Raid Strukture

RAID STRUKTURE – REALIZACIJA STABILNIH SISTEMA

Upis na disk može da se završi na tri načina: uspešno okončan upis – svi sektori uspešno upisani na disk, delimičan otkaz – otkaz je nastupio u sredini prenosa, nki sektori dobro upisani, a neki

oštećeni, potpuni otkaz – ništa nije upisano jer je ciklus upia odmah otkazao.

Brojne tehinke pokušavaju da povećaju perfomanse diskova. Jedna od tehnika koja se koristi je RAID (redundant array of inexpensive disks), bazira se na tehnici koja spaja više diskova u jedan veliki logički disk, u kojem više diskova rade u paraleli i tako povećaju performanse. Pored toga mora se obezbediti solidna pouzdanost jednog takvog sistema putem redundansi na različitim diskovima. U prošlosti RAID je pravljen od malih jeftinih diskova koji su bili altrenativa velikim skupim diskovima, što za savremeni trenutak ne važi. Danas se RAID smatra kao sinonim za brzinu i pouzdanost pre nego što tu ima bilo kakvih ekonomskih faktora.

RAID структуре повезивање више дискова у једну целину ради повећањапоузданости чувањаподатака

RAID Основне карактеристике система povećanje performansi preko paralelizma operacija

Kada imamo više diskova u jednoj logičkoj celini kakva je RAID, povećanje performase se realizuju na 2 načina: paralelnim operacijama sa više diskova istovremeno i konkuretnim disk operacijama takođe sa više diskova istovremeno. Za paralelizam operacija koristi se tehnika deljenja podataka između različitih diskova, pri čemu se uvodi minimalna jedinica podataka koja se može nalaziti na jednom disku kontunualno (stripe unit). U slučaju malih stripe jednica, jedan veći logički blok fizički se smešta na više fizičkih diskova, dok u slučaju velikih stripe jednica, mali zahtevi se opslužuju sa jednog fizičkog diska što može povećati konkurentnost više nezavisnih disk operacija u istom trenutku. Minimalno deljenje je takozvani bit-level stripping, gde svaki bit ide na poseban disk. Sledeći novo podele je na nivou bajta (byte-level stripping), gde svaki bajt ide na poseban disk. Karaktersitike bit i bajt nivoa deljenja da u svakom disk pristupu učestvuju svi diskovi u paraleli čime se postiže maksimalna brzina transfera, ali konkurentnost celog RAID sistema je jednaka 1, samo jedan zahtev u jednom trenutku. Sledeći slučaj je deljenje na nivou bloka (block-level striping), blokovi se dele između različitih fizičkih diskova na sledeći način: blok i => ide na disk po formuli ( i mod n ) + 1, gde je n broj diskova u RAID strukturu. Veličina bloka za deljenje je stepen broja 2, može biti manja od veličine bloka na disku, može biti jednaka 512 bajtova ili umnožak 512 bajtova. Kada imamo veće blokove, imamo povolju situaciju u oba slučaja, paralelizam za velike transfere, konkurentnost za male zahteve.

– . повећањепоузданости увођењемредундансе тј чувањемдодатних информација које омогућују

потпуно регенерисање података

Svaki disk ima svoju pouzdanost koja se meri srednjim vremenom do otkaza (obično 100.000 časova). Ako bi imali RAID strukturu od N diskova, tada bi se verovatnoća otkaza jednog takvog sistema povećala N puta. Rešenje za problem pouzdanosti je uvođenje redundanse, koja predstavlja čuvanje ekstra informacija koje normalno ne bi bile potrebne, ali se čuvaju da u slučaju otkaza jednog diska ne dođe do gubitka informacija. Najprostija tehnika koja se može koristiti je duplicirati svaki disk da ima svoju identičnu kopiju a naziva tehnika ogledala (mirroring or shadowing). Svaki logički disk se sastoji od 2 fizička diska, pa u slučaju otkaza jednog od diskova, podaci se dobijaju sa onog drugog diska. Podaci će nestati samo ako strada i drugi disk dok se prvi ne zameni sa zdravim. Srednje vreme otkaza jednog ogledala diskova zavisi od dva faktora: srednjim vremenom do otkaza pojednačnih diskova kao od srednjeg vremena za reparaciju. U principu umesto otkazalog diska stavlja se novi disk, kojim se ogledalo reparira, odnosno kopiraju se svi podaci sa zdravog diska, a ogledalo će da pukne ako u toj reparaciji strada zdravi disk. Srednje vreme za koje par u ogledalu gubi podatke (mean time to data loss) jednako je:

mean time to data loss = (mean time to failure)2/(2 x mean time to reapir)

Osnovni nedostatak tehnika ogledala je što za jedan logički disk se koriste 2 diska, 50% iskorišćenja kapaciteta. Druga tehnika koja se koristi za povećanje pozdanosti je tehnika parnost (parity).

RAID структуре повезивање више дискова у једну целину ради повећања поузданости чувањаподатака

концепт се заснива на томе да се више различитих дискова веже на један контролер чиме се добија низ дискова

RAID ( – , , редундантни низ јефтиних независних дискова повезивањеммалих – јефтиних дискова добијамо велики диск велики дискови драстично

), скупљи RAID Основне карактеристике система

o – паралелизам операција подаци се деле између различитих дисковаo – . повећање поузданости увођењем редундансе тј чувањем додатних

информација које омогућују потпуно регенерисање података

RAID nivoi (RAID levels)

Kao što smo videli deljenje podataka povećava performasne ali smanjue pouzdanost, tehnika ogledala povećava pouzdanost ali zahteva previše diskova i duplo smanjuje performanse upisa, uvođenje parnosti je dobar kompromis. Poststoji 6 bazičnih RAID šema koje se razlikuju po performansama puzdanosti i ceni, koji su prikazani na slici .... U šemi na slici P ukazuje na disk parnosti ili bitove za korekciju greške, C predstavlja kopiju diska u ogledalu, a u svim kombinacijama RAID se pravi od 4 diska podataka.

RAID 0RAID 0 predstavlja jednostavan a veoma popularan RAID. Glavne osobine RAID 0 su:

Od svih RAID tehnika koristi samo data striping Može se napraviti od minimalno 2 diska Najbrži od svih RAID sistema, osobito za upis Najeftiniji od svih RAID sistema, 100% iskorišćenja disk prostora Podržan i hardverski i softverski Nema nikavu redundansu Otkaz bilo kog diska u RAID 0, znači potpuni gubitak podataka Tipična primena je u video serverima, gde se zahteva brzina a ne pouzdanost

RAID 0- ilustracija sa 4 datoteke(four file illustration)

Ilustrovaćemo RAID 0 sa 4 datoteka, različitih veličina. Slika 1 prikazuje raspored za 4 datoteke na RAID 0.

Slika 1. Ilustracija RAID 0 sa 4 datoteke

Crvena datoteka je mala datoteka i staje na 1 disk. Plava datoteka je nešto veća datoteka i prostire se na diskovima 1 i 2 Zelena i ljubičasta su velike datoteke i prostiru se na sva 4 diska.

Preporučljiv za upotrebu (Recommended Uses): RAID 0 je pogodan za korišćenje u sistemima gde nema takozvanih kritičnih podataka, a takvih da mogu da se rekonstruišu. Koristi se u sistemima gde se forsira brzina i niska cena. Primeri takvih sistema su:

audio i video serveri (streaming and editing) web serveri grafički dizajn sistemi za igru (high-end gaming or hobbyist systems) privremeni disk prostor (temporary or "scratch" disks on larger machines)

Srednje vreme otkaza MMTF(RAID0) = MMTF za RAID 0 je dato formulom:MTTF(RAID-0) = MTTF(disk) / N

pri čemu je: MTTF je srednje vreme otkaza pojedinačnog diska N je broj diskova u RAID 0 (array size in disks)

ZADATAK 2 Data su četiri identična diska kapaciteta 10GB sa sledećim karakteristikama: prosečno vreme pozicioniranja (average seek time): 6.3msec, pozicioniranje s kraja na kraj (full stroke seek): 15msec, pozicioniranje na sledeći cilindar (track to track seek): 0.8msec, ugaona brzina: 7200rpm (8.33 msec), pristup medijumu (sustain data rate): 24.5MB/sec, propusna moć: 160MB/sec, srednje vreme otkaza (mean time to failure): 200.000 časova (23 godine), cena: $50.

Od ovih diskova formiran je RAID-0 sa stripe jedinicom veličine 4KB (8 blokova).a. Skicirati raspored stripe jedinicama ovog RAID sistema. Koliki je kapacitet ovog RAID-a? Koliko blokova ima ovaj RAID, a koliko stripe jedinica?b. Odredite na kom disku se nalazi logički blok 153.c. U redu za korišćenje diska nalaze se redom zahtevi sa sledećim veličinama transfera: 1K, 8K, 12K, 2K, 4K. Koliko zahteva može opslužiti ovaj RAID istovremeno za ovaj red, a koliko uopšte?d. Odredite cenu po gigabajtu i stepen iskorišćenja prostora.

e. Odredite optimalnu veličinu trake (stripe) za radno opterećenje sa stepenom konkurentnosti 4 (4 istovremenih zahteva) i prosečnom veličinim transfera 5K. 1

f. Odredite srednje vreme otkaza za ovaj RAID

(a) Sledeća tabela predstavlja raspored stripe jedinica datog sistema:

disk0 disk1 disk2 disk30 1 2 34 5 6 78 9 10 11

12 13 14 1516 17 18 1920 21 22 23... ... ... ...

N-4 N-3 N-2 N-1

Kapacitet ovog RAID-0 sistema je 40GB: broj blokova = broj diskova ∙ broj blokova na disku,broj blokova = 4 ∙ (10GB/512) = 78125000 blokova,broj traka = broj blokova / veličina trake u blokovima, broj traka = 78125000 / 8 = 9765625,

(b) Prvo se određuje kojoj traci pripada blok.Stripe = Integer (logički blok / veličina trake) = Integer(153/8) = 19.Disk = (stripe % broj diskova) = moduo (19/4) = 3 (logički blok se nalazi na disku broj 3, a kako se diskovi numerišu počev od nule, to je četvrti disk u RAID-u).

(c) I/O queue = (1K, 8K, 12K, 2K, 4K)Teorijski, RAID 0 može opslužiti onoliko zahteva koliko ima diskova u RAID-u, pod uslovom da je transfer manji od veličine trake i da se trake nalaze na različitim diskovima. U ovom slučaju RAID trenutno može da izvršava najviše tri zahteva (1K, 2K, 4K), pod uslovom da se zahtevi odnose na trake smeštene na različitim diskovima. Teorijski, ovaj RAID može izvršiti 4 zahteva simultano.

(d) Cena po GB = ukupna cena / ukupni kapacitet. Cena po GB = 4 x 50$ / 4 x 10GB = 5$/GB.Stepen iskorišćenja prostora za RAID 0 je 100%.

(e) t = 6.3 + (8.33/2) = 10.47 msec,v = brzina pristupa medijumu = 24.5MB/sec,c = stepen konkurentnosti = 4,s = prosečna količina transfera po zahtevu = 5KB,n = broj diskova koji čine RAID = 4,

1 Koristite formulu x=√ t (c-1)vs /¿n ¿ , gde je x optimalna veličina trake (stripe), t vreme koje se računa kao zbir srednjeg vremena pozicioniranja i srednjeg rotacionog vremena, v brzina pristupa medijumu, c stepen konkurentnosti, s prosečna količina transfera po zahtevu, i n broj diskova u RAID-u.

x=√ t (c-1 )vs /¿n ¿= √10 . 47msec⋅( 4-1 )⋅24 .5MB/sec⋅5KB/¿4 ¿= 31.02KBOva vrednost se zaokružuje na x=32KB (64 blokova).

(f) Srednje vreme otkaza za RAID 0 se računa kao količnik srednjeg vremena otkaza za jedan disk i broja diskova u sistemu. U ovom slučaju je:MTTF(RAID-0) = MTTF(disk) / n MTTF(RAID-0) = 200.000/4 = 50.000 sati = oko 6 godina.Napomena: ova vrednost ima više teorijski značaj. Za sve praktične slučajeve treba primeniti citate iz Marfijevog zakona.

RAID 1RAID 1 (slika b): predstavlja jednostavan a veoma popularan RAID. Glavne osobine RAID 1 su:

Od svih RAID tehnika koristi samo data mirroring Može se napraviti od minimalno 2 diska Najsporiji od svih RAID sistema za upis, ali samo na prvi pogled Najmanji procenat iskorišćenja diskova od svih RAID sistema, 50% iskorišćenja disk

prostora Podržan i hardverski i softverski Najpouzdaniji od svih RAID sistema, ima redundansu za svaki disk pojedinačno U slučaju otkaza bilo kog diska u RAID 1, podaci ostaju na ogledalu Tipična primena je u bazama podataka, gde se zahteva visoka pouzdanost

RAID 1- ulustracija sa 4 datoteke(four file illustration)


Slika 3 Ilustracija RAID 1 sa 4 datoteke

Sve datoteke (crvena, plava zelena i ljubičasta datoteka) nalaze se na originalnom disku, a svaka ima kopiju na ogledalu. RAID 1 Performanse

Random Read Performanse: Dobre (Good). Bolje su svakako nego kod običnog diska, ali su slabije u odnosu na druge RAID nivoe, osobito one sa striping tehnikom

Random Write Performanse: Dobre (Good). Slabije su svakako nego kod običnog diska, ali su bolje u odnosu na neke RAID nivoe, osobito one sa parity tehnikom

Sequential Read Performanse: Dobre (fair); slične su kao kod jednog diska

Sequential Write Performanse: Dobre (Good); opet mogu biti bolje nego kod nekih drugih RAID nivoa

ZADATAK 3 Data su četiri identična diska kapaciteta 10GB sa sledećim karakteristikama: prosečno vreme pozicioniranja (average seek time): 6.3msec, pozicioniranje s kraja na kraj (full stroke seek): 15msec, pozicioniranje na sledeći cilindar (track to track seek): 0.8msec, ugaona brzina: 7200rpm (8.33 msec), pristup medijumu (sustain data rate): 24.5MB/sec, propusna moć: 160MB/sec, srednje vreme između otkaza: 200.000 sati (23 godine), cena: $50.

Od ovih diskova formiran je RAID-1.

a. Skicirati ovaj RAID sistem. Koliki je kapacitet i koliko logičkih blokova ima ovaj RAID? b. Odredite na kom disku se nalazi logički blok 335.c. U redu za korišćenje diska nalaze se redom zahtevi sa sledećim veličinama transfera: 1K, 8K, 12K, 2K, 4K. Koliko zahteva može opslužiti ovaj RAID istovremeno za ovaj red, a koliko uopšte?d. Odredite cenu po gigabajtu.e. Odredite srednje vreme otkaza za ovaj RAID, ako je srednje vreme oporavka (mean time to recovery) MTTR = 1 čas.

(a) Sledeća tabela ilustruje dati RAID:

disk0 disk1 disk2 disk30 0 N/2

N/2

1 1 N/2+1 N/2+12 2 N/2+2 N/2+23 3 N/2+3 N/2+34 4 N/2+4 N/2+45 5 N/2+5 N/2+5... ... ... ...

N/2-1 N/2-1 N-1 N-1

Kapacitet ovog RAID-1 sistema je 20GB: broj blokova = (broj diskova / 2) ∙ broj blokova na disku,broj blokova = (4/2) ∙ (10GB/512) = 39062500 blokova,

(b) Logički blok 335 nalazi se u disku 0 (na kome se nalaze logički blokovi 0-19.531.249), a njegova kopija na disku 1.

(c) I/O queue = (1K, 8K, 12K, 2K, 4K)Teorijski, RAID 1 može opslužiti onoliko zahteva koliko parova diskova ima u RAID-u, pod uslovom da se zahtevi odnose na različite diskove. U ovom slučaju RAID trenutno može da izvršava najviše dva zahteva, pod uslovom da se zahtevi odnose na različite diskove.

(d) Cena po GB = ukupna cena / ukupni kapacitet. Cena po GB = 4 x 50$ / 2 x 10GB = 10$/GB.Stepen iskorišćenja prostora za RAID 1 je 50%.

(f) Srednje vreme otkaza za RAID 1 računa se na sledeći način:MTTF(RAID-1) = MTTF 2 (disk) / 2∙MTTR MTTF (mean time to failure) je srednje vreme otkaza, a MTTR (mean time to recovery) srednje vreme potrebno za oporavak.MTTF(RAID-1) = 200.000 2 / 2∙1 = 20.000.000.000 sati = 2.283.105 godina.

RAID 2 (memory style error correcting code ECC organisation) (slika c): predstavlja RAID konfigraciju koja je poznata pod nazivom RAID u memorijskom stilu (memory style error correcting code ECC organisation). Memorije imaju ECC algoritam koji za svaki bajt ima 3 ekstra bita, potrebna za detekciju i korekciju jednobitnih grešaka. RAID 2 ima organizaciju deljenja podataka na bit ili bajt nivou, a bez obzira na broj diskova podataka, potrebna su još tri diska za ECC koja mogu sačuvatu podatke u slučaju otkaza bilo kog diska. RAID 2 je dobar po pitanju paralelizma, bolji je od RAID 0 po pitanju utroška diskova, alse se praktično ne koriiti.

RAID 3 (bit-interleaved parity) (slika c): predstavlja RAID konfigraciju ima organizaciju deljenja podataka na bit ili bajt nivou a po pitanju redundanse prvi put se uvodi parnost za diskove (bit-interleaved parity). Ideja je u sledećem. Za razliku od memorije kod koje je jako teško odrediti tačnu poziciju grešaka, kod diskova se tačno zna gde je nastupila greška, a tamo gde nema geške ti bitovi su dobri. Prema tome, za oštećeni bit, dovoljan je jedan bit da čuva parnost, i na bazi te parnosti može da se rekonstruiše oštećeni bit. Za sve diskove podataka dovoljan je jedan disk parnosti. Naravno da izračuvanje i upis parnosti osetno smnajuju performanse ciklusa upisau odnosu na RAID-0, ali su one mnogo bolje nego kod RAID-1 i RAID-2, a keširanje može drastično da pomogne u performansama za upis.RAID 3 predstavlja jednostavan RAID, koji nema baš veliku primenu. Glavne osobine RAID 3 su:

Od svih RAID tehnika koristi data striping na nivou bajta i tehniku parnosti Za tehniku parnosti koristi poseban disk Može se napraviti od minimalno 3 diska Stepen konkurencije uvek 1, svi diskovi opslužuju jedan zahtev Dobar samo za sekvencijalne performanse, za random dosta loš Dobar procenat iskorišćenja diskova zbog jednog diska parnosti Podržan uglavnom hardverski Može izdržati otkaz jednog diska Tipična primena je u video serverima, gde se zahteva i brzina ali i pouzdanost



Slika 5 Ilustracija RAID 3 sa 4 datotekeSve datoteke (crvena, plava zelena i ljubičasta datoteka) se prostiru na svim diskovima. Siva boja predstavlja disk parnosti.ZADATAK 4 Data su četiri identična diska kapaciteta 10GB, sa sledećim karakteristikama:

prosečno vreme pozicioniranja (average seek time): 6.3msec, pozicioniranje s kraja na kraj (full stroke seek): 15msec, pozicioniranje na sledeći cilindar (track to track seek): 0.8msec, ugaona brzina: 7200rpm (8.33 msec), pristup medijumu (sustain data rate): 24.5MB/sec, propusna moć: 160MB/sec, srednje vreme između otkaza: 200.000 sati (23 godine), cena: $50.

Od ovih diskova formiran je RAID-3 sa stripe jedinicom veličine 1B (512 B je blok).a. Skicirati ovaj RAID sistem. Koliki je kapacitet, koliko logičkih blokova a koliko stripe jedinica ima ovaj RAID? b. Odredite na kom disku se nalazi logički blok 21.411.c. U redu za korišćenje diska nalaze se redom zahtevi sa sledećim veličinama transfera: 1K, 8K, 12K, 2K, 4K. Koliko zahteva može opslužiti ovaj RAID istovremeno za ovaj red, a koliko uopšte?d. Odredite cenu po gigabajtu i stepen iskorišćenja prostora..

(a) Sledeća tabela ilustruje dati RAID (trake veličine 1B):disk0 disk1 disk2 disk3

0 1 2 P3 4 5 P6 7 8 P9 10 11 P

12 13 14 P15 16 17 P... ... ... ...

N-3 N-2 N-1 PKapacitet ovog RAID-1 sistema je 30GB. broj blokova = (broj diskova - 1) ∙ broj blokova na disku,broj blokova = (4-1) ∙ (10GB/512) = 58593750 blokova,

broj traka = broj blokova ∙ broj traka u bloku, stripe 1B (512 B je blok).broj traka = 58593750 ∙ 512 = 30.000.000.000.

(b) Logički blok LA = 21411 nalazi se na sva tri diska.(LA∙512) % (N-1) = (21411∙512) % 3 = 0, Početak je na prvom diskuPočetak je u LA/(N-1) = 21411/3 = 7137 bloku prvog diska.

(c) Kako je veličina trake 1B, RAID 3 može da izvršava samo jedan zahtev u jednom trenutku vremena.

(d) Cena po GB = ukupna cena / ukupni kapacitet. Cena po GB = 4 x 50$ / 3 x 10GB = 6.66$/GB.Stepen iskorišćenja prostora za RAID 3 je 75%.

RAID 4 (block-interleaved parity) (slika d): predstavlja RAID konfiguraciju koja ima organizaciju deljenja podataka na blok nivou a po pitanju redundanse koristi parnost za diskove na nivou bloka (block-interleaved parity). Za N blokova (sa N diskova) dovoljan je jedan blok parnosti, koji je jednak veličini stripe jedinice. RAID 4 ima dobre osobine kao šro su kombinacija paralelizma i konkurentnosti ali i dve velike mane. U svakom ciklusu upisa učestvuje i disk parnosti, pa ovaj disk bude preopterećen i postaje usko grlo u sistemu . Međutim najgori slučaj za RAID 4 su mali ciklusi upisa, koji praktično obuhvataju samo jedan disk, a zbog parnosti, mora da se čitaju sve ostale stripe jedinice, da se pročita stara parnost, pa da se izračuna nova parnost i ponovo upiše. Mali cilkusi upisa izazivaju 4 vrste I/O ciklusa i to se naziva ”read-modify-write”.

RAID 4 predstavlja jednostavan RAID, koji nema baš veliku primenu, zato što je RAID 5 daleko bolji. Glavne osobine RAID 4 su:

Od svih RAID tehnika koristi data striping na nivou blokova i tehniku parnosti Za tehniku parnosti koristi poseban disk, koji učestvuje u svim upisima, pa postaje

usko grlo Može se napraviti od minimalno 3 diska Stepen konkurencije jednak broju data diskova, svi data diskovi opslužuju po jedan

zahtev Dobar za sekvencijalne performanse i za random read, ali za random write dosta loš Dobar procenat iskorišćenja diskova zbog jednog diska parnosti Podržan uglavnom hardverski Može izdržati otkaz jednog diska Nema veliku primenu zbog RAID 5, koji je osetno bolji



Slika 6 Ilustracija RAID 4 sa 4 datotekeCrvena datoteka je mala datoteka i staje na 1 disk. Plava datoteka je nešto veća datoteka i prostire se na diskovima 1 i 2 Zelena i ljubičasta su velike datoteke i prostiru se na sva 4 diska. Siva boja predstavlja disk parnosti.

Preporučljiv za upotrebu (Recommended Uses): Gotovo da se ne koristi, zato što je RAID 5 mnogo bolji

ZADATAK 5 Data su četiri identična diska kapaciteta 10GB sa sledećim karakteristikama: prosečno vreme pozicioniranja (average seek time): 6.3msec, pozicioniranje s kraja na kraj (full stroke seek): 15msec, pozicioniranje na sledeći cilindar (track to track seek): 0.8msec, ugaona brzina: 7200rpm (8.33 msec), pristup medijumu (sustain data rate): 24.5MB/sec, propusna moć: 160MB/sec, srednje vreme između otkaza: 200.000 časova (23 godine), cena: $50.

Od ovih diskova formiran je RAID-4 sa stripe jedinicom veličine 2KB (4 bloka).a. Skicirati ovaj RAID sistem. Koliki je kapacitet, koliko logičkih blokova, a koliko stripe jedinica ima ovaj RAID? b. Odredite na kom se disku se nalazi logički blok 3.945.c. U redu za korišćenje diska nalaze se redom zahtevi sa sledećim veličinama transfera: 1K, 8K, 12K, 2K, 4K. Koliko zahteva može opslužiti ovaj RAID istovremeno za ovaj red, a koliko uopšte?d. Odredite cenu po gigabajtu i stepen iskorišćenja prostora..e. Odredite srednje vreme otkaza za ovaj RAID, ako je srednje vreme oporavka (mean time to recovery) MTTR = 1 čas.

(a) Sledeća tabela ilustruje dati RAID (trake veličine 2KB):

disk0 disk1 disk2 disk30 1 2 P3 4 5 P6 7 8 P9 10 11 P

12 13 14 P15 16 17 P... ... ... ...

N-3 N-2 N-1 P

Kapacitet ovog RAID-1 sistema je 30GB: broj blokova = (broj diskova - 1) ∙ broj blokova na disku,broj blokova = (4-1) ∙ (10GB/512) = 58593750 blokova,broj traka = broj blokova / veličina trake u blokovima,broj traka = 58593750 / 4 = 146.484.375.

(b) Prvo se određuje kojoj traci pripada blok.Stripe = Integer (logički blok / veličina trake) = Integer(3945/4) = 986.Disk = (stripe % (broj diskova-1)) = moduo (986/3) = 2 (logički blok se nalazi na disku broj 2, a kako se diskovi numerišu počev od nule to je treći disk u RAID-u).

(c) I/O queue = (1K, 8K, 12K, 2K, 4K).Teorijski, RAID 4 može opslužiti onoliko zahteva koliko ima diskova u RAID-u, umanjeno za 1, pod uslovom da je transfer manji od veličine trake i da se trake nalaze na različitim diskovima. U ovom slučaju RAID trenutno može da izvršava najviše dva zahteva (1K, 2K), pod uslovom da se zahtevi odnose na trake smeštene na različitim diskovima. Teorijski, ovaj RAID može izvršiti 3 zahteva simultano.


(e) Srednje vreme otkaza za RAID 4 se računa na sledeći način:MTTF(RAID-4) = MTTF 2 (disk) / (N∙(G-1)∙MTTR),MTTF(RAID-4)=200.0002/4∙(4-1)∙1=3.333.333.333časova=380.517 god.

RAID 5 (block-interleaved distributed parity) (slika e): predstavlja RAID konfiguraciju veoma sličnu sa RAID 4, pri čemu ne postoji jedan disk parnosti nego svih N+1 diskova predstavljaju i diskove podataka i diskove parnosti. Parnost se upisjue u levom simetričnom rasporedu. RAID-5 od osnovnih struktura predstavlja najbolju kombinaciju, ima paralelizam, ima konkurentnost, dobar je za velike upise, svi diskovi su ravnomerno opterećeni. Jedino ostaje i dalje problem malih upisa (read-modify-write) koji se delimično razrešava preko keša na RAID nivou.

RAID 5 predstavlja jednostavan RAID, koji ima baš veliku i popularnost i primenu . Glavne osobine RAID 5 su:

Od svih RAID tehnika koristi data striping na nivou blokova i tehniku parnosti Za tehniku parnosti se ne koristi poseban disk, svi diskovi učestvuju u parnosti, pa

parnost više nije usko grlo Može se napraviti od minimalno 3 diska

Stepen konkurencije jednak broju svih diskova, svi data diskovi opslužuju po jedan zahtev

Dobar za sekvencijalne performanse i za random read, ali za random write dosta loš Dobar procenat iskorišćenja diskova zbog jednog diska parnosti Podržan uglavnom hardverski Može izdržati otkaz jednog diska Ima veliku primenu, najbolji je od svih parity RAID sistema

RAID 5- ilustracija sa 4 datoteke(four file illustration)


Slika 8 Ilustracija RAID 5 sa 4 datotekeCrvena datoteka je mala datoteka i staje na 1 disk. Plava datoteka je nešto veća datoteka i prostire se na diskovima 1 i 2 Zelena i ljubičasta su velike datoteke i prostiru se na sva 4 diska. Siva boja predstavlja distribuiranu parnost.

Preporučljiv za upotrebu (Recommended Uses): Veoma je popularan i može se primenjivati gotovo svuda, osim za write-intenzivne aplikacije, kada je RAID 1 bolje rešenje. Danas popularniji od RAID 5 postaju ugneždeni sistemi tipa RAID 0+1 ili RAID 1+0.

ZADATAK 6 Data su četiri identična diska kapaciteta 10GB, sa sledećim karakteristikama: prosečno vreme pozicioniranja (average seek time): 6.3msec, pozicioniranje s kraja na kraj (full stroke seek): 15msec, pozicioniranje na sledeći cilindar (track to track seek): 0.8msec, ugaona brzina: 7200rpm (8.33 msec), pristup medijumu (sustain data rate): 24.5MB/sec, propusna moć: 160MB/sec, srednje vreme između otkaza: 200.000 sati (23 godine), cena: $50.

Od navedenih diskova formiran je RAID-5 sa stripe jedinicom veličine 4KB (8 blokova).

a. Skicirati ovaj RAID sistem. Koliki je kapacitet, koliko logičkih blokova, a koliko stripe jedinica ima ovaj RAID? b. Odredite na kom disku se nalazi logički blok 111.c. U redu za korišćenje diska nalaze se redom zahtevi koji imaju sledeće veličine transfera: 1K, 8K, 12K, 2K, 4K. Koliko zahteva može opslužiti ovaj RAID istovremeno za ovaj red, a koliko uopšte?d. Odredite cenu po gigabajtu i stepen iskorišćenja prostora..e. Odredite optimalnu veličinu trake (stripe) za radno opterećenje sa step. konkurentnosti 5. 2

f. Odredite srednje vreme otkaza za ovaj RAID, ako je srednje vreme oporavka (mean time to recovery) MTTR = 1 čas.

(a) Sledeća tabela ilustruje dati RAID (trake veličine 2KB):disk0 disk1 disk2 disk3

0 1 2 P3 4 P 56 P 7 8P 9 10 11

12 13 14 P... ... ... ...

N-3 N-2 N-1 PKapacitet ovog RAID-1 sistema je 30GB: broj blokova = (broj diskova - 1) ∙ broj blokova na disku,broj blokova = (4-1) ∙ (10GB/512) = 58.593.750 blokovabroj traka = broj blokova / veličina trake u blokovima,broj traka = 58.593.750 / 8= 7.324.218.

(b) Prvo se određuje kojoj traci pripada blok.Stripe = Integer (logički blok / veličina trake) = Integer(111/8) = 13.Iz prethodne tabele se vidi da se traka br.13 nalazi na disku 1.

(c) I/O queue = (1K, 8K, 12K, 2K, 4K).Teorijski, RAID 5 može opslužiti onoliko zahteva koliko ima diskova u RAID-u, umanjeno za 1, pod uslovom da je transfer manji od veličine trake i da se trake nalaze na različitim diskovima. U ovom slučaju RAID trenutno može da izvršavaju najviše tri zahteva (1K, 2K, 4K), pod uslovom da se zahtevi odnose na trake smeštene na različitim diskovima. Teorijski, ovaj RAID može izvršiti 3 zahteva simultano.


(e) t = 6.3 + (8.33/2) = 10.47 msec,v = brzina pristupa medijumu = 24.5MB/sec,c = stepen konkurentnosti = 5,x = 0.5KB + ¼ · tv(c-1) = 257.01KB.Ova vrednost se zaokružuje na x=256KB (512 blokova).

(f) Srednje vreme otkaza za RAID 5 se računa na sledeći način:MTTF(RAID-5) = MTTF 2 (disk) / (N∙(G-1)∙MTTR)MTTF(RAID-5) = 200.000 2 / 4∙(4-1)∙1 = 3.333.333.333 sati = 380.517 godina.

2 Koristite formulu x = 0.5KB + ¼ · tv(c-1), gde je x optimalna veličina trake (stripe), t vreme koje se računa kao zbir srednjeg vremena pozicioniranja i srednjeg rotacionog vremena, v brzina pristupa medijumu, c stepen konkurentnosti, n broj diskova u RAID-u.

RAID 6 (P+Q redundancy scheme)(slika f). predstavlja RAID kombinaciju koja može razrešiti prolem kada otkažu više od jednog diska, jer sve prethodne šeme gube sve podatke ako simultano otkažu bar 2 diska (osim RAID 1). Da bi postigao takav stepen pouzdanosti,RAID 6 nastaje kade se u RAID 5 dodaju pored jednog P diska i Q disk parnosti, dakle 2 diska, a umesto parnosti se koristi Read-Solomon kod.

RAID (0+1) i RAID (1+0). Ovo su dve veoma kvalitetne kombinacije tehnike 0 i 1 prikazana na slici ... RAID 0 obezbeđuje visoke performanse, RAID 1 obezbeđuje visoku pouzdanost. Međutim kombinacija ostaje i dalje skupa jer duplira broj diskova. U kombinaciji 0+1, skup diskova deli podatke, a potom se sve stripe jedinice (ili kratko stripe) u celini kopiraju u svoje ogledalo. Druga kombinacija 1+0 znači da svaki disk ima svoje ogledalo a onda se podaci dele između ogledala. 1+0 je teorijski bolji u odnosu na 0+1. Kod 0+1 u slučaju da jedan disk otkaže cela grupa stripe jednica su neraspoložive na 2 mesta, dok je ona u ogledalu raspoloživa. U slučaju 1+0 otkaz jednog diska utiče na pouzdanost samo te stripe jedince koja ima samo jednu raspoloživu kopiju.

Ako disk otkaže, vreme za opravak može biti značajno i zavisi od RAID konfiguracije. Oporavak je najbrži u slučaju RAID 1, kad se podaci na novi disk upisuju sa ogledala. U slučaju RAID sa parnošću, vreme oporavka je značajno veće. RAID 0 se koristi u aplikacijama gde su performanse kritčne, a pouzdanost nije previše bitna. A na drugoj strani RAID 1 se korsiti gde je pozdanost od izuzetne važnosti. RAID 1+0 i 0+1 se koriste tamo gde su i brzina i perfomanse jako kritične, kao što su baze podataka. Za veoma velike sisteme zbog osetno manjeg zahteva u broju diskova, koristi se RAID 5, a u slučaju zahteva za visoku pouzdanost koristi se RAID 6. Prilikom projektovanja RAID sistema, projektant treba da odgovori na brojna pitanja:

koji će RAID nivo da se primeni koliko diskova će biti u RAID sistemu koliko grupa parnosti će se napraviti kolika će biti veličina stripe jedinice

RAID 0 ( x. 8) низ од више паралелно везаних истих дискова ма којима се , , приступа истовремено брза конфигурација али нема редундансу па отказ

једног диска значи губљење свих податакаДис

1кДис

2кДис

3кДис

4кА Б Ц ДЕ Ф Г Х

RAID 1 ( ) , користе се два или више диска исте величине при чему сваки од , дискова служи као резервна копија оном другом велики утрошак простора и

временаДис

1кДис

2кДис

3кДис

4кА Б А БЦ Д Ц Д

RAID 2, 3 4 ( )и се ређе користе нису уграђени на плочамаПЦ рачунара RAID 5 → ( подаци се по дисковима деле на нивоу блока контролер преплиће

( 1, 2, секторе дискова у низу први део фајла на ХД други део на ХД провера 3 .)грешака на ХД итд

o за сваки податак уводи се бит парности помоћу којег је могуће , 3 , реконструисати податак фајл се дели на диска а на четврти диск се

, уписују подаци о парности итд према табелеи

1Диск 2Диск 3Диск 4ДискА Б Ц ( , ,провера а б

)цД Е провера

( , , )д ефФ

Г провера ( , , )г х ј

Х Ј

RAID 5 , је одлична комбинација по питању паралелизма сви дискови се равномерно, оптерећују веома је добар за велике уписе

Documents

Raid Strukture