Program de test pentru arhitecturi RAID

1. UNIVERSITATEA "POLITEHNICA" BUCUREŞTI FACULTATEA DE ELECTRONICĂ, TELECOMUNICAŢII ŞI TEHNOLOGIA INFORMAŢIEI Program de test pentru arhitecturi RAID Conducător proiect: Conf. Dr. Ing. Ştefan Stăncescu Absolvent: Petrescu Alexandru Mihail

2. Ideea de RAID • A fost introdusă în 1987 de cercetători de la universitatea Berkeley din California • Tehnologia RAID a fost mediatizată şi explicată la acea vreme prin Redundant Array of Inexpensive Disks, care se dorea a fi o metodă eficientă şi ieftină de backup. • Spre deosebire de primele încercări, astăzi noile controlere R.A.I.D. reprezintă o metodă eficientă de control a mai multor discuri independente ca fiind unul singur. • Scopul este obţinerea unor viteze de transfer mult sporite sau de asigurare mai solidă a integrităţii datelor.

3. Principale tipuri în RAID • mirroring (oglindirea) - copierea datelor pe mai multe discuri • poate creşte viteza la citire deoarece sistemul poate accesa date diferite de pe cele două discuri, dar va fi mai încet la scriere dacă sistemul insistă ca ambele discuri să confirme corectitudinea datelor scrise. • striping (întreţesere) - împărţirea datelor pe mai multe discuri • este îndeosebi folosit pentru mărirea performanţei, deoarece permite citirea secvenţelor de date de pe mai multe discuri simultan • error correction (cu corectarea erorilor) unde discuri de verificare redundante stochează datele pentru a fi detectate şi corectate eventualele erori. • verificarea erorilor în mod obişnuit va încetini sistemul deoarece datele vor fi citite din mai multe locaţii şi apoi comparate. • striping with parity ( cu discuri de paritate ) unde corectitudinea datelor este asigurată de blocuri de paritate.

4. Arhitecturi de tip RAID • RAID 0: “Datele sunt împărţite pe mai multe discuri” • RAID 1: “Datele sunt copiate, în oglindă, pe două discuri” • RAID 2: “Se folosesc coduri Hamming pentru Corectarea Erorilor” • RAID 3: “Se foloseşte un disc de paritate a structurii RAID cu date întreţesute ” • RAID 4: “La fel ca RAID 3, însă fiecare bloc este scris pe un singur disc ” • RAID 5: “Date împărţite cu paritate distribuită pe toate discurile (nu este un disc unic de redundanţă)” • RAID 6: “La fel ca RAID 5, dar cu paritate dublă” • RAID 1+0: “Oglinzi întreţesute”

5. Caracteristicile principaleale tipurilor de arii de discuri • RAID 0: Disk Stripping. Discuri organizate în grupuri de fâşii În această organizare de arii de discuri neredundante, datele sunt întreţesute (stripping) în mod secvenţial pe mai multe discuri, care sunt tratate ca un singur disc virtual sau volum (de obicei 4 discuri = volum) • RAID 1: Disk Mirroring. Discuri în oglindă Tehnica creează şi menţine pe discuri separate, două sau mai multe copii ale aceloraşi date, fiecare dintre copii constituindu-se ca o imagine în oglindă a celeilalte. • RAID 2: Parallel Array With Error Corection Code. Discuri în paralel cu corecţia erorilor Discurile în paralel cu corecţia erorilor distribuie datele pe mai multe discuri cu întreţesere la nivel de bit, iar în cadrul ariei de discuri sunt utilizate şi discuri de verificare

6. Caracteristicile principaleale tipurilor de arii de discuri • RAID 3: Parallel Array With Parity. Discuri organizate în fâşii cu control de paritate Spre deosebire de RAID 2, RAID 3 utilizează un singur disc dedicat pentru a memora informaţia de paritate, celelalte discuri din cadrul ariei de discuri fiind utilizate pentru a memora informaţia utilă • RAID 4: Striped Array With Parity. Discuri organizate în fâşii cu paritate La RAID 4 datele se distribuie, ca la RAID 3, pe mai multe discuri de date şi pe un disc de paritate, însă datele sunt scrise fiecare bloc pe un singur disc, astfel încât la operaţia de citire este implicat doar un singur disc • RAID 5: Striped Array With Distributed Parity.Discuri organizate în fâşii cu paritate distribuită RAID 5 nu are dedicat un disc special numai pentru informaţia de paritate ci distribuie pe toate discurile ariei informaţia de tip date şi informaţia de paritate.

7. Caracteristicile principaleale tipurilor de arii de discuri • RAID 6: Striped Array With Dual Distributed Parity. Discuri organizate în fâşii cu paritate distribuită dublă Modelul este identic cu nivelul 5, cu excepţia faptului că se calculează şi se stochează paritate dublă pentru date, fiind necesare cel puţin patru discuri • RAID 1+0 si 0+1 Foloseşte minim 4 discuri, sau un număr par de discuri. Este foarte uşor de configurat pentru un sistem care necesită viteză şi redundanţă, fără a fi nevoie de un procesor puternic pentru calculul parităţii.

8. Soluţii RAID • Combinarea de hard discuri fizice într-o singură unitate logică folosind o componentă hardware sau o aplicaţie software. • Soluţiile hardware sunt proiectate cu scopul de a se prezenta sistemului ataşat ca un singur hard disc, fără ca sistemul de operare să cunoască arhitectura fizică. • Soluţiile software sunt implementate în sistemul de operare, dar aplicaţiile vor utiliza arhitectura RAID ca o singură unitate.

9. Recuperarea datelor • Toleranţa la defectări de la nivelul suportului de memorare este numai unul dintre aspectele care au făcut ca subsistemele RAID să devină tot mai atractive în anii din urmă. • Multe dintre implementările RAID au încorporate surse de alimentare de rezervă, astfel încât dacă sursa activă se defectează să poată fi asigurată alimentarea prin utilizarea surselor de rezervă. • În subsistemele RAID sunt incluse şi ventilatoare de rezervă, care să poată înlocui la nevoie un ventilator distrus.

10. Hot Swap • Pentru menţinerea funcţională a unui RAID, în cazul defectării unui disc, ar fi foarte utilă posibilitatea de a înlocui discul defect fără oprirea sistemului, mai ales dacă e vorba de un server. Pentru aceasta, putem dota sistemul cu discuri SCSI sau Serial ATA care suportă „hot-swap“ (conectare - deconectare din mers). • Dacă Serial ATA suportă nativ această facilitate, pentru SCSI a fost introdus SCA (Single Connector Attachment) ca o alternativă la conectarea standard.

11. Algoritmi de acces pe disk • FCFS - First Come First Served • SCAN ( ELEVATOR ) • CIRCULAR SCAN • SSTF - Shortest Seek Time First • SPTF - Shortest Positioning Time First

12. Mediul de simulare DiskSim 4.0 • Prin crearea Simulatorului DiskSim 4.0 s-a dorit realizarea unor serii de îmbunătăţiri la varianta precedentă 3.0. • Prin această ultimă variantă unele deficienţe au fost rezolvate, simulatorul devenind mult mai uşor de utilizat prin restructurarea unor librării pentru o mai mare eficienţă. • DiskSim 4.0 oferă posibilitatea configurării în simulator a discurilor, controller-elor, buss-urilor, cache-urilor, dar şi a componentelor de software care dirijează activitatea acestora: driverele, algoritmii de planificare a transferului, organizarea structurilor RAID • DiskSim 4.0 simulează şi raportează numai aspectele legate de performanţa sistemelor de stocare şi nu modelează comportamentul restului de componente ale unui sistem de calcul sau interacţiunea dintre acestea şi sistemul de stocare pe discuri

13. Rularea simulatorului DiskSim 4.0 • DiskSimnecesită pentru rulare cinci parametri în linia de comandă: disksim <parfile> <outfile> <tracetype> <tracefile> <synthgen> [par_override] • unde: • disksim - numele fişierului executabil • parfile - numele fişierului cu parametrii de configurare a arhitecturii simulate • outfile - numele fişierului de ieşire a rezultatelor simulării • tracetype - identifică tipul de trace ( ascii / validate ) • tracefile - numele fişierului de trace-uri(workload-ul) ce va fi folosit la intrare. • synthgen - specifică dacă generatorul de workload este activ(1) sau nu(0) • par_override - permite ca o serie de parametri impliciţi ai simulatorului sau o parte din parametrii transmişi prin fişierul de parametri să fie înlocuiţi cu valori transmise prin linia de comandă. Aceşti parametri se introduc în grupuri de cate 3 ( De ex: "disc*" "Scheduler: Scheduling policy " 2 )

14. Interfaţa principală

15. Generatorul de workload • Descrierea generatorului • este instrumentul care dă simulatorului informaţii asupra cererilor ce se vor desfăşura • poate genera cereri: cu o distribuţie gaussiană, cu două distribuţii gaussiene sau cu o distribuţie uniformă • workload-ul generat este încărcat automat pentru a se realiza simulările dorite • nu are influenţă asupra simulării automate

16. Structura datelor din fişierul workload • Semnificaţia coloanelor: • Coloana 1: timpul la care soseşte cererea (faţă de momentul 0 ) • Coloana 2: numărul organizării de disk-uri (arhitectura) care se simulează • Coloana 3: numărul blocului accesat • Coloana 4: numărul de blocuri accesate de la poziţia respectivă 0.0 0 56507827 1 1 0.5 0 99518394 1 1 1.0 0 99240647 1 1 1.5 0 56976860 1 1 2.0 0 100095566 1 1 2.5 0 55186618 1 1 3.0 0 97903946 1 1 3.5 0 100869374 1 1 4.0 0 100978517 1 1 4.5 0 98281311 1 1 5.0 0 99995920 1 1 5.5 0 53082069 1 1 6.0 0 96951195 1 1 6.5 0 102923874 1 1 7.0 0 101862344 1 1 • Coloana 5: reprezintă tipul cererii: • - 1 = citire • - 0 = scriere

17. Simulare automată • Scopul simulării: • generează un set de workload-uri; • simulează toate arhitecturile cu toţi algoritmii de acces disponibili pentru disk-ul selectat; • rezultatele oferă o imagine asupra efectului poziţiei de lucru pe disk a • celui de-al doilea proces fată de primul; • rezultatele simulării automate sunt afişate in consola din interfaţa principală şi salvate intr-un fişier separat.

18. Rezultate Simulare Automatăa disk-ului Seagate-Cheetah În această lucrare am realizat o Simulare Automată a disk-ului Seagate-Cheetah cu următorii parametri: • Număr de cereri: 3.000; • Timp între cereri: 0.5; • Medie: 100.000.000; • Varianţă: 2.000.000; • Rezoluţie parcurgere: 5.000.000

19. Performanţe FCFS

20. Performanţe SPTF

21. Performanţe RAID 0

22. Performanţe RAID 5

23. Concluzii • Programul creat oferă posibilitatea simulării a 5 de tipuri de configuraţii pentru fiecare tip de disk cu cate 5 tipuri de algoritmi; • Cu ajutorul acestui program s-a analizat evoluţia timpului de acces mediu atunci când 2 procese concurente accesează zone diferite de pe disk; • S-a observat ca timpul de răspuns s-a micşorat când cele două procese accesează date din zone cat mai apropiate, apogeul atingându-se în momentul când zonele se suprapun; • Gruparea disk-urilor în structuri de tip RAID are ca efect îmbunătăţirea performanţelor de acces la date, cat şi protecţia acestora în cazul unor defectări.

24. Program de test pentru arhitecturi RAID Vă mulţumesc pentru atenţie! Absolvent:Petrescu Alexandru Mihail