افزونگی ذخیره سازها

افزونگی ذخیره سازها

اسلاید 1: 1افزونگی ذخیره سازهادرس دهم100011000210000

اسلاید 2: 2 مقدمه100111001010012یكی از روشهای ایجاد افزونگی در اطلاعات، افزونگی در Storage (ذخیره ساز) ها می‌باشد. معروف ترین روش در اینجا RAID است. RAID به معنی Redundancy Array Of Inexpensive (Independent) Disk می‌باشد. در این روش به جای یك Disk از چندین دیسك در كنار هم استفاده می شود كه باعث ایجاد قابلیت اطمینان بیشتر یا كارایی بالاتر و یا هردوی آنها می شود. RAID انواع مختلف دارد كه ما در اینجا درباره آنها صحبت خواهیم كرد.

اسلاید 3: 3RAID-0100211002010022هر در خواستی كه برای نوشتن به سیستم داده شود به هر دو دیسك منتقل می شود. در این نوع از RAID سیستم از دو دیسك استفاده می كند. . در این حالت دیتا وارد شده به دو قسمت تقسیم می شود. عمل تقسیم بصورت Bit-Interleaving است. یعنی بیت ها بصورت یكی در میان به دو دیسك منتقل می شوند.10023مثلا بیت های فرد به دیسك 1 می روند و بیت های زوج به دیسك 2 می روند.

اسلاید 4: 4RAID-0100311003010032حسن این كار این است كه سرعت خواندن و نوشتن نزدیك به دو برابر می شود یعنی Performance بالا می رود. به همین ترتیب در خواست نوشتن هم همزمان به هر دو دیسك ارسال می شود. ولی Reliability سیستم پایین می آید زیرا اگر یكی از دیسك ها از كار بیفتد كل اطلاعات از بین می رود. 10033عملا امكان بروز خرابی دو برابر شده است. 10034

اسلاید 5: 5RAID-1100411004010042منظور از Mirror این است كه هر دو دیسك شامل اطلاعات یكسانی هستند. در این مدل از دو دیسك كه Mirror یكدیگر هستند استفاده می شود. اگر یكی از دیسك ها خراب شود، دیسك دیگر می تواند به كار خود ادامه دهد و جلوى از بین رفتن اطلاعات را بگیرد. 10043

اسلاید 6: 6RAID-1100511005010052در این روش سرعت خواندن اطلاعات بالا می رود زیرا هر در خواست خواندن بین دو دیسك تقسیم می شود و سیستم از دیسكی استفاده می كند كه بتواند زود تر پاسخ دهد. اما سرعت نوشتن پایین می آید زیرا درخواست نوشتن به هر دو دیسك باید ارسال شود. و سرعت نوشتن برابر سرعت دیسك كند تر خواهد بود.

اسلاید 7: 7RAID-110061100601006210063هدف اصلی در RAID-1 بالا بردن Reliability است. حال ببینیم چگونه می توان Reliability را در این سیستم محاسبه نمود. اگر نرخ خرابی هر دیسك برابر λ باشد و نرخ تعمیر برابر µ، مدل ماركُف این سیستم به صورت شكل زیر خواهد بود:10064

اسلاید 8: 8RAID-11007010071 pn(t)یعنی احتمال بودن سیستم در حالت n در زمان tاز روی این مدل می توانیم Reliability را محاسبه كنیم:10072ولی p’n(t) یعنی احتمال حضور در حالت n در لحظه بعدی. مقدار های pn(0) احتمال حضور در هر حالت را در لحظه نخست نشان میدهد. در اینجا فرض شده است كه در لحظه اول هر دو دیسك سالم باشند. 100731007410075

اسلاید 9: 9RAID-11008010081و Reliability كل سیستم از رابطه زیر بدست می آید:10082R(t) = P1(t) + P2(t) = 1 - P0(t)

اسلاید 10: 1010091RAID-1محاسبه MTTDL 10090زمانى كه صحبت از Storage Redundancy می شود به جای آنكه از اصطلاح Mean Time To Failure استفاده شود، از اصطلاح دیگری استفاده می كنیم كه از نظر مفهومی صحیح تر است. این اصطلاح MTTDL (Mean Time to Data Loss) می‌باشد كه به معنی متوسط زمان تا از بین رفتن داده ها می‌باشد.1009210093

اسلاید 11: 1110101RAID-1برای محاسبه MTTDL به صورت زیر عمل می كنیم:10100اگر در لحظه 0 در State 2 باشيم، آنگاه متوسط زمان (Mean Time) ورود به State 1 برابر است با: 1/(2l)Mean Time ماندن در State 1 برابر: 1/(l+m)1010210103احتمال برگشتن به State 2 برابر: q = m / (l + m)و احتمال رفتن به State 0 برابر: p = l / (l + m)1010410105

اسلاید 12: 1210111RAID-1و در نهايت داريم: 1011010112

اسلاید 13: 1310121RAID-2 در این روش یك بانكی از دیسك ها كنار یك دیگر قرار می گیرند این بانك شامل D عدد Data Disk و C عدد Code Disk است. 10120اطلاعات با كمك کد Hamming ذخیره می شوند. 10122به این ترتیب كه هر كلمه (Word) از داده ها كه شامل D+C بیت خواهد بود، بین دیسك ها پخش می شود بگونه ای كه هر بیت آن برروی یكی از دیسك ها ذخیره می شود. 10123

اسلاید 14: 1410131RAID-2به این ترتیب سیستم Reliability بالاترى هم خواهد دشت. 10130ولی با تمامی این اُصاف RAID-2 سربار (Overhead) بسیار بالایی ایجاد می كند بگونه ای كه مدل های دیگر RAID بسیار مناسبتر هستند، برای همین ما بحث درباره RAID-2 را در همین جا خاتمه می دهیم و به سراغ انواع دیگر RAID می رویم.10132. با این كار اولا كارایی (Performance) بالا می رود. زیرا تمام بیت های یك كلمه بطور هم زمان قابل دسترسى هستند در ضمن بخاطر خاصیت کد Hamming اگر یكی از دیسك ها بطور كامل خراب شود سیستم می تواند از روی بقیه دیسك ها اطلاعات را اصلاح كند. 10134

اسلاید 15: 1510141RAID-3همانطور كه دیدیم RAID-2 از روشى استفاده می كند كه در حافظه ها استفاده می شود. 10140در حافظه ها چون نمی توان محل خطا را تشخیص داد، باید با روشى مثل کد Hamming محل آن را پیدا كرد كه باعث افزونگی زیادی می شود. اما چون در دیسك ها سیستم تشخیص خطا در هر سِکتُر وجود دارد و علاوه بر آن سیستم کنترلر دیسك می تواند تشخیص دهد كه كدام دیسك دچار مشكل شده است، ما دیگر نیازی به این حجم افزونگی نخواهیم داشت. 1014210143در RAID-3 از همین خاصیت استفاده شده است. 10144

اسلاید 16: 16RAID-310150در این روش ما علاوه بر D دیسك كه حاوی اطلاعات هستند یك دیسك اضافه به عنوان Parity هم داریم. اطلاعات روی دیسك ها بصورت Bit-Interleaved ذخیره می شوند. 101511015210154یعنی مثلا اگر 3 دیسك اصلی داریم و هر كلمه از داده ها 3 بیت است هر بیت آن روی یكی از دیسك ها ذخیره می شود و Parity آن نیز روی دیسك Parity ذخیره می شود. در واقع iاُمین بیت روی دیسك Parity معادل Parity iاُمین بیت ها روی سایر دیسك ها می‌باشد. 1015310155

اسلاید 17: 1710161RAID-3حال ببینیم چگونه سیستم می تواند یك خطا در این روش را تصحیح كند. 10160

اسلاید 18: 1810171RAID-310170فرض كنید 4 دیسك اصلی داریم و یك دیسك Parity و از Parity زوج استفاده می كنیم. برای مثال در i اُمین موقعیت دیسك عدد 1100،0 ذخیره شده است (0 آخر مربوط به Parity است)1017210173حال اگر بطور مثال دیسك سوم كه حاوی 0 است خراب شود، کنترلر آن این موضوع را می فهمد و به سیستم گزارش میدهد. سیستم با توجه به اینكه 4 بیت دیگر كه از 4 دیسك دیگر گرفته چه چیزهایی هستند و با علم به این موضوع كه Parity از نوع زوج می‌باشد می تواند مطمئن باشد كه بیت سوم كه روی دیسك سوم است می بایست 0 باشد تا پریتى زوج درست از آب در بیاید!

اسلاید 19: 1910181RAID-310180محاسبه Reliability برای RAID-31018210183همان طور كه Reliability را برای RAID-1 حساب كردیم می توانیم آن را برای RAID-3 هم حساب كنیم. یعنی با كمك مدل ماركف سه State را در نظر می گیریم در State ”2” همه دیسك ها سالم هستند. در State ”1” یكی از دیسك ها از كار افتاده است و در State ”0” لااقل دو دیسك از كار افتاده اند. چون اگر دو دیسك از كار افتاده باشند، سیستم دیگر قابلیت Recovery را ندارد می توانیم در این حالت بگوییم سیستم خراب (Fail) شده است.

اسلاید 20: 2010191RAID-310190مدل ماركف این نوع RAID در اینجا آمده است: (d+1) تعداد کل دیسکها می باشد.1019310195با كمك این مدل مقدار MTTDL از رابطه زیر بدست می آید:و بر اساس MTTDL می توان Reliability را نیز محاسبه نمود.101921019410196

اسلاید 21: 2110201RAID-310200شكل زیر مقایسه ای بین حالتهای مختلف RAID-3 است كه در آنها تعداد دیسك ها (D) متفاوت می‌باشد.1020210203همانطور كه مشخص است با بالا رفتن D قابلیت اطمینان سیستم پایین می آید

اسلاید 22: 2210211RAID-410210این نوع RAID بسیار شبیه نوع 3 است. 1021210213. تنها تفاوتی كه دارد این است كه در RAID-3، Bit-Interleaving داشتیم ولی در اینجا بلاك های داده Interleave می شوند. این بدین معنی است كه در RAID-4 هر بلاك داده (مثلا یك Sector) روی یك دیسك ذخیره می شوند و بلاك بعدی روی دیسك بعدی ذخیره می شود.

اسلاید 23: 2310221RAID-410220حسن این كار اینست كه عملیات خواندن و نوشتن کوتاه روی یك دیسك انجام می شود كه باعث می شود این عمل سریع تر صورت بگیرد. 1022210223البته باید توجه كنیم كه در هنگام Write هم دیسك مورد نظر و هم دیسك حاوی Parity باید Update شوند. ولی با این حال باز هم عمل نوشتن سریع تر است. Update كردن پریتى عمل بسیار ساده ای است و به این شكل انجام می شود كه اگر دیتایی كه می خواهد نوشت شود با دیتا قبلى متفاوت باشد، پریتى Toggle (معكوس) می شود.

اسلاید 24: 2410231RAID-410230Reliability در RAID-4 با RAID-3 یكسان است، به همین خاطر در اینجا آنرا دوباره محاسبه نمی كنیم.

اسلاید 25: 2510241RAID-41024010242شكل زیر نحوه قرار گیری دیسك ها و بلاك های آنها را در كنار هم نشان میدهد.

اسلاید 26: 2610251RAID-510250یكی از مشكلاتی كه RAID-4 دارد این است كه دیسك حاوی پریتى در هر عمل Write مورد دسترسى قرار می گیرد كه باعث پایین آمدن Performance سیستم می شود، در واقع می توان گفت دیسك پریتى نقش گلوگاه (Bottleneck) را بازی می كند.10252در RAID-5 دیسك پریتى همانند دیتا های اصلی به صورت Interleave بین دیسك ها قرار می گیرد كه باعث می شود بار (Load) كاری روی پریتى بین دیسك های مختلف توزیع شود.

اسلاید 27: 2710261RAID-410260همان طور كه در شكل نشان داده شده است، در هر سطر یكی از دیسك ها بعنوان پریتى استفاده می شود.1026210263RAID-5 به نسبت RAID-4 كارایی (Performance) بهتری دارد ولی Reliability آن تغییری نكرده است.