Память. Верхний уровень

Память. Верхний уровень

RAID 4: Внутригрупповой параллелизм

RAID уровня 4 повышает производительность передачи небольших объемов данных за счет параллелизма, давая возможность выполнять более одного обращения по вводу/выводу к группе в единицу времени. Логические блоки передачи в данном случае не распределяются между отдельными дисками, вместо этого каждый индивидуальный блок попадает на отдельный диск.

Достоинство поразрядного расслоения состоит в простоте вычисления кода Хэмминга, что необходимо для обнаружения и исправления ошибок в системах уровня 2. В RAID уровня 3 обнаружение ошибок диска с точностью до сектора осуществляется дисковым контроллером. Следовательно, если записывать отдельный блок передачи в отдельный сектор, то можно обнаружить ошибки отдельного считывания без доступа к дополнительным дискам. Главное отличие между системами уровня 3 и 4 состоит в том, что в последних расслоение выполняется на уровне сектора, а не на уровне битов или байтов.

В системах уровня 4 обновление контрольной информации реализовано достаточно просто. Для вычисления нового значения четности требуются лишь старый блок данных, старый блок четности и новый блок данных:

новая четность = (старые данные xor новые данные) xor старая четность

В системах уровня 4 для записи небольших массивов данных используются два диска, которые выполняют четыре выборки (чтение данных плюс четности, запись данных плюс четности). Производительность групповых операций записи и считывания остается прежней, но при небольших (на один диск) записях и считываниях производительность существенно улучшается. К сожалению, улучшение производительности оказывается недостаточной для того, чтобы этот метод мог занять место системы уровня 1.

 

Реализация виртуальной памяти на уровне страниц

•Обращение к странице (Р=0): особый случай - страничная ошибка (№=14).

•Вызывается обработчик страничной ошибки.

•Из CR2 линейный адрес страничной ошибки. Из стека - код страничной ошибки.

•Операционная система по таблице ищет нужную страницу на винчестере.

•Из ОЗУ выбрасывается страница (используется бит А и алгоритм LRU). Она записывается при D=1.

•В ОЗУ записывается нужная страница. Повторно выполняется команда. В процессорах Pentium Pro и старше реализован механизм расширения физического адресного пространства. Возможно несколько вариантов размеров страниц (см. таблица ниже).

Размеры страниц и физических адресов

При этом используется несколько измененный механизм трансляции страниц (см. рисунок ниже).

Схема трансляции адре сов при 4МВайтной странице

Размер страницы 4 МБайт выбирается установкой бита PSE в управляющем регистре CR4 и одновременной установкой флага PS (page Size) в дескрипторе страницы (он теперь находится в каталоге таблиц страниц). Линейный адрес в этом режиме содержит два поля:

•индекс одного из 1024 элементов (дескриптора 4М-страницы) в каталоге таблиц страниц,

•22-битовое смещение внутри страницы.

Дескриптор страницы теперь содержит 10 старших битов физического адреса страницы (базу). Таким образом, "большие" страницы выровнены по границе 4 МБайт.

Общий размер адресного пространства снова не превышает 4 Гбайт. В одном каталоге таблиц страниц можно смешивать дескрипторы каталогов таблиц страниц (размером 4К) и дескрипторы 4М-страниц.

 

RAID 5: Четность вращения для распараллеливания записей

RAID уровня 4 позволяли добиться параллелизма при считывании отдельных дисков, но запись по-прежнему была ограничена возможностью выполнения одной операции на группу, так как при каждой операции должны выполняться запись и чтение контрольного диска. Система уровня 5 улучшает возможности системы уровня 4 посредством распределения контрольной информации между всеми дисками группы.

Это небольшое изменение оказывает огромное влияние на производительность записи небольших массивов информации. Если операции записи могут быть спланированы так, чтобы обращаться за данными и соответствующими им блоками четности к разным дискам, появляется возможность параллельного выполнения N/2 записей, где N - число дисков в группе. Данная организация имеет одинаково высокую производительность при записи и при считывании как небольших, так и больших объемов информации, что делает ее наиболее привлекательной в случаях смешанных применений.

(+): RAID5 получил широкое распространение, в первую очередь, благодаря своей экономичности. Объём дискового массива RAID5 рассчитывается по формуле (n-1)*hddsize, где n — число дисков в массиве, а hddsize — размер наименьшего диска. Например, для массива из 4-х дисков по 80 гигабайт общий объём будет (4 — 1) * 80 = 240 гигабайт. На запись информации на том RAID 5 тратятся дополнительные ресурсы и падает производительность, так как требуются дополнительные вычисления и операции записи, зато при чтении (по сравнению с отдельным винчестером) имеется выигрыш, потому что потоки данных с нескольких дисков массива могут обрабатываться параллельно.

(-): Производительность RAID 5 заметно ниже, в особенности на операциях типа Random Write (записи в произвольном порядке), при которых производительность падает на 10-25% от производительности RAID 1 (или RAID 10), так как требует большего количества операций с дисками (каждая операция записи сервера заменяется на контроллере RAID на три - одну операцию чтения и две операции записи). Недостатки RAID 5 проявляются при выходе из строя одного из дисков — весь том переходит в критический режим (degrade), все операции записи и чтения сопровождаются дополнительными манипуляциями, резко падает производительность. При этом уровень надежности снижается до надежности RAID-0 с соответствующим количеством дисков (то есть в n раз ниже надежности одиночного диска). Если до полного восстановления массива произойдет выход из строя, или возникнет невосстановимая ошибка чтения хотя бы на еще одном диске, то массив разрушается, и данные на нем восстановлению обычными методами не подлежат. Следует также принять во внимание, что процесс RAID Reconstruction (восстановления данных RAID за счет избыточности) после выхода из строя диска вызывает интенсивную нагрузку чтения с дисков на протяжении многих часов непрерывно, что может спровоцировать выход какого-либо из оставшихся дисков из строя в этот наименее защищенный период работы RAID, а также выявить ранее необнаруженные сбои чтения в массивах cold data (данных, к которым не обращаются при обычной работе массива, архивные и малоактивные данные), что повышает риск сбоя при восстановлении данных. Минимальное количество используемых дисков равно трём.

 

 

Расширение размера адресного пространства до 36 бит

При установке флага PAE (Physical Address Extension) в регистре CR4 схема трансляции адреса будет соответствовать рис.. За счет увеличения размерности базового адреса элемента страниц появляется расширение размера адресного пространства до 36 бит (см. рисунок ниже).

Схема трансляции страниц размером 4Кбайт при 36 разрядах адреса

RAID 5EE

Примечание: поддерживается не во всех контроллерах RAID level-5EE подобен массиву RAID-5E, но с более эффективным использованием резервного диска и более коротким временем восстановления. Подобно RAID level-5E, этот уровень RAID-массива создает ряды данных и контрольных сумм во всех дисках массива. Массив RAID-5EE обладает улучшенной защитой и производительностью. При применении RAID level-5E, емкость логического тома ограничивается емкостью двух физических винчестеров массива (один для контроля, один резервный). Резервный диск является частью массива RAID level-5EE. Тем не менее, в отличие от RAID level-5E, использующего неразделенное свободное место для резерва, в RAID level-5EE в резервный диск вставлены блоки контрольных сумм, как показывается далее на примере. Это позволяет быстрее перестраивать данные при поломке физического диска. При такой конфигурации, вы не сможете использовать его с другими массивами. Если вам необходим запасной диск для другого массива, вам следует иметь еще один резервный винчестер. RAID level-5E требует как минимум четырех дисков и, в зависимости от уровня прошивки и их емкости, поддерживает от 8 до 16 дисков. RAID level-5E обладает определенной прошивкой. Примечание: для RAID level-5EЕ, вы можете использовать только один логический том в массиве.

Достоинства:

  • 100% защита данных
  • Большая емкость физических дисков по сравнению с RAID-1 или RAID -1E
  • Большая производительность по сравнению с RAID-5
  • Более быстрое восстановление RAID по сравнению с RAID-5Е

Недостатки:

  • Более низкая производительность, чем в RAID-1 или RAID-1E
  • Поддержка только одного логического тома на массив
  • Невозможность совместного использования резервного диска с другими массивами
  • Поддержка не всех контроллеров
Яндекс.Метрика