Устройство и ремонт персонального компьютера (стр. 49 )

8.3.2. Резервный сектор

На каждом жестком диске массива в определенном месте, называемом резервным сектором, записывается важная информация. В этой области хранятся данные о конфигурации массива, причем не только сведения, относящиеся к данному накопителю, но и данные, описывающие все остальные накопители, входящие в состав RAID. Если данные, из резервного сектора какого либо элемента массива будут повреждены или потеряны, то их можно будет восстановить из избыточных копий, хранящихся на других дисках. Как правило, в массивах все диски равноправны. Вы можете подключать накопители к любым разъемам RAID контроллера без перенастройки массива.

8.3.3.Типы дисковых массивов

Типичный RAID контроллер может обеспечивать четыре основных режима работы массива: расщепление, дублирование, расщепление/дублированием связывание. От выбора режима зависит емкость массива, его быстродействие и надежность хранения данных. Чтобы оценить возможности технологии RAID, необходимо более детально познакомиться с основными режимами работы массивов.

8.3.3.1. Расщепление (режим RAID О)

В режиме расщепления секторы данных распределяются вперемежку между несколькими элементами массива, в результате чего из двух или более жестких дисков формируется один большой массив. Расщепление — это метод увеличения быстродействия массива по сравнению с одиночным накопителем, не сказывающийся, однако, на надежности хранения данных. Быстродействие в этом режиме повышается за счет того, что все операции с данными распределяются между элементами массива, т. е. во всех накопителях одновременно выполняется считывание или запись своей порции данных. Массивы такого типа используются в высокопроизводительных системах. Для достижения лучшей производительности (и большей эффективности хранения данных) в массивах рекомендуется использовать идентичные накопители. Общая емкость дискового массива равна количеству его элементов, умноженному на емкость наименьшего накопителя. Например, емкость массива, состоящего из одного диска емкостью 1 Гбайт и трех дисков емкостью по 1,2 Гбайт, составит 4 Гбайт (4х 1 Гбайт). Недостатком режима RAID 0 является отсутствие избыточности — отказ одного из дисков приведет к выходу из строя всего массива, поскольку некоторая часть общего “накопителя” будет потеряна.

8.3.3.2. Дублирование (режим RAID-1)

В режиме дублирования запись информации происходит одновременно на два диска, а считывание ведется параллельно с двух накопителей (за счет чего повышается быстродействие массива). Достоинством режима RAID 1 является повышенная надежность хранения данных, поскольку в массив записываются две их копии, а каждый элемент массива подключается к отдельному разъему. RAID-контроллер (в частности, FastTrack66) выполняет считывание данных, распределяя операции между отдельными накопителями таким образом, чтобы увеличить эффективность работы массива по сравнению с одиночным жестким диском. После прихода запроса на считывание данных контроллер выберет тот накопитель, головки записи/воспроизведения которого окажутся на данный момент ближе к требуемым данным, одновременно отдавая команду незанятому диску подготовиться к чтению следующей порции данных.

Если один из элементов массива выйдет из строя из за механической неисправности (например, отказа шпиндельного двигателя) или перестанет отвечать на запросы, то оставшийся исправным накопитель продолжит функционировать. Это свойство дискового массива называется отказоустойчивостью. Если в одном из накопителей возникнет ошибка при считывании сектора, то данные будут ”позаимствованы” с дублирующего диска. При следующей загрузке компьютера программа обслуживания RAID системы выдаст сообщение о неисправности в дисковом массиве и порекомендует заменить неисправный накопитель. Вы, конечно, можете проигнорировать это предупреждение и продолжить работу, хотя лучше все-таки постараться заменить неисправный диск как можно быстрее.

Наличие избыточности приводит к тому, что емкость массива дисков оказывается равной половине суммарной емкости входящих в него отдельных дисков. Например, два накопителя емкостью по 1 Гбайт каждый образуют массив дисков емкостью в 1 Гбайт. При использовании накопителей разной емкости часть дискового пространства большего из них может остаться неиспользованной.

8.3.3.3. Резервный диск

В режиме RAID-1 к контроллеру можно подключить дополнительный накопитель, который будет играть роль горячего резерва, не являясь при этом элементом массива. Такой накопитель предназначен для замещения неисправного элемента дискового массива, и при обычной работе находится в состоянии ожидания (например, его шпиндельный двигатель может не вращаться). В большинстве случаев подмена неисправного диска происходит автоматически — на резервное устройство немедленно копируются все данные с работающего накопителя. Впоследствии, выключив компьютер, вы сможете заменить неисправный накопитель новым. Резервный диск должен иметь емкость, равную емкости наименьшего диска массива (поскольку общая емкость массива в режиме RAID-1 определяется именно его наименьшим элементом).

8.3.3.4. Расщепление/дублирование (режим RAID-0+1)

Из названия режима следует, что он является комбинацией двух описанных выше режимов. Этот режим отличается повышенной производительностью за счет распараллеливания операций считывания и записи и надежностью хранения данных (за счет их избыточности). Дисковый массив RAID-0+1 должен состоять, как минимум, из четырех накопителей двух пар. Внутри каждой пары данные расщепляются, и каждая пара является дубликатом другой. В этом режиме емкость массива равна емкости пары расщепленных дисков (половине суммарной емкости всех накопителей), поскольку вторая пара используется для хранения избыточных данных.

8.3.3.5. Связывание дисков

Массив связанных дисков или JBOD (Just a Bunch Of Drives — буквально: просто пачка дисков) представляет собой группу из нескольких накопителей, которые могут иметь разную емкость. В этом режиме происходит последовательное заполнение дисков массива: сначала данными заполняется один накопитель, затем следующий и т. д. В этом режиме не повышается ни производительность системы, ни надежность хранения данных. Если выходит из строя один накопитель, то это сказывается на всем массиве.

Тем не менее, в некоторых случаях этот режим может быть полезен с точки зрения повышения производительности системы. В режиме RAID 0 быстродействие массива зависит от размеров расщепленных блоков данных. Размеры блоков определяются тем, как обычно осуществляются обмены данными с накопителем, т. е. являются ли они, в основном, последовательными или случайными. Если их тип непредсказуем и последовательные и случайные обмены чередуются произвольным образом, то производительность расщепленного массива будет изменяться. В конечном счете, вы можете вообще не получить никакого выигрыша по сравнению с одиночным накопителем. Производительность же связанного массива полностью определяется параметрами отдельного накопителя. Скорость передачи данных в этом случае является более предсказуемой и, кроме того, в связанных массивах допускается использование разнотипных накопителей.

8.4. Поиск неисправностей контроллеров накопителей

Правильно настроенный контроллер накопителей редко становится причиной неработоспособности системы, поскольку параметры BIOS, линии запроса прерывания (IRQ) и адреса ввода/вывода для них строго определены. Тем не менее, существует ряд причин, по которым может потребоваться замена адаптера или модернизация контроллера накопителей.

9. Устройство и работа современного винчестера

Накопители на жестких магнитных дисках предназначены для длительного (в идеале — постоянного) хранения больших объемов данных и программных файлов. Первоначально для этих целей использовались накопители на гибких дисках. Они были просты и относительно недороги, но работали очень медленно, а объемы программ быстро выросли настолько, что необходимые файлы перестали помещаться на одной дискете. Использование нескольких переключаемых дисководов оказалось лишь временным выходом из положения и, к тому же, весьма обременительным. С начала 1980-х годов жесткие диски стали одними из важнейших компонентов персональных компьютеров. Сегодня жесткий диск — это абсолютно необходимая часть компьютера. На него устанавливается операционная система, загружаемая при включении компьютера, на нем же хранятся прикладные программы и создаваемые с их помощью файлы объемом в десятки и сотни мегабайт. Часть дискового пространства используется для создания виртуальной памяти, которая является расширением системного оперативного запоминающего устройства (ОЗУ или RAM— Random Access Memory). От быстродействия и емкости жесткого диска существенно зависит общая производительность системы.

9.1. Основные принципы работы накопителей

Для того чтобы понять, как работают накопители на жестких дисках, нужно сначала разобраться с основными концепциями и принципами, положенными в основу их работы. Предъявляемые к жестким дискам повышенные требования — в первую очередь, производительности и емкости — привели к тому, что при их разработке было реализовано множество новых важных идей.

Диски из немагнитного материала, подложки, с нанесенным на них магнитным рабочим слоем вращаются с высокой скоростью. Головки записи/воспроизведения, которые могут быстро, ступенчато или непрерывно, перемещаться перпендикулярно направлению вращения дисков, регистрируют изменения остаточной намагниченности вдоль дорожки записи (при считывании) или создают магнитный поток, необходимый для перемагничивания участков рабочего слоя носителя (при записи).

9.1.1. Магнитные диски и рабочий слой

В накопителях на жестких дисках в качестве носителей используются пластины из твердых материалов, которые в дальнейшем будем называть магнитными дисками (platters). Раньше магнитные диски изготавливались из алюминия, поскольку он достаточно легок, хорошо обрабатывается до необходимой точности и сохраняет свою форму под действием больших центробежных сил, возникающих при высоких скоростях вращения. Сейчас большинство магнитных дисков делают из стекла или керамических композиционных материалов. Эти легкие и прочные носители отличаются высокой температурной стабильностью и небольшим коэффициентом теплового расширения, что практически исключает проблемы, связанные с тепловой деформацией дисков. Кроме того, стеклокерамические диски выдерживают более значительные центробежные силы, чем алюминиевые. Поскольку одним из главных параметров, характеризующих качество накопителя, является его быстродействие, в современных моделях магнитные диски вращаются с частотами от 7600 до 10000 об/мин (в старых устройствах частоты вращения лежали в пределах от 3600 до 5200 об/мин). Магнитных дисков в накопителях, как правило, несколько, но в некоторых малогабаритных моделях используется только один диск.