начиная с SATA/300). n И конечно же, самое главное достоинство интерфейса — простота подключения. В отличие от параллельного АТА, к каждому разъему контроллера SATA может присоединяться только один диск, что позволяет вообще отказаться от настроек в BIOS материнской платы, а также от перемычек на жестких дисках.

Недостатки SATA n n n Конечно же, у нового интерфейса имеются и недостатки, хотя и не очень значительные. Все разъемы, как сигнальные, так и те, которые служат для подачи питания, чисто конструктивно имеют меньшую прочность, чем применяемые ранее. Различные производители по-разному и с переменным успехом борются с этой проблемой, но оптимальное решение пока так и не найдено. Впрочем, этот недостаток настолько незначителен, а неоспоримые преимущества перспективы интерфейса Serial ATA настолько велики, что при покупке или сборке нового компьютера лучше приобретать диски именно с этим интерфейсом. В отличие от IDE-дисков все новейшие диски с интерфейсов SATA представляют собой самые современные разработки с высокой плотностью записи и оснащаются буфером объемом не меньше 8 Мбайт.

Интерфейс Serial ATA II n Интерфейс Serial ATA II имеет ряд преимуществ перед своим предшественником. Скорость передачи данных — 300 Мбайт/с. Внедрена поддержка технологии Native Command Queue (NCQ), которая позволяет достичь указанной скорости.

Интерфейс Serial ATA II n n n Диск имеет внутреннюю очередь команд, в которой они перераспределяются таким образом, что несколько команд выполняются одной транзакцией. Внедрение этой технологии поставит SATA II винчестеры в один ряд со SCSI-дисками. Появилась также возможность «горячего подключения» дисков, то есть теперь диски могут подключаться во время работы всей системы. Все вышесказанное делает данную серию дисков привлекательной для использования в high-end рабочих станциях, серверах и сетевых хранилищах данных. Для работы NCQ необходима поддержка не только со стороны жесткого диска, но и со стороны контроллера. К сожалению, некоторые контроллеры, интегрированные на современных материнских платах, эту технологию не поддерживают, поэтому для многих пользователей NCQ окажется недоступной, если не купить дополнительный контроллер. К тому же, на компьютере с одним-двумя запущенными приложениями она не даст заметного преимущества.

Интерфейс Serial ATA 3 n Спецификация SATA Revision 3. 0 предусматривает возможность передачи даннных на скорости до 6 Гбит/с (600 МБ/с). В числе улучшений SATA Revision 3. 0 по сравнению с предыдущей версией спецификации, помимо более высокой скорости, можно отметить улучшенное управление питанием. n Также будет сохранена совместимость, как на уровне разъемов и кабелей SATA, так и на уровне протоколов обмена. Консорциум SATA-IO предостерегает от применения для обозначения поколений SATA доморощенных терминов вроде SATA III, SATA 3. 0 или SATA Gen 3. n Полное правильное название спецификации — SATA Revision 3. 0; название интерфейса — SATA 6 Gb/s.

Интерфейс e. SATA n n n n e. SATA (External SATA) — интерфейс подключения внешних устройств, поддерживающий режим «горячей замены» (Hot-plug). Был создан несколько позже SATA (в середине 2004). Основные особенности e. SATA: Разъёмы менее хрупкие и конструктивно рассчитаны на большее число подключений(~9000). Требует для подключения два провода: шину данных и кабель питания. В новых спецификациях планируется отказаться от отдельного кабеля питания для выносных e. SATA устройств. Длина кабеля увеличена до 2 м (по сравнению с 1 м у SATA). Средняя практическая скорость передачи данных выше, чем у USB или IEEE 1394. Существенно меньше нагружается центральный процессор. Уменьшены требования к сигнальным напряжениям по сравнению с SATA.

Технология SMART n S. M. A. R. T. ( Self Monitoring Analysing and Reporting Technology) — технология оценки состояния жёсткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя.

S. M. A. R. T. ( Self Monitoring Analysing and Reporting Technology n Первый жесткий диск, обладающий системой самодиагностики, был представлен в 1992 г. фирмой IBM в дисковых массивах IBM 9337 для серверов AS/400, использующих IBM 0662 SCSI-2 диски. Технология была названа Predictive Failure Analysis (PFA). Измерялось несколько ключевых параметров и их оценка велась непосредственно в firmware диска. Результат был ограничен одним битом: либо хорошо, либо значение тестируемого параметра сомнительное и может скоро привести диск к выходу из строя. n Позже компаниями Compaq, Seagate, Quantum, Conner была разработана другая технология, названная Intelli. Safe. В ней был общий протокол выдачи информации о состоянии жесткого диска, но измеряемые параметры и их пороги каждая компания определяла самостоятельно. В начале 1995 г. Compaq предложила провести стандартизацию, что было поддержано IBM, Seagate, Quantum, Conner, Western Digital (Western Digital на тот момент еще не имели системы слежения за параметрами жесткого диска). За основу была взята технология Intelli. Safe. Совместно разработанный стандарт назвали S. M. A. R. T. n

S. M. A. R. T. ( Self Monitoring Analysing and Reporting Technology n SMART I предусматривал мониторинг основных параметров и запускался только после команды по интерфейсу. n При разработке SMART II подключилась Hitachi, предложив методику полной самодиагностики накопителя (extended selftest), также появилась функция журналирования ошибок. n В SMART III появилась функция обнаружения дефектов поверхности и возможность их восстановления «прозрачно» для пользователя.

Показатели SMART n SMART производит наблюдение за основными характеристиками накопителя, каждая из которых получает оценку. Характеристики можно разбить на две группы: 1. параметры, отражающие процесс естественного старения жёсткого диска (число оборотов шпинделя, число перемещений головок, количество циклов включения-выключения); 2. текущие параметры накопителя (высота головок над поверхностью диска, число переназначенных секторов, время поиска дорожки и количество ошибок поиска).

Показатели SMART n n Данные хранятся в шестнадцатиричном виде, называемом «raw value» , а потом пересчитываются в «value» , значение, символизирующее надёжность относительно некоторого эталонного значения. Обычно «value» располагается в диапазоне от 0 до 100 (некоторые атрибуты имеют значения от 0 до 200 и от 0 до 253). Высокая оценка говорит об отсутствии изменений данного параметра или медленном его ухудшении. Низкая говорит о возможном скором сбое. Значение, меньшее, чем минимальное, при котором производителем гарантируется безотказная работа накопителя, означает выход узла из строя.

Возможности SMART n 1. 2. 3. n Технология SMART позволяет осуществлять: мониторинг параметров состояния; сканирование поверхности с автоматической заменой сомнительных секторов на надежные. Следует заметить, что технология SMART позволяет предсказывать выход устройства из строя в результате механических неисправностей, что составляет около 60 % причин, по которым винчестеры выходят из строя. Предсказать последствия скачка напряжения или повреждения накопителя в результате удара SMART неспособен.

Параметры SMART 01 n n Raw Read Error Rate *КРИТИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР* Частота ошибок при чтении данных с диска, происхождение которых обусловлено аппаратной частью диска. 02 n n Throughput Performance Общая производительность диска. Если значение атрибута уменьшается, то велика вероятность, что с диском есть проблемы. 03 n n Spin-Up Time *КРИТИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР* Время раскрутки пакета дисков из состояния покоя до рабочей скорости. 04 n n Start/Stop Count Полное число запусков/остановок шпинделя. У дисков некоторых производителей (например, Seagate) — счётчик включения режима энергосбережения. В поле raw value хранится общее количество запусков/остановок диска.

Параметры SMART 05 n n Reallocated Sectors Count *КРИТИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР* Число операций переназначения секторов. Когда диск обнаруживает ошибку чтения/записи, он помечает сектор «переназначенным» , и переносит данные в специально отведенную область. Вот почему на современных жёстких дисках нельзя увидеть badблоки — все они спрятаны в переназначенных секторах. Этот процесс называют remapping, а переназначенный сектор — remap. Чем больше значение, тем хуже состояние поверхности дисков. Поле raw value содержит общее количество переназначенных секторов. 06 n n Read Channel Margin Запас канала чтения. Назначение этого атрибута не документировано. В современных накопителях не используется.

Параметры SMART 07 n n Seek Error Rate *КРИТИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР* Частота ошибок при позиционировании блока головок. Чем их больше, тем хуже состояние механики и/или поверхности жёсткого диска. 08 n n Seek Time Performance Средняя производительность операции позиционирования магнитными головками. Если значение атрибута уменьшается, то велика вероятность проблем с механической частью. 09 n n Power-On Hours (POH) Число часов, проведённых во включенном состоянии. В качестве порогового значения для него выбирается паспортное время наработки на отказ (MTBF — mean time between failure). 10 n n Spin-Up Retry Count *КРИТИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР* Число повторных попыток раскрутки дисков до рабочей скорости в случае, если первая попытка была неудачной. Если значение атрибута увеличивается, то велика вероятность неполадок с механической частью.

Параметры SMART 11 n n Recalibration Retries Количество повторов запросов рекалибровки в случае, если первая попытка была неудачной. Если значение атрибута увеличивается, то велика вероятность проблем с механической частью. 12 n n Device Power Cycle Count Количество полных циклов включения-выключения диска. 13 n n Soft Read Error Rate Число ошибок при чтении по вине программного обеспечения. 190 n n Airflow Temperature (WDC) Температура воздуха внутри корпуса жёсткого диска для дисков Western Digital. Для дисков Seagate рассчитывается по формуле (100 — HDA temperature). 191 n n G-sense error rate Количество ошибок, возникающих в результате ударных нагрузок

Параметры SMART 192 n n Power-off retract count Number of power-off or emergency retract cycles 193 n n Load/Unload Cycle Количество циклов перемещения блока магнитных головок в парковочную зону/в рабочее положение. 194 n n HDA temperature Здесь хранятся показания встроенного термодатчика. 195 n n Hardware ECC Recovered Число ошибок передачи данных по шине данных, которые удалось восстановить аппаратно. На SATA-дисках значение ухудшается обычно при «разгоне» частоты системной шины — SATA-интерфейс очень чувствителен к «разгону» компьютера. 196 n n Reallocation Event Count *КРИТИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР* Число операций переназначения. В поле «raw value» атрибута хранится общее число попыток переноса информации с переназначенных секторов в резервную область. Учитываются как успешные, так и неуспешные попытки.

Параметры SMART 197 n n Current Pending Sector Count *КРИТИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР* В поле хранится число секторов, являющихся кандидатами на замену. Они не были ещё определены как плохие, но считывание с них отличается от чтения стабильного сектора, это так называемые подозрительные или нестабильные сектора. В случае успешного последующего прочтения сектора он исключается из числа кандидатов. В случае повторных ошибочных чтений накопитель пытается восстановить его и выполняет операцию переназначения. 198 n n Uncorrectable Sector Count *КРИТИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТР* Число неисправимых ошибок при обращении к сектору{Возможно, имелось в виду «число некорректируемых секторов» , но никак не число самих ошибок!}. В случае увеличения числа ошибок велика вероятность критических дефектов поверхности и/или механики накопителя. 199 n n Ultra. DMA CRC Error Count Число ошибок, возникающих при передаче данных по внешнему интерфейсу. 200 n n Write Error Rate / Multi-Zone Error Rate Показывает общее количество ошибок, происходящих при записи сектора. Может служить показателем качества поверхности и механики накопителя.

Параметры SMART 201 n n Soft read error rate Number of off-track errors 202 n n Data Address Mark errors Number of Data Address Mark (DAM) errors (or) vendor-specific 203 n n Run out cancel Количество ошибок ECC 204 n n Soft ECC correction Количество ошибок ECC, скорректированных программным способом. 205 n n Thermal asperity rate (TAR) Number of thermal asperity errors 206 n n Flying height Высота между головкой и поверхностью диска. 207 n n Spin high current Amount of high current used to spin up the drive 208 n n Spin buzz Number of buzz routines to spin up the drive

Параметры SMART 209 n n Offline seek performance Drive’s seek performance during offline operations 220 n n Disk Shift *КРИТИЧЕСКИЙ* Дистанция смещения блока дисков относительно шпинделя. В основном возникает из-за удара или падения. Единица измерения неизвестна. 221 n n G-Sense Error Rate Число ошибок, возникших из-за внешних нагрузок и ударов. Атрибут хранит показания встроенного датчика удара. 222 n n Loaded Hours Время, проведённое блоком магнитных головок между выгрузкой из парковочной области в рабочую область диска и загрузкой блока обратно в парковочную область. 223 n n Load/Unload Retry Count Количество новых попыток выгрузок/загрузок блока магнитных головок в/из парковочной области после неудачной попытки. 224 n n Load Friction Величина силы трения блока магнитных головок при его выгрузке из парковочной области. 226 n n Load 'In'-time Время, за которое привод выгружает магнитные головки из парковочной области на рабочую

Параметры SMART 227 n n Torque Amplification Count Количество попыток скомпенсировать вращающий момент. 228 n n Power-Off Retract Cycle Количество повторов автоматической парковки блока магнитных головок в результате выключения питания. 230 n n GMR Head Amplitude Амплитуда «дрожания» (расстояние повторяющегося перемещения блока магнитных головок) 231 n n Temperature Температура жёсткого диска 240 n n Head flying hours Время позиционирования головки 250 n n Read error retry rate Число ошибок во время чтения жёсткого диска

RAID-массивы n n n Вопросы повышения производительности и надежности дисковой подсистемы весьма сложен. Рост вычислительных мощностей современных процессоров привел к тому, что наблюдается явный дисбаланс между возможностями жестких дисков и потребностями процессоров. При этом не спасают ни дорогие SCSI-диски, ни уж тем более IDE-диски. Отчасти решить данную проблему позволяет наличие нескольких дисков. Конечно, само по себе наличие двух или более жестких дисков на компьютере или на сервере не спасает — нужно заставить эти диски работать совместно (параллельно) друг с другом так, чтобы это позволило повысить производительность дисковой подсистемы на операциях записи/чтения. При этом, используя несколько жестких дисков, можно добиться повышения не только производительности, но и надежности хранения данных, так чтобы выход из строя одного из дисков не приводил к потере информации.

RAID-массивы n Такой подход к организации систем хранения был предложен в 1987 году американскими исследователями Паттерсоном, Гибсоном и Катцом из Калифорнийского университета Беркли. n В своей статье «A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Discs, RAID» ( «избыточный массив недорогих дисков» ) они описали, каким образом можно объединить несколько дешевых жестких дисков в одно логическое устройство так, чтобы в результате повышались емкость и быстродействие системы, а отказ отдельных дисков не приводил к отказу всей системы.

Технология RAID n RAID ( redundant array of independent/inexpensive disks) избыточный массив независимых/недорогих жёстких дисков — массив из нескольких дисков управляемых контроллером, взаимосвязанных скоростными каналами и воспринимаемых как единое целое. n В зависимости от типа используемого массива может обеспечивать различные степени отказоустойчивости и быстродействия. n Служит для повышения надёжности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи информации (RAID 0).

Технология RAID n Итак, RAID — это избыточный массив независимых дисков (Redundant Arrays of Independent Discs), на который возлагается задача обеспечения отказоустойчивости и повышения производительности. n Отказоустойчивость достигается за счет избыточности. То есть часть емкости дискового пространства отводится для служебных целей, становясь недоступной для пользователя. n Повышение производительности дисковой подсистемы обеспечивается одновременной работой нескольких дисков, и в этом смысле, чем больше дисков в массиве (до определенного предела), тем лучше.

Модель параллельного доступа n n n Совместную работу дисков в массиве можно организовать с использованием либо параллельного, либо независимого доступа. При параллельном доступе дисковое пространство разбивается на блоки (полоски) для записи данных. Аналогично, информация, подлежащая записи на диск, разбивается на такие же блоки. При записи отдельные блоки записываются на различные диски, причем запись нескольких блоков на различные диски происходит одновременно, что и приводит к увеличению производительности в операциях записи. Нужная информация также считывается отдельными блоками одновременно с нескольких дисков, что также способствует росту производительности пропорционально количеству дисков в массиве.

Модель параллельного доступа n n n Следует отметить, что модель с параллельным доступом реализуется только при условии, что размер запроса на запись данных больше размера самого блока. В противном случае реализовать параллельную запись нескольких блоков просто невозможно. Представим ситуацию, когда размер отдельного блока составляет 8 Кбайт, а размер запроса на запись данных — 64 Кбайт. В этом случае исходная информация нарезается на восемь блоков по 8 Кбайт каждый. Если имеется массив из четырех дисков, то одновременно можно записать четыре блока, или 32 Кбайт, за один раз. Очевидно, что в рассмотренном примере скорость записи и скорость считывания окажутся в четыре раза выше, чем при использовании одного диска. Однако такая ситуация является идеальной, поскольку далеко не всегда размер запроса кратен размеру блока и количеству дисков в массиве.

Модель последовательного доступа n n n Если размер записываемых данных меньше размера блока, то реализуется принципиально иная модель доступа — независимый доступ. Более того, эта модель может быть реализована и в том случае, когда размер записываемых данных больше размера одного блока. При независимом доступе все данные отдельного запроса записываются на отдельный диск, то есть ситуация идентична работе с одним диском. Преимущество модели с параллельным доступом в том, что при одновременном поступлении нескольких запросов на запись (чтение) все они будут выполняться независимо, на отдельных дисках. Подобная ситуация типична, например, в серверах.

Уровни RAID n В соответствии с различными типами доступа существуют и различные типы RAID-массивов, которые принято характеризовать уровнями RAID. Кроме типа доступа, уровни RAID различаются способом размещения и формирования избыточной информации. n Избыточная информация может либо размешаться на специально выделенном диске, либо перемешиваться между всеми дисками. n Способов формирования этой информации несколько больше. Простейший из них — это полное дублирование (100 -процентная избыточность), или зеркалирование. Кроме того, используются коды с коррекцией ошибок, а также вычисление четности.

Уровни RAID n n • • • В настоящее время существует несколько стандартизированных RAID-уровней: от RAID 0 до RAID 6. К тому же, используются комбинации этих уровней, например 0 + 1. Наиболее распространенными являются уровни 0, 1 и 5. Калифорнийский университет в Беркли представил следующие уровни спецификации RAID, которые были приняты как стандарт де-факто: RAID 0 представлен как неотказоустойчивый дисковый массив. RAID 1 определён как зеркальный дисковый массив. RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга. RAID 3, 4, 5 используют чётность для защиты данных от одиночных неисправностей. RAID 6 используют чётность для защиты данных от двойных неисправностей

RAID уровень 0 n RAID уровня 0, строго говоря, не является избыточным массивом и не обеспечивает надежности хранения данных. Тем не менее данный уровень находит широкое применение в случаях, когда необходимо обеспечить высокую производительность дисковой подсистемы. Особенно популярен этот уровень в рабочих станциях. n При создании RAID-массива уровня 0 информация разбивается на блоки, которые записываются на отдельные диски, то есть создается система с параллельным доступом (если, конечно, размер блока это позволяет). Благодаря возможности одновременного ввода-вывода с нескольких дисков RAID 0 обеспечивает максимальную скорость передачи данных и максимальную эффективность использования дискового пространства, поскольку не требуется места для хранения контрольных сумм. Реализация этого уровня очень проста. n

RAID уровень 0 n n RAID 0 ( «Striping» ) — дисковый массив из двух или более жёстких дисков с отсутствием избыточности. Информация разбивается на блоки данных (Ai) и записывается на оба/несколько дисков одновременно. (+): За счёт этого существенно повышается производительность (от количества дисков зависит кратность увеличения производительности). (+): RAID 0 может быть реализован как программно, так и аппаратно. (−): Страдает надёжность всего массива (при выходе из строя любого из входящих в RAID 0 винчестеров полностью и безвозвратно пропадает вся информация). В соответствии с теорией вероятностей, надёжность массива RAID 0 равна произведению вероятностей безотказной работы составляющих его дисков, каждая из которых меньше единицы, таким образом совокупная надёжность заведомо ниже надёжности любого из дисков.

RAID уровень 1 n n RAID уровня 1 — это массив дисков со 100 -процентной избыточностью. То есть данные при этом просто полностью дублируются (зеркалируются), за счет чего достигается очень высокий уровень надежности (как, впрочем, и стоимости). этот уровень удваивает скорость считывания информации, так как эта операция может выполняться одновременно с двух дисков. Такая схема хранения информации используется в основном в тех случаях, когда цена безопасности данных намного выше стоимости реализации системы хранения.

RAID уровень 1 n n (+): Обеспечивает приемлемую скорость записи и выигрыш по скорости чтения при распараллеливании запросов. (+): Имеет высокую надёжность — работает до тех пор, пока функционирует хотя бы один диск в массиве. (-): Недостаток заключается в том, что приходится выплачивать стоимость двух жёстких дисков, получая полезный объем одного жёсткого диска (классический случай, когда массив состоит из двух дисков). на практике при выходе из строя одного из дисков следует срочно принимать меры — вновь восстанавливать избыточность. Для этого с любым уровнем RAID (кроме нулевого) рекомендуют использовать диски горячего резерва Hot Spare. Достоинство такого подхода — поддержание постоянной надёжности. Недостаток — ещё большие издержки (то есть стоимость трёх винчестеров для хранения объёма одного диска).

RAID 2 n n n Массив с использованием ошибкоустойчивого кода Хемминга. Данный код позволяет исправлять и обнаруживать двойные ошибки. Активно используется в памяти с коррекцией ошибок (ECC). В этом режиме диски разбиваются на две группы – одна часть используется для хранения данных и работает аналогично RAID 0, разбивая блоки данных по разным дискам; вторая часть используется для хранения ECC кодов. Из плюсов можно выделить исправление ошибок "на лету", высокую скорость потоковой передачи данных. Главным минусом является высокая избыточность (при малом числе дисков она почти двойная, n-1). При увеличении числа дисков удельное число дисков хранения ECC кодов становится меньше (снижается удельная избыточность). Вторым минусом является низкая скорость работы с мелкими файлами. Из-за громоздкости и высокой избыточности с малым числом дисков, данный уровень RAID в данное время не используется, сдав позиции более высоким уровням.

RAID 3 n n Отказоустойчивый массив с битовым чередованием и чётностью. Данный режим записывает данные по блокам на разные диски, как RAID 0, но использует ещё один диск для хранения четности. Из основных минусов надо отметить низкую скорость при работе с мелкими файлами и множеством запросов. Связано это с тем, что все контрольные коды хранятся на одном диске и при операциях ввода/вывода их необходимо переписывать. Скорость этого диска и ограничивает скорость работы всего массива. Биты чётности пишутся только при записи данных. А при чтении – они проверяются. По причине этого наблюдается дисбаланс в скорости чтения/записи.

RAID 4 n Отказоустойчивый массив с блочным чередованием и чётностью. n Данные записываются блоками на разные диски, один диск используется для хранения битов чётности. Отличие от RAID 3 заключается в том, что блоки разбиваются не по битам и байтам, а по секторам. Преимущества заключаются в высокой скорости передачи при работе с большими файлами. Также высока скорость работы с большим числом запросов на чтение. Из недостатков можно отметить доставшиеся от RAID 3 – дисбаланс в скорости операций чтения/записи и существование условий, затрудняющих параллельный доступ к данным.

RAID 5 n Дисковый массив с чередованием и распределённой чётностью. n Метод похож на предыдущий, но в нём для битов чётности выделяется не отдельный диск, а эта информация распределяется между всеми дисками. То есть, если используется N дисков, то будет доступен объём N-1 диска. Объём одного будет выделен под биты чётности, как и в RAID 3, 4. Но они хранятся не на отдельном диске, а разделены. На каждом диске есть (N-1)/N объёма информации и 1/N объёма заполнено битами чётности. Если в массиве выходит из строя один диск, то он остаётся работоспособным (данные, хранившиеся на нём, вычисляются на основе чётности и данных других дисков "на лету"). То есть, сбой проходит прозрачно для пользователя и порой даже с минимальным падением производительности (зависит от вычислительной способности RAID контроллера). Из преимуществ отметим высокие скорости чтения и записи данных, как при больших объёмах, так и при большом числе запросов. Недостатки – сложное восстановление данных и более низкая, чем в RAID 4 скорость чтения.

Комбинированные (nested) уровни RAID n n Поскольку массивы RAID являются прозрачными для ОС, то вскоре пришло время и созданию массивов, элементами которых являются не диски, а массивы других уровней. Обычно они пишутся через плюс. Первая цифра означает то, массивы какого уровня входят в качестве элементов, а вторая цифра – то, какую организацию имеет верхний уровень, который объединяет элементы.

RAID 5 n Комбинированные (nested) уровни RAID 5 n n Поскольку массивы RAID являются прозрачными для ОС, то вскоре пришло время и созданию массивов, элементами которых являются не диски, а массивы других уровней. Обычно они пишутся через плюс. Первая цифра означает то, массивы какого уровня входят в качестве элементов, а вторая цифра – то, какую организацию имеет верхний уровень, который объединяет элементы. Комбинация, которая является массивом RAID 1, собранным на базе массивов RAID 0. Как и в массиве RAID 1, доступным будет только половина объёма дисков. Но, как и в RAID 0, скорость будет выше, чем с одним диском. Для реализации такого решения необходимо минимум 4 диска.

RAID 1+0 (RAID 10) n Является страйпом зеркал, то есть, массивом RAID 0, построенным из RAID 1 массивов. Практически аналогичен предыдущему решению.

RAID 0+3 n Массив с выделенной чётностью над чередованием. Является массивом 3 -го уровня, в котором данные блоками разбиваются и пишутся на массивы RAID 0. Комбинации, кроме простейших 0+1 и 1+0 требуют специализированных контроллеров, зачастую достаточно дорогих. Надёжность данного вида ниже, чем у следующего варианта.

RAID 5+0 (RAID 50) n Создаётся путём объединения массивов RAID 5 в массив RAID 0. Обладает высокой скоростью передачи данных и обработки запросов. Обладает средней скоростью восстановления данных и хорошей стойкостью при отказе. Комбинация RAID 0+5 также существует, но больше теоретически, так как даёт слишком мало преимуществ.

RAID 5+1 (RAID 51) n Сочетание зеркалирования и чередования с распределённой четностью. Также вариантом является RAID 15 (1+5). Обладает очень высокой отказоустойчивостью. Массив 1+5 способен работать при отказе трех дисков, а 5+1 – пяти из восьми дисков.

RAID 6+0 (RAID 60) n Чередование с двойной распределённой четностью. Иными словами – страйп из RAID 6. Как уже говорилось применительно к RAID 0+5, RAID 6 из страйпов не получил распространения (0+6). Подобные приёмы (страйп из массивов с четностью) позволяют повысить скорость работы массива. Ещё одним преимуществом является то, что так можно легко повысить объём, не усложняя ситуации с задержками, необходимыми на вычисление и запись большего числа битов четности.

RAID 10+0 (RAID 100) n К такой уловке прибегают, чтобы избежать проблемы, о которой говорилось в начале статьи – контроллеры имеют свои ограничения по масштабируемости и если воткнуть в один контроллер двойное число дисков, прироста можно при некоторых условиях вообще не увидеть. Программный же RAID 0 позволяет создать его на базе двух контроллеров, каждый из которых держит на борту RAID 10. Так, мы избегаем "бутылочного горлышка" в лице контроллера. Ещё одним полезным моментом является обход проблемы с максимальным числом разъёмов на одном контроллере – удваивая их число, мы удваиваем и число доступных разъёмов.