Сохранение информации. Дисковые просторы серверов. RAID-массивы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

по дисциплине: «Компьютерные сети»

на тему: «Сохранение информации. Дисковые просторы серверов. RAID-массивы».

 

 

 

 

                                                                             Работа выполнена

                                                                             студентом  УГХТУ

                                                                             Пришко Ю.В.

                                                                             гр. 3-СКС-5, 3 курс

 

 

                                                                             Научный руководитель:

 

                                                                             **********************

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Днепропетровск

2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

Общая информация о серверах……………………………………………….	3
Хранение информации на сервере. RAID-массивы…………………………	4
RAID-массив……………………………………………………………...	4
Базовые уровни RAID……………………………………………………	5
RAID 0……………………………………………………………….	5
RAID 1……………………………………………………………….	6
RAID 2……………………………………………………………….	7
RAID 3………………………………………………………………	8
RAID 4………………………………………………………………	9
RAID 5……………………………………………………………….	9
RAID 6………………………………………………………………	11
Протоколы SUN……………………………………………………………….	12
MOUNT……………………………………………………………………	12
NFS………………………………………………………………………...	14
PMAP………………………………………………………………………	17
RPC………………………………………………………………………...	18
YP (NIS)…………………………………………………………………...	20
Список использованной литературы……………………………………………	25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общая информация о серверах

 

Сервером называется компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций) для выполнения какой-либо сервисной задачи без  непосредственного участия человека. Сервер и рабочая станция могут  иметь одинаковую аппаратную конфигурацию, так как различаются лишь по участию  в своей работе человека за консолью.

Некоторые сервисные задачи могут выполняться на рабочей  станции параллельно с работой  пользователя. Такую рабочую станцию  условно называют невыделенным сервером.

Консоль (обычно − монитор/клавиатура/мышь) и участие человека необходимы серверам только на стадии первичной настройки, при аппаратно-техническом обслуживании и управлении в нештатных ситуациях (штатно, большинство серверов управляются удаленно). Для нештатных ситуаций серверы обычно обеспечиваются одним консольным комплектом на группу серверов (с коммутатором, например KVM-переключателем, или без такового).

В результате специализации, серверное решение может получить консоль в упрощенном виде (например, коммуникационный порт), или потерять ее вовсе (в этом случае первичная настройка и нештатное управление могут выполняться только через сеть, а сетевые настройки могут быть сброшены в состояние по умолчанию).

Параметры серверов:

1. Надежность. Серверное оборудование зачастую предназначено для обеспечения работы сервисов в круглосуточном режиме работы. Повышение надёжности сервера достигается резервированием, в том числе с горячим подключением и заменой (англ. Hot-swap) критически важных компонентов.
2. Размеры и другие детали внешнего исполнения.  Серверы (и другое оборудование), которые требуется устанавливать на некоторое стандартное шасси (например, в 19-дюймовые стойки и шкафы) приводятся к стандартным размерам и снабжаются необходимыми крепежными элементами.
3. Ресурсы.  По ресурсам (частота и количество процессоров, количество памяти, количество и производительность жестких дисков, производительность сетевых адаптеров) серверы специализируются в двух противоположных направлениях − наращивании ресурсов и их уменьшении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Хранение информации на сервере. RAID-массивы.

 

Как и любой персональный компьютер, сервер содержит накопительные

устройства (жёсткие диски) для хранения данных и информации. Для сервера остро стоит вопрос с записью и сохранением информации.

   На сегодняшний  день на рынке представлены  жесткие диски трех интерфейсов − Parallel ATA (IDE), Serial ATA (SATA), SCSI.

   Parallel ATA (IDE)  является основным интерфейсом для персональных компьютеров. К преимуществам данного интерфейса можно отнести низкую цену за мегабайт информации.

   Serial ATA  является наследником интерфейса PATA. В новом стандарте была расширена пропускная способность до 150 Мб/сек, для подключения дисков используются новые плоские кабели. Стандарт SATA допускает «горячее» подключение накопителей, в нем заложен механизм оптимизации очереди команд внутри контроллера, что значительно ускоряет ввод-вывод, скорость вращения шпинделя − 7200 или 10000 оборотов в минуту.

   Интерфейс SCSI  традиционно  использовался в серверных системах. К его неоспоримым преимуществам следует отнести возможность подключения до 15 устройств на один канал, высокую пропускную способность (до 320 Мб/сек), технологии арбитража шины, снижающие нагрузку на процессор, оптимизация очереди команд. Данные особенности делают SCSI идеальным интерфейсом для задач, связанных с большим количеством операций ввода-вывода. Жесткие диски с интерфейсом SCSI, как правило, имеют большую скорость вращения шпинделя − 10000 или 15000 оборотов в минуту, что увеличивает скорость поиска и передачи данных. К минусам данного интерфейса можно отнести высокую стоимость хранения (жесткий диск SCSI в три-четыре раза дороже, чем накопители SATA или PATA той же емкости). Физический интерфейс SCSI дисков бывает двух видов: интерфейс SCA 80-контактов (поддерживается режим «горячей» замены) и 68-контактный интерфейс (без «горячей» замены).

 

1. RAID-массив

 

RAID − что это такое и зачем? RAID (англ. redundant array of independent disks − избыточный массив независимых дисков) − массив из нескольких дисков (запоминающих устройств), управляемых контроллером, связанных между собой скоростными каналами передачи данных и воспринимаемых внешней системой как единое целое. В зависимости от типа используемого массива может обеспечивать различные степени отказоустойчивости и быстродействия. Служит для повышения надёжности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи.

Аббревиатура «RAID» изначально расшифровывалась как «redundant array of inexpensive disks» («избыточный (резервный) массив недорогих дисков», так как они были гораздо дешевле RAM). Именно так был представлен RAID его создателями Петтерсоном (David A. Patterson), Гибсоном (Garth A. Gibson) и Катцом (Randy H. Katz) в 1987 году. Со временем «RAID» стали расшифровывать как «redundant array of independent disks» («избыточный (резервный) массив независимых дисков»), потому что для массивов приходилось использовать и дорогое оборудование (под недорогими дисками подразумевались диски для ПЭВМ).

Калифорнийский университет  в Беркли представил следующие уровни спецификации RAID, которые были приняты  как стандарт де-факто:

RAID 0 − дисковый массив повышенной производительности с чередованием, без отказоустойчивости;

RAID 1 − зеркальный дисковый массив;

RAID 2 зарезервирован для  массивов, которые применяют код  Хемминга;

RAID 3 и 4 − дисковые массивы с чередованием и выделенным диском чётности;

RAID 5 − дисковый массив с чередованием и «невыделенным диском чётности»;

RAID 6 − дисковый массив с чередованием, использующий две контрольные суммы, вычисляемые двумя независимыми способами;

RAID 10 − массив RAID 0, построенный из массивов RAID 1;

RAID 50 − массив RAID 0, построенный из массивов RAID 5;

RAID 60 − массив RAID 0, построенный из массивов RAID 6.

Аппаратный RAID-контроллер может поддерживать несколько разных RAID-массивов одновременно, суммарное количество жёстких дисков, которых не превышает количество разъёмов для них. При этом контроллер, встроенный в материнскую плату, в настройках BIOS имеет всего два состояния (включён или отключён), поэтому новый жёсткий диск, подключённый в незадействованный разъём контроллера при активированном режиме RAID, может игнорироваться системой, пока он не будет ассоциирован как ещё один RAID-массив типа JBOD (spanned), состоящий из одного диска.

 

2. Базовые уровни RAID

 

1. RAID 0

 

RAID 0 (striping − «чередование») − дисковый массив из двух или более жёстких дисков без резервирования (т.е., по сути RAID-массивом не является). Информация разбивается на блоки данных () фиксированной длины и записывается на оба/несколько дисков одновременно.

(+): За счёт этого существенно  повышается производительность (от  количества дисков зависит кратность  увеличения производительности).

(−): Надёжность RAID 0 заведомо ниже надёжности любого из дисков в отдельности и падает с увеличением количества входящих в RAID 0 дисков, т.к. отказ любого из дисков приводит к неработоспособности всего массива.

 

Рис.1. Схема RAID 0

 

2. RAID 1

RAID 1 (mirroring − «зеркалирование») − массив из двух дисков, являющихся полными копиями друг друга. Не следует путать с массивами RAID 1+0, RAID 0+1 и RAID 10, в которых используется более двух дисков и более сложные механизмы зеркалирования.

(+): 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. Вероятность выхода из строя сразу двух дисков равна произведению вероятностей отказа каждого диска, т.е. значительно ниже вероятности выхода из строя отдельного диска. 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.

 

(-): Недостаток RAID 1 в том, что по цене двух жестких дисков пользователь фактически получает лишь один.

 

Рис. 2. Схема RAID 1

 

3. RAID 2

 

Массивы такого типа основаны на использовании кода Хемминга. Диски  делятся на две группы: для данных и для кодов коррекции ошибок, причём если данные хранятся на дисках, то для хранения кодов коррекции необходимо n дисков. Данные распределяются по дискам, предназначенным для хранения информации, так же, как и в RAID 0, т.е. они разбиваются на небольшие блоки по числу дисков. Оставшиеся диски хранят коды коррекции ошибок, по которым в случае выхода какого-либо жёсткого диска из строя возможно восстановление информации. Метод Хемминга давно применяется в памяти типа ECC и позволяет на лету исправлять однократные и обнаруживать двукратные ошибки.

Достоинством массива  RAID 2 является повышение скорости дисковых операций по сравнению с производительностью одного диска.

Недостатком массива RAID 2 является то, что минимальное количество дисков, при котором имеет смысл его использовать, − 7. При этом нужна структура из почти двойного количества дисков (для n=3 данные будут храниться на 4 дисках), поэтому такой вид массива не получил распространения. Если же дисков около 30-60, то перерасход получается 11-19%.

 

 

 

 

 

 

 

 

4. RAID 3

 

В массиве RAID 3 из  n дисков данные разбиваются на куски размером меньше сектора (разбиваются на байты) или блоки и распределяются по  n-1 дискам. Ещё один диск используется для хранения блоков чётности. В RAID 2 для этой цели применялся  n-1 диск, но большая часть информации на контрольных дисках использовалась для коррекции ошибок на лету, в то время как большинство пользователей удовлетворяет простое восстановление информации в случае поломки диска, для чего хватает информации, умещающейся на одном выделенном жёстком диске.