Системы хранения данных

Архитектуру систем хранения данных рассмотрим на примере дисковых систем хранения данных класса DS4000 фирмы IBM. Основные архитектурные особенности систем хранения данных приведем, анализируя модели DS4700, DS4800. Эти модели относится к системам хранения среднего уровня (уровня корпорации). Назначение системы - эффективное управление данными, обеспечивающее низкую стоимость хранения и высокую готовность востребованности данных. Внешний вид типовой конструкции систем хранения данных представлен на рис.5.50.

Рис. 5.50. Внешний вид стойки с компонентами систем хранения данных

Рассматриваемые дисковые системы хранения фирмы IBM поддерживают высокопроизводительный интерфейс 4 Гбит/с Fibre Channel (FC) , удовлетворяющий возросшим потребностям в хост-соединениях. Высокая пропускная способность обеспечит комфортную работу для самых ресурсоемких приложений. В этих моделях реализованы восемь хост-каналов, непосредственно подключаемых к серверному комплексу или к сети хранения SAN на базе технологии Fibre Channel. Производительность устройства SAN может быть измерена двумя способами – в мегабайтах в секунду (Майт/с) и в операциях ввода/вывода в секунду (IOPS). И в первом, и во втором случае системы для 4 Гбит/с SAN демонстрируют высокие показатели производительности – они обеспечивают полосу пропускания до 1600 МБ/с. или до 550 тыс. IOPS для DS4800 и до 125 тыс. для DS4700.

В дисковых системах хранения DS4700, DS4800 использованы новейшие решения IBM для повышения производительности и управляемости инфраструктуры хранения – это позволяет заказчику сформировать среду хранения с высочайшим уровнем доступности данных. Благодаря высокой надежности, которая обеспечивается поддержкой нескольких уровней RAID и дизайном компонентов по принципу избыточности с возможностью горячей замены, дисковая система хранения позволит поддерживать доступность, безопасность данных и удобство в обслуживании массивов данных корпоративного уровня.

Системы DS4700, DS4800 имеют восемь независимых хост-портов 4 Гбит/с FC (стандарт FC-AL) для непосредственного подключения к основному серверу или для подключения через коммутатор к сетям SAN (стандарт FC-SW). Системы поддерживают автоматическое согласование скорости соединения в канале FC, что обеспечивает беспрепятственную интеграцию с имеющейся инфраструктурой 1 Гбит/с или 2 Гбит/с. Это позволяет получить немедленный выигрыш от повышения производительности и расширения возможностей подключения. При этом сохраняются инвестиции в существующую инфраструктуру, которая продолжает функционировать до окончательного перевода сети SAN на 4-гигабитную технологию.

Системы с восемью каналами 4 Гбит/с поддерживают в общей сложности до 224 дисков (DS4800 при использовании 16 дисковых модулей расширения DS4000 EXP710 или DS4000 EXP100) и до 112 дисков (DS4700, модуль расширения EXP810), что делает их применимыми не только для сред, где во главу угла ставится производительность, но и для компаний, предъявляющих высокие требования к емкости хранилищ. Модели систем хранения поддерживают дисковые накопители с интерфейсом Fibre Channel (FC) с общей физической емкостью свыше 67.2 Тбайт и дисковые накопители с интерфейсом Serial ATA (SATA) с общей физической емкостью 56 Тбайт (DS4800). При этом возможность использования высокопроизводительных жестких дисков с интерфейсом Fibre Channel и жестких дисков большой емкости с интерфейсом Serial ATA (SATA) позволяет в рамках одной системы хранения реализовать комбинацию первичного и вторичного хранилища данных. Система DS4700 поддерживает диски с интерфейсом FC общим объемом до 33,6 Тбайт.

Отметим,что в состав модуля расширения DS4000 EXP710 с коммутируемыми дисками входит встроенный коммутатор петель Fibre Channel на базе модуля ESM. Коммутатор петель предназначен для создания соединений Fibre Channel типа точка-точка, которые позволяют модулю ESM и дискам функционировать так же, как при подключении к арбитражной петле Fibre Channel, но при этом с такими же преимуществами по производительности и по возможностям диагностики, как при использовании коммутационной матрицы Fibre Channel. Огромное преимущество модулей DS4000 EXP710 – существенное сокращение числа узлов Fibre Channel в дисковых петлях. Для модуля DS4000 EXP710 требуется значительно меньше узлов, чем для модуля DS4000 EXP700.

По сравнению с предшествующими представителями семейства DS4000 системs DS4700, DS4800 обладают дополнительной гибкостью за счет еще одного параметра конфигурации - размера кэш-памяти. Система DS4700 поставляется в двух вариантах: Model 70 с физической кэш-памятью 2 Гбайта (по 1 Гбайту в каждом контроллере) и Model 72 с физической кэш-памятью 4 Гбайта (по 2 Гбайта в каждом контроллере). DS4800 поставляется в двух вариантах: Model 82 с физической кэш-памятью 4 ГБ (по 2 ГБ в каждом контроллере) и Model 84 с физической кэш-памятью 8 ГБ (по 4 ГБ в каждом контроллере). В настоящее время в обоих случаях адресуется по 2 ГБ памяти.

Как и все представители серии DS4000, системы DS4700, DS4800 используют общие для этого семейства мощные, интуитивно понятные программные средства управления хранением. Эти средства обеспечивают максимально эффективное использование ресурсов хранения и полный контроль над быстро растущей конфигурацией. Системы IBM DS4700, DS4800 представляют собой доступные по цене масштабируемые серверы хранения для консолидации ресурсов и работы с кластерными решениями. Модульная архитектура систем, с поддержкой функций Dynamic Capacity Addition и Dynamic Volume Expansion, обеспечивает возможности наращивания ресурсов по мере необходимости. Системами хранения данных поддерживается дистанционное обновление микропрограммного ПО контроллера, что способствует росту производительности и расширению функциональности. Такие мероприятия, как установка более новой версии DS4000 Storage Manager или добавление функций DS4000 Service Alert и DS4000 Alert Manager, часто могут производиться без остановки системы. Функции автономной работы, такие как дистанционное обновление микропрограммного обеспечения и DS4000 Service Alert, существенно повышают удобство применения системы.

Программное обеспечение (ПО) System Storage DS4000 Storage Manager, входящее в комплект поставки систем хранения данных, предназначено для централизованного управления любыми системами семейства DS4000 (как локальными, так и подключенными к сети). DS4000 Storage Manager позволяет администраторам через Web-интерфейс на основе технологии Java быстро настраивать конфигурацию системы хранения и осуществлять ее мониторинг. Системные администраторы могут также вводить и изменять параметры настройки, задавать конфигурацию новых томов, распределять ресурсы, проводить текущее обслуживание, динамически добавлять новые модули расширения и наращивать емкость существующих томов без ограничения доступа пользователей к данным. Кроме того, DS4000 Storage Manager поддерживает такие стандартные функции, как автоматическое переключение при отказе, процедуры настройки производительности, поддержка кластеров.

DS4000 Storage Manager дает администратору возможность разделить физическую систему хранения данных на 64 виртуальных сервера хранения. Это позволяет реализовать единую стратегию распределения ресурсов хранения, повышающую эффективность использования емкостей хранения и снижающую расходы на аппаратные средства и на управление ресурсами хранения. Можно отказаться от покупки дополнительных RAID-контроллеров с собственными выделенными дисками и средствами управления, поскольку центральные системы хранения данных допускают подключение нескольких серверов, а два их контроллера и общие средства управления обеспечат в случае отказа переключение на резервные компоненты.

Кроме того, для улучшения управления данными и защиты информации, рассматриваемые системы хранения данных поддерживают такие функции, как Flash Copy, Dynamic Volume Expansion, Volume Copy и Enhanced Remote Mirroring. Функция Flash Copy осуществляет создание копий логических томов на заданный момент времени (point-in-time copy), которые могут использоваться для восстановления файлов, создания резервных копий, тестирования и зеркалирования данных. Функция Dynamic Volume Expansion позволяет администраторам изменять размеры логических томов без потери информации. Такая возможность весьма актуальна для приложений с быстро растущими требованиями к объему данных, например, для Lotus Notes и Microsoft Exchange. Функция Volume Copy обеспечивает полную репликацию одного логического тома (исходного) на другой логический том (целевой) в рамках одной системы. В процессе копирования функция Volume Copy разрешает доступ к тому источнику только в режиме чтения, а операции записи откладывает, чем обеспечивается целостность данных на заданный момент времени. Функция Enhanced Remote Mirror, в свою очередь, состоит из функций Global Mirror with Asynchronous Write-order Consistency (необходима для зеркалирования данных приложений, использующих несколько логических томов), Global Copy with Asynchronous и Metro Mirror with Synchronous.

Для повышения готовности без дополнительных затрат несколько систем, рассматриваемые модели систем хранения данных могут использовать общий пул жестких дисков с возможностью ”горячей” замены. Такой режим поддерживается, даже если эти системы подключены к разным серверам. Системный администратор может задавать количество жестких дисков, выделяемых в резерв.

Системы DS4700, DS4800 поддерживается различными программными продуктами семейства IBMTivoli, включая IBMTivoli Storage Manager и IBMTivoli Storage Resource Manager, а также аппаратными и программными продуктами сторонних производителей. С помощью этих инструментов можно существенно расширить возможности систем DS4700, DS4800, например, обеспечить поддержку отчетности о резервном копировании и восстановлении.

Испытания подобных продуктов на совместимость с системами DS4700, DS4800 и другими дисковыми системами IBM проводится в рамках специальной программы IBM System Storage Proven. Тестирование продуктов в рамках этой программы нацелено на устранение проблем в ходе установки системы, а также на сокращение времени, которое тратится на ее техническое сопровождение. Благодаря дополнительной функции DS4000 Service Alert и инструменту DS4000 Alert Manager системы хранения данных могут быстро оповещать центр поддержки IBM об обнаружении проблем, что позволяет заказчику сократить или полностью исключить необходимость личного обращения в службу поддержки. Эти функции могут направлять сообщения об отказах (посредством электронной почты), которые генерирует DS4000 Storage Manager, в сервисный центр IBM для помощи при диагностике и восстановлении отказавшего оборудования и при проблемах с программным обеспечением. Дополнительную информацию о системах DS4000 можно получить в

[27].

5.4.5. Накопители CD -ROM

Рис.5.51. Схема накопителя CD – ROM

В блоке системы автоматического регулирования предусмотрены системы управления механизмами привода: САР-Ф – управления фокусировкой луча; САР-М – система управления мощностью лазерного луча; САР-РС – система, обеспечивающая радиальное слежение за поверхностью и дорожкой; САР-ЛС – система слежения за линейной скоростью. ФАПЧ – система фазовой автоподстройки частоты.

Алгоритм функционирования привода CD – ROM состоит в следующем. После помещения оптического диска в загрузочное устройство, электромеханическое устройство приводит диск во вращение. Оптико – механический блок обеспечивает перемещение оптической головки считывания по радиусу диска и считывание информации. Полупроводниковый лазер генерирует маломощный инфракрасный луч (типовая длина волны 780 нм, мощность излучения 0,2 – 5,0 мВт), который попадает на отражающее зеркало.

Серводвигатель по командам, поступающим от встроенного микропроцессора, перемещает подвижную каретку с отражающим зеркалом к нужному участку диска. Отраженный от диска луч фокусируется линзой, расположенной под диском, далее отражается от зеркала и поступает на разделительную призму, которая направляет луч через вторую фокусирующую линзу на фотодатчик. Фотодатчик преобразует световой поток в поток электрических импульсов. Далее сигнал поступает на универсальный декодер. Высокая достоверность считывания информации обеспечивается сложными системами слежения за поверхностью диска и дорожки записи, алгоритмами декодирования входного потока данных и последующей цифровой обработки. Преобразованные и обработанные данные в виде последовательности кодов передаются в память компьютера через один из стандартных интерфейсов.

Современные накопители выпускаются с интерфейсами SCSI, АТА (ATAPI), USB, PCMCIA. Для блокнотных ПК имеются малогабаритные накопители, размещаемые в их корпусах.

Вслед за первыми моделями, имеющими скорость считывания 150 Кбайт/с, появились устройства с удвоенной и учетверенной скоростью считывания – Double–Speed, Quadro–Speed. Для устройств с большей кратностью, скорости обозначают числами: 2–х, 4–х, … 16–х, 20–х, 24–х ,48–х... Теоретически накопитель, например, 10-х, должен обеспечивать скорость передачи данных при чтении 10x150 Кбайт/с, однако из-за возможных повторных считываний неустойчиво воспроизводимых данных реальная скорость может оказаться ниже. Чем выше кратность скорости накопителя, тем меньше, как правило, и время доступа. Высокоскоростные накопители часто более критичны к носителям.

В оптических дисках для хранения информации используется изменение оптических свойств (в основном, степени отражения) поверхности носителя. В процессе считывания при освещении дорожки лазерным лучом возникает модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого фотоприемником. В компьютер оптический диск пришел из техники цифровой аудиозаписи. Аудиокомпакт-диски, называемые Audio-CD (Compact Disk), как и грампластинки, имеют одну спиральную дорожку, начинающуюсяся с периферийной стороны диска. Эта спираль имеет 22188 витков (поперечная плотность около 600 витков на 1 мм) и длину более 5 километров. Для выравнивания продольной плотности записи диск вращается с переменной угловой скоростью, а привод обеспечивает постоянство линейной скорости носителя, проходящего под головкой. Этим обусловлено большое время доступа, поскольку время уходит и на разгон (торможение) диска при относительно быстром перемещении головки. Скорость считывания аудиоданных, требуемая для звуковоспроизведения в реальном масштабе времени, соответствует информационной скорости 150 Кбайт/с. Диск способен хранить информацию на несколько часов звучания стереофонического аудиосигнала с частотой квантования 44,1 кГц и 16-разрядными выборками. На диске диаметром 120 мм используется только одна поверхность. В таком виде и появились первые компактдиски для хранения данных.

Запись дисков может производиться как печатью с матрицы (заготовки), так и непосредственной записью на носитель в устройстве CD-R. Диски, изготовленные матричным способом, имеют себестоимость, измеряемую единицами центов. Индивидуально записанные диски обходятся дороже.

Независимо от способа записи, оптические диски могут быть прочитаны на любом устройстве считывания, поддерживающем данный формат записи (при использовании качественного носителя и записывающей аппаратуры).

Уже отмечалось, что вместо концентрических дорожек обычных дисков оптический диск имеет одну спиральную дорожку. Минимальной адресуемой единицей хранимой информации является сектор. Сектор кроме служебной информации может содержать 2048 байт данных, защищенных от ошибок ЕСС-кодом, или 2324 (или 2336) незащищенных байт аудио/видео информации. Последовательность секторов одного назначения (формата) объединяется в понятие ”дорожка”. В аудиодисках ”дорожке” соответствует одна музыкальная запись. Минимальный размер ”дорожки”- 300 секторов, максимальный - весь диск. На диске может быть до 99 дорожек. Для каждой дорожки имеются биты состояния (флаги), определяющие его характеристики. Чтобы аудиоплейер не пытался воспроизводить установленный по ошибке диск с данными, для дорожки, содержащей данные, устанавливается флаг ”Data”. Начальная дорожка хранит информацию об организации диска – VTOC (Volume Table Of Contents).

Существует ряд стандартов, описывающих компакт-диски. Часть из них коротко называется по цвету, обложки исходного документа, другие имеют более официальные названия. Большинство стандартов описаны в [12].

Диски могут быть записаны в разных физических форматах. В традиционном режиме CD-ROM (Mode 1) диск имеет емкость около 650 Мбайт, в режиме (Mode 2) - 780 Мбайт. Меньшая емкость в режиме M1 обусловлена большой избыточностью кодирования хранимых данных, необходимой для коррекции неизбежных ошибок.

В режиме Mode 2 CD-ROM на диск записываются данные без кодов ЕСС, причем здесь могут чередоваться, например, области аудиоинформации и данных. Забота об обеспечении достоверности считываемых данных, записанных в М 2, ложится на внешнее программное обеспечение.

Поначалу CD-ROM поддерживались операционными системами только с помощью специальных драйверов. Со временем разнообразие интерфейсов сократилось до трех – SCSI, ATAPI, USB. Функциональные потребности возросли и поддержку CD-ROM стали встраивать в BIOS. При этом для устройств АТА в BIOS Setup тип указывать не надо - устройство будет опознано автоматически. В дисковый сервис INT 13h ввели новые функции, позволяющие для накопителя CD-ROM эмулировать дискету или жесткий диск LBA, а также загружать ОС с CD-ROM.

Поиск по сайту: