Анализ существующих систем внешней памяти


Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .2

1. Внешняя память ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...3

2. Организация внешней памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6

2.1. Подключение внешней памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..6

2.2. Организация дисковой памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..9

2.3. Организация ленточной памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...14

2.4. Оптическая память ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ..22

3. Файловая система ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...23

3.1. Внешняя память ОМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..24

3.2. Архитектура файловой системы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24

3.3. Структура ФС на внешней памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25

3.4. Распределение дисковой памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...26

3.5. Распределение массовой памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...27

Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...29

Литература ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
Главная задача компьютерной системы – выполнять программы. Программы вместе с данными, к которым они имеют доступ, в процессе выполнения должны (по крайней мере частично) находиться в оперативной памяти. Операционной системе приходится решать задачу распределения памяти между пользовательскими процессами и компонентами ОС. Эта деятельность называется управлением памятью. Таким образом, память (storage, memory) является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления. В недавнем прошлом память была самым дорогим ресурсом.
Часть ОС, которая отвечает за управление памятью, называется менеджером памяти.
Запоминающие устройства компьютера разделяют, как минимум, на два уровня: основную (главную, оперативную, физическую) и вторичную (внешнюю) память.
Основная память представляет собой упорядоченный массив однобайтовых ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес (номер). Процессор извлекает команду из основной памяти, декодирует и выполняет ее. Для выполнения команды могут потребоваться обращения еще к нескольким ячейкам основной памяти. Обычно основная память изготавливается с применением полупроводниковых технологий и теряет свое содержимое при отключении питания.
Вторичную память (это главным образом диски) также можно рассматривать как одномерное линейное адресное пространство, состоящее из последовательности байтов. В отличие от оперативной памяти, она является энергонезависимой, имеет существенно большую емкость и используется в качестве расширения основной памяти.
Эту схему можно дополнить еще несколькими промежуточными уровнями, как показано на рис. 1. Разновидности памяти могут быть объединены в иерархию по убыванию времени доступа, возрастанию цены и увеличению емкости.
1. Дейтел Г.
Введение в операционные системы
М.: Мир, 1987

2. Коффрон Дж.
Технические средства микропроцессорных систем
М.: Мир, 1983

3. Соломон Д., Руссинович М.
Внутреннее устройство Microsoft Windows 2000
СПб: Издательский дом Питер, М.: Русская редакция, 2001

4. Столлингс В.
Операционные системы
М.: Вильямс, 2001

5. Цикритис Д., Бернстайн Ф.
Операционные системы
М.: Мир. 1977

6. Олиффер В. Г., Олиффер Н. А.
Сетевые операционные системы.
Издательский Дом ``Питер'', 2001.

7. Королев Л.Н.
"Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение"
Наука, 1977

8. "Электроника: прошлое, настоящее, будущее."
Мир, 1980

9. Таненбаум. Многоуровневая организация ЭВМ.
Мир, 1979

10. Еремин Е.
Популярные лекции об устройстве компьютера
Основы информатики

Дисциплина: Автоматизация, Техника
Тип работы:  Реферат
Объем: 35 страниц
Цена этой работы: 300 теңге
В избранное:   




Анализ существующих систем внешней памяти

Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... 2

1. Внешняя память ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...3

2. Организация внешней памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6

2.1. Подключение внешней памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..6

2.2. Организация дисковой памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..9

2.3. Организация ленточной памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...14

2.4. Оптическая память ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ..22

3. Файловая система ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...23

3.1. Внешняя память ОМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..24

3.2. Архитектура файловой системы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24

3.3. Структура ФС на внешней памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25

3.4. Распределение дисковой памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...26

3.5. Распределение массовой памяти ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...27

Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 29

Литература ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .31

Введение

Главная задача компьютерной системы – выполнять программы.
Программы вместе с данными, к которым они имеют доступ, в процессе
выполнения должны (по крайней мере частично) находиться в оперативной
памяти. Операционной системе приходится решать задачу распределения памяти
между пользовательскими процессами и компонентами ОС. Эта деятельность
называется управлением памятью. Таким образом, память (storage, memory)
является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления. В недавнем
прошлом память была самым дорогим ресурсом.
Часть ОС, которая отвечает за управление памятью, называется
менеджером памяти.
Запоминающие устройства компьютера разделяют, как минимум, на два
уровня: основную (главную, оперативную, физическую) и вторичную (внешнюю)
память.
Основная память представляет собой упорядоченный массив
однобайтовых ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес (номер).
Процессор извлекает команду из основной памяти, декодирует и выполняет ее.
Для выполнения команды могут потребоваться обращения еще к нескольким
ячейкам основной памяти. Обычно основная память изготавливается с
применением полупроводниковых технологий и теряет свое содержимое при
отключении питания.
Вторичную память (это главным образом диски) также можно
рассматривать как одномерное линейное адресное пространство, состоящее из
последовательности байтов. В отличие от оперативной памяти, она является
энергонезависимой, имеет существенно большую емкость и используется в
качестве расширения основной памяти.
Эту схему можно дополнить еще несколькими промежуточными уровнями,
как показано на рис. 1. Разновидности памяти могут быть объединены в
иерархию по убыванию времени доступа, возрастанию цены и увеличению
емкости.

Рис. 1.  Иерархия памяти
Многоуровневую схему используют следующим образом. Информация,
которая находится в памяти верхнего уровня, обычно хранится также на
уровнях с большими номерами. Если процессор не обнаруживает нужную
информацию на i-м уровне, он начинает искать ее на следующих уровнях. Когда
нужная информация найдена, она переносится в более быстрые уровни.
История систем управления данными во внешней памяти начинается еще
с магнитных лент, но современный облик они приобрели с появлением магнитных
дисков. До этого каждая прикладная программа сама решала проблемы
именования данных и их структуризации во внешней памяти. Это затрудняло
поддержание на внешнем носителе нескольких архивов долговременно хранящейся
информации. Историческим шагом стал переход к использованию
централизованных систем управления файлами. Система управления файлами
берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в
адреса внешней памяти и обеспечение доступа к данным.

1. Внешняя память

В отличие от основной памяти, внешняя память предназначена для
долговременного хранения и только хранения информации. Способность этой
памяти хранить информацию не зависит от наличия питания. Вся хранимая во
внешней памяти информация разбивается на так называемые файлы. Другими
словами, файл - это единица хранения информации во внешней памяти. Все
файлы разбиваются на несколько основных типов в зависимости от хранимой в
них информации:
· текстовые файлы содержат текстовую информацию как набор кодов символов;
· графические файлы содержат закодированную информацию о всех точках
изображения;
· программные файлы содержат закодированное представление программ в виде,
понятном процессору компьютера;
· звуковые файлы содержат закодированное представление звуковой информации.
Независимо от типа файла, все они в конечном счете содержат только
наборы нулей и единиц, которые объединены в байты. Отсюда следует, что
основной характеристикой файла является его размер в байтах. Этот размер
может изменяться в очень широких пределах - от нескольких байт до
нескольких мегабайт. Для сравнения, стандартная страница печатного текста
занимает около 2 Кб, а солидная книга в 500 страниц потребует для своего
хранения файла объемом в 1 Мб. Большое значение для работы компьютера имеет
взаимодействие основной и внешней памяти. Каждая из них используется в
своих целях и не может заменять другую. Перед началом непосредственной
обработки данных, эти данные вместе с необходимыми программами должны быть
помещены из внешней памяти в основную. Этот процесс называют загрузкой или
чтением информации. Часто сначала загружается необходимая программа, а
потом уже с ее помощью загружаются соответствующие данные. Необходимо
понимать, что загрузка в основную память не приводит к исчезновению
загружаемой информации из внешней памяти. Эта информация остается в
соответствующих файлах, а в основной памяти создается ее копия. Только
когда программы и данные попадут в основную память, процессор сможет
выполнить их обработку. После окончания обработки измененные данные можно
поместить обратно во внешнюю память. Этот процесс называют сохранением или
записью данных. Программы обратно во внешнюю память не записываются, т.к. в
процессе их использования программы обычно не изменяются. Загрузка и
сохранение данных выполняются специальными программами, входящими в состав
так называемой операционной системы, назначение и функции которой будут
рассмотрены позже. Современные компьютеры могут использовать разные типы
внешней памяти, каждый из которых имеет свои особенности. Общим для всех
типов внешней памяти является их основная характеристика - объем или
емкость, измеряемая в байтах. Основным типом внешней памяти являются
жесткие магнитные диски ( Hard Disk, HD, винчестер ). Их основные
особенности:
· большой объем хранимой информации ( 2 - 4 Гб, т.е. около тысячи книг
среднего объема);
· двустороннее использование, т.е. возможность как чтения, так и
записи информации;
· высокая скорость чтения и записи;
· в основном жесткие диски постоянно находятся в компьютере и
снимаются только в крайнем случае.
Вторым по распространенности типом внешней памяти являются дискеты
или гибкие магнитные диски ( Floppy Disk, FD ). Их особенности:
· небольшой объем ( стандартно - 1.44 Мб )
· возможность чтения и записи
· невысокая скорость работы
· съемность, т.е. возможность переноса информации между компьютерами.
В последнее время все большую популярность приобретают компакт-диски
( CD, Compact Disk ). Массовые компакт-диски имеют следующие особенности:
· высокая емкость, сопоставимая с жесткими дисками (до 1 Гбайта)
· одностороннее использование только для чтения ( ROM - Read Only
Memory )
· высокая скорость работы
· возможность переноса неизменяемой информации между компьютерами
(большие программы, энциклопедии, путеводители, учебники).
Надо отметить, что устройства работы с жесткими и гибкими дисками
(называемые дисковыми накопителями) обычно являются стандартными, тогда как
устройства для работы с компакт-дисками (привод CD-ROM) имеют далеко не все
ПК. Дальнейшее развитие компакт-дисков идет по двум направлениям:
· повышение емкости дисков; в частности, технология цифровых
видеодисков (DVD) позволяет хранить на одном диске до 17 Гбайт информации
· предоставление пользователям возможности записи информации на
компакт-диски (перезаписываемые диски - CD RW).
Более редкими являются устройства резервного копирования, которые
позволяют сохранять информацию с жестких дисков либо на магнитной ленте
(стримеры), либо на специальных магнитооптических дисках.
Общая характеристика операционных систем. Операционная система -
это комплекс специальным образом организованных программ и данных, с
помощью которых осуществляется управление всеми устройствами ПК и
взаимодействие с пользователем. ОС выступает как 'посредник' между
пользователем и аппаратной частью ПК.
Основными функциями ОС являются:
· управление файлами на устройствах внешней памяти;
· запуск необходимых пользователю прикладных программ;
· управление основными внешними устройствами;
· организация взаимодействия с пользователем.
На персональных ЭВМ фирмы IBM наиболее простой является ОС семейства
MS DOS фирмы Microsoft. В последние годы в связи с резким увеличением
вычислительных возможностей ПК все большее распространение получают сложные
и мощные ОС, такие как Microsoft Windows, IBM OS2, UNIX. Для грамотного
использования ОС необходимо знать следующее:
· понятие дискового файла и правила задания имен файлов;
· понятие файловой структуры диска;
· основы взаимодействия с ОС (интерфейс пользователя).
Последнее понятие определяет способ управления пользователем работой
ОС. Принято выделять следующие уровни организации взаимодействия
пользователя с системой:
· командный способ является наиболее простым с точки зрения
программной реализации, но наиболее неудобным и трудоемким для массового
пользователя
· простейшие вспомогательные программы-оболочки типа Norton Commander,
реализующие несложный диалог пользователя с системой с использованием меню,
световых кнопок, функциональных клавиш и мыши
· сложные современные оконные системы типа Windows, которые наиболее
удобны для пользователя, но предъявляют высокие требования к используемому
оборудованию и программной поддержке.
Имена устройств и файлов при работе с ОС типа MS DOSWindows
пользователю многократно приходится обращаться к внешней дисковой памяти.
Для этого он должен уметь указывать необходимое ему устройство.
Каждому дисковому накопителю присваивается свое имя следующим
образом:
· A: для устройств работы с дискетами,
· B: аналогично,
· C: для жесткого диска.
Во многих случаях жесткий диск удобно разбить на самостоятельные части
(разделы), присвоив каждой части свое имя C:, D:, E:, F: и т.д. по
алфавиту. При использовании сетевых дисков на сервере им также
присваиваются имена, которыми могут быть любые неиспользованные буквы
английского алфавита. При работе с компакт-диском используется имя,
обозначаемое следующей по алфавиту буквой за именами разделов жесткого
диска. Например: · C: , D: , E: - имена разделов жесткого диска · F: - имя
компакт-диска · G: , W: , Z: - имена сетевых дисков.
Каждому файлу, хранящемуся во внешней памяти, присваивается имя,
состоящее из двух частей : собственно имя как набор от 1 до 8 латинских
букв и цифр; необязательная дополнительная часть, называемая расширением и
содержащая от 1 до 3 символа. В системе Windows 95 допускается давать
файлам длинные многословные имена, а для русифицированной версии -
использовать русские буквы. Расширение отделяется от имени точкой; часто
расширение используется для указания типа файла. Имя файла должно быть
достаточно информативным, отражающим смысл хранимой информации. Некоторые
расширения являются стандартными, например:
· TXT используется для задания текстового файла;
· COM и EXE используются для задания программных файлов.
Многие современные программы используют зарезервированные расширения
для хранения своих файлов. Например, текстовый редактор Word сохраняет
документы в файлах с расширением DOC, а графический редактор Paint системы
Windows использует расширение BMP. Имена файлов можно вводить с клавиатуры
в любом регистре. Примеры правильных имен файлов: · Progr1.exe · PROGR2.COM
· tablica.TXT · dannye.doc · мой документ.doc (для системы Windows 95 и
выше) Примеры неправильных имен: · Prog.text - в расширении имени более
трех символов · Prog.15.txt - нельзя использовать две точки.
Понятие каталога и организация файлов на дисках Современные
магнитные диски могут хранить десятки тысяч разнообразных файлов. Чтобы не
запутаться в этом море файлов, их классифицируют, объединяют по группам.
Все файлы, хранимые на магнитных дисках любых типов, операционные системы
позволяют разбивать на отдельные группы. Внутри группы файлы объединяются
по какому-либо признаку (например, все файлы некоторого пользователя).
Такая группа файлов называется каталогом (directory). Каталогу
присваивается имя. Правила именования каталогов совпадают с правилами для
файлов, за исключением того, что расширение имени для каталогов обычно не
используется. Кроме файлов, любой каталог может содержать подчиненные
каталоги, называемые подкаталогами. В свою очередь, любой подкаталог может
содержать файлы и свои подчиненные подкаталоги. Тем самым каталоги и файлы
образуют так называемое дерево каталогов. Корень дерева называется главным
или корневым каталогом. Начиная с корневого каталога, можно спуститься по
ветвям дерева до необходимого файла или подкаталога. В итоге, каждый
каталог может содержать:
· только файлы
· только подкаталоги
· файлы и подкаталоги
· ничего не содержать, т.е. может быть пустым.
Имя корневого каталога совпадает с именем используемого дискового
устройства. Если жесткий диск разбит на несколько разделов (C:, D:, ...),
то в каждом из них создается своя собственная файловая структура, никак не
связанная с другими. В подобной древовидной структуре для определения
местоположения файла надо задать путь, т.е. последовательность
подкаталогов, начиная с корневого, которые должны проходиться для
достижения данного файла. При описании этого пути подкаталоги отделяются
друг от друга обратной косой чертой (\). Тогда полное имя файла в
операционных системах MS DOSWindows можно описать следующим образом: устр:
\ каталог1 \ подкаталог2 \ ... \ имя.расширение Здесь устр: - имя дискового
накопителя ( А:, B:, C:,...) ... \ ... - путь по древовидной структуре Если
в полном имени файла опущены устройство и путь, то они выбираются по
умолчанию. Используемые в данный момент устройство и подкаталог называются
текущими или рабочими. В каждый момент времени ОС отслеживает текущее
устройство и подкаталог, поэтому для работы с файлами текущего подкаталога
можно не указывать имя устройства и путь. Примеры полных имен файлов: · С:
\ DOS \ RAB \ PROG1.exe - файл prog1.exe записан на жестком диске( раздел
C: ) в подкаталоге RAB, входящем в каталог DOS · D: \ DOKUMENT \
tablica.txt - файл tablica.txt храниться на жестком диске (раздел D: ) в
каталоге DOKUMENT · A: \ file1.txt - файл file1.txt в корневом каталоге
дискеты, находящейся в данный момент в соответствующем устройстве Поскольку
файлы распознаются операционной системой по полным именам, то файлы в
разных подкаталогах могут иметь одинаковые имена, оставаясь тем не менее
разными файлами для ОС, поскольку их полные имена будут различными.
Например, файлы C: \ RAB \ file1.txt и C: \ DOKUM \ file1.txt являются для
ОС разными, хотя и имеют одинаковые имена. Запуск ОС Операционная система
как комплекс программ работает все время, пока пользователь общается с
компьютером. Это означает, что основные программы ОС должны все время
находиться в основной памяти. Все программы ОС хранятся на диске в
специальных системных файлах. Первоначально эти программы помещаются в
основную память при включении компьютера. Более подробно, при включении
питания компьютера обычно автоматически выполняются следующие два действия:

· производится проверка работоспособности основных устройств
(тестирование аппаратуры); в случае обнаружения каких-либо неисправностей
можно повторить включение или обратиться к специалисту
· если тестирование проходит успешно, то после этого начинается так
называемая загрузка ОС, состоящая в копировании основных программ ОС с
магнитного диска в оперативную память.
При этом простейшие ОС типа MS DOS можно загружать либо со специальной
дискеты ( называемой системной ), либо с жесткого диска. В первом случае
перед включением компьютера надо вставить системную дискету в накопитель.
Во втором случае в этом устройстве дискет быть не должно. Сложные ОС класса
Windows загружаются с жесткого диска.

2. Организация внешней памяти

К периферийным устройствам серверов относятся различные
устройства внешней памяти и устройства ввода-вывода. Основными видами
внешней памяти, используемой в серверах zSeries, являются дисковая память,
память на магнитных лентах и оптическая память. В большинстве случаев для
подключения разных видов памяти используются стандартные средства, что
позволяет задействовать одни и те же решения в различных типах серверов,
включая серверы IBM и других производителей.

2.1. Подключение внешней памяти

Для подключения памяти к центральным устройствам сервера могут
использоваться следующие способы:
прямое подключение DAS (Directly Attached Storage) [3.10],
сетевые подключения SAN (Storage Area Network Attached Storage) и NAS
(Network Attached Storage) [3.11].
Прямое подключение предполагает использование отдельной памяти для каждого
сервера. Возможны варианты с размещением памяти в одном корпусе с
центральными устройствами или в виде отдельного устройства, подключаемого
через предусмотренные в сервере интерфейсы. Внутреннее подключение памяти
(рис. 2а) реализуется путем соединения памяти через адаптер напрямую с
канальным интерфейсом (STI). Вариант такого подключения через интерфейс
SCSI-адаптер приведен на (рис. 2а). Этот вариант не предусматривает
использование каналов и канальных программ, а cache дисков и управляющая
информация, связанная с обменами, размещается в системной HSA-памяти
сервера.
При внешнем подключении (рис. 2б), которое является основным для zSeries,
используются ESCON- и FICON-каналы и совместимые с ними контроллеры CU-
памяти. Обмены при этом выполняются либо под управлением канальных
программ, либо в режиме QDIO (FCP-канал). Буфер и управление внешней
памятью реализуется средствами контроллера CU-памяти.
Рис. 2.  Прямое подключение памяти DAS
Сетевое подключение серверов к внешней памяти (рис. 3) основано на
использовании специализированной сети (SAN) иили сетей общего назначения
(NAS). Такое подключение позволяет создать для серверов и устройств памяти
соединения "любой-с-любым" с использованием коммутаторов, маршрутизаторов и
другого коммутационного оборудования. Основными достоинствами подхода
являются:
консолидация устройств хранения, повышающая эффективность их использования;

совместное использование данных за счет их копирования;
практически неограниченное и без останова наращивание объема памяти;
повышенная надежность хранения за счет резервного дублирования и других
механизмов;
применение дополнительных сервисных средств, оптимизирующих использование
памяти.
Концепция SAN основана на создании выделенной специализированной
подсети, ориентированной на интенсивный обмен данными с распределенной
системой хранения данных. Передача данных в SAN основана на блочном
принципе с использованием стандартных протоколов. NAS ориентирована на
доступ к памяти на уровне файлов. С этой целью используется файловый сервер
(NAS filer), через который осуществляется взаимодействие клиентов с
памятью. Такой сервер подключен к TCPIP сети, через которую он принимает
запросы на обращение в память в соответствии с протоколами (CIFS, NFS) и
преобразует их в команды для блочного обращения к памяти, в том числе через
SAN.

Рис. 3. Сетевые подключение памяти SAN, NAS
Основным сетевым стандартом де-факто для SAN является Fibre
Channel. Одной из основных причин такого выбора является более высокая
скорость обмена (до 200 Mbs) по сравнению со стандартами Ethernet
101001000 и SCSI. Протокол FCP (Fibre Channel Protocol), широко
используемый в SAN, является командным протоколом Serial SCSI,
надстраиваемым над проколами передачи Fibre Channel.
Протоколы TCPIP также могут использоваться в SAN в качестве транспортной
среды для передачи информации на уровне блоков. Такой подход, получивший
название IP Storage, позволяет задействовать существующую инфраструктуру
локальных и глобальных IP-сетей и накопленный опыт их эксплуатации. SAN на
основе IP-сети базируется на передаче информации других протоколов путем ее
инкапсуляции в TCPIP, то есть "поверх" TCPIP. С этой целью разработаны
варианты протоколов, стеки которых представлены на таблице 1 [3.11].
Протокол iSCSI (Internet SCSI) обеспечивает инкапсуляцию SCSI команд,
данных и состояний непосредственно в TCP-пакеты и
Таблица 1. Стеки протоколов iSCSI,
iFCP, FCIP
Приложения
Операционная система
Стандартная система команд SCSI
Новый Serial FCP FC4FCP FC4
SCSI
Нижние уровни
FC
TCP TCP TCP
IP IP IP
iSCSI iFCP FCIP

Протокол FCIP (Fibre Channel over IP) является туннельным
протоколом и предназначен для объединения географически распределенных SAN,
построенных на основе оборудования и протоколов Fibre Channel, посредством
соединения FC-устройств FCIP-туннелем через LANWAN на основе TCPIP
протоколов. С этой целью FC-фреймы с сохранением стандартной FC-адресации
инкапсулируются в TCPIP пакеты. Для взаимодействующих FC-устройств
созданный FCIP туннель прозрачен, то есть все промежуточные преобразования
для них незаметны, что эквивалентно расширенной FC-линии.
Протокол iFCP (Internet Fibre Channel Protocol), как и FCIP,
основан на инкапсуляции FC-фреймов в TCPIP пакеты, однако при этом
совмещаются схемы адресации Fibre Channel и IP. Соединения iFCP выполняются
через шлюзы (gateway), в которых воспринимаются оба вида адресации и
реализуются функции коммутаторов для двух стандартов Fibre Channel и IP.
Топология сети SAN на основе Fibre Channel включает соединения
типа точка-точка, кольцевые структуры с арбитражем и сложные коммутирующие
сети (см. предыдущий раздел). Для реализации коммутирующей сети SAN на
основе Fibre Channel могут использоваться следующие группы устройств:
IBM TotalStorage SAN Switches;
CNT FC9000 Fibre Channel Directors;
McDATA Switch Products;
CISCO MDS 9000 Multi-layer Switches and Directors.
Каждая из перечисленных линеек включает средства для применения в
системах как начальногосреднего, так и продвинутого уровней. Основу
устройств составляют высокоскоростные коммутирующие структуры, связанные с
сетевыми линиями через порты. Каждый порт предназначен для подключения
одного типа линии или обладает свойством самонастройки параметров в
зависимости от типа подключенной линии, например, автоматически
настраивается на скорость обмена. Основными типами портов являются Fibre
Channel порты со скоростью передачи 1 Gbs, 2 Gbs. Помимо этого возможно
использование FCP, iSCSI, FCIP, iFCP и других типов портов. Допустимое
число и тип портов для некоторых моделей приведены в таблице 2.
Таблица 2. Параметры коммутирующего оборудования SAN
Тип Модель Число Тип портов
портов
IBM TotalStorage SAN Switch M12 64, 2×64 FC
Director
M14 32 - 128 FС
Director
McDATA Intrepid Director 6064 24 - 64 FС, FCP
6140 64 -140 FС, FCP
Cisco MDS Multilayer 9506 16-128 FC, GE, iSCSI, FCIP,
Directors Cisco port
9509 32 - 224 FC, GE, iSCSI, FCIP,
Cisco port
CNT UltraNet Multi-service FC9000-6424 - 64 FС
Director
CNT FC9000 Fibre Channel FC9000-1248 - 128 FС
Director 8
FC9000-2548 - 256 FС
6

Для подключения памяти NAS может использоваться файловый сервер
NAS Gateway 500, поддерживающий протоколы NFS, CIFS, HTTP, FTP. Сервер
включает один или два узла на базе процессоров 2-way или 4-way Power4+,
память емкостью до 32 GB, внутреннюю дисковую память, слоты PCI и другое
оборудование. Для связи сервера с TCPIP сетью используются GE порты, а для
подключения к SAN - FC-порты.передачу блоков через IP-сеть.

2.2. Организация дисковой памяти

Сервер ESS (Enterprise Storage Server) является одной из наиболее
мощных систем дисковой памяти [3.12-3.15]. Он предназначен для
использования в любых серверах IBM zSeries, а также может быть подключен к
другим типам серверов с платформами Intel, UNIX и др. Сервер построен на
основе гибкой и масштабируемой архитектуры Seascape и имеет несколько
модификаций от ранних Е-моделей до F-моделей и моделей 800 и 750.
Подключение дисков в ESS выполняется в соответствии с архитектурой
последовательного подключения накопителей SSA (Serial Storage
Architecture), предложенной IBM в августе 1995 года и предназначавшейся в
первую очередь для дисковых систем [3.16]. SSA является открытой
архитектурой, основанной на использовании последовательного
высокоскоростного полнодуплексного SSA-канала для подключения дисковых
накопителей. Разработка этого стандарта связана с необходимостью
преодоления ограничений интерфейса SCSI по длине, быстродействию и другим
параметрам. Принцип организации SSA показан на (рис. 4а). Для объединения
дисковых накопителей используется кольцевая структура на основе двух
последовательных линий для чтения и записи, допускающих обмен на скорости
до 40 MbBs. Каждое устройство (диски, адаптеры дисков DA), включенное в
кольцо, имеет узел с двумя SSA-интерфейсами для связи с узлами соседних
устройств. Между любыми двумя устройствами в кольце имеется два
альтернативных пути. Суммарная пропускная способность узла достигает 160
Mbs. Предусмотрено подключение до 127 устройств на одно кольцо с
допустимым расстоянием между устройствами до 25 м (медный кабель) или до 10
км при использовании оптоволокна.
Архитектура SSA реализует концепцию соединений узел-узел, что
позволяет организовать в кольце множественные обмены (spatial reuse) и тем
самым увеличить его пропускную способность. Адаптер дисков может включать
два узла, что позволяет подключить два кольца к одному адаптеру. На (рис .
4б) показан способ реализации SSA, используемый в ESS и допускающий
одновременное выполнение до восьми обменов. Сдвоенный адаптер, включающий
DA1, DA2, теоретически допускает суммарную пропускную способность до 320
Mbs.

Рис. 4.  Топология SSA-кольца
В кольце используются принципы автоматического конфигурирования
(self-configuring) и самовосстановления (self-repairing), что допускает:
функционирование при наличии отказа линии или узла за счет реконфигурации;
выбор альтернативных путей;
горячую замену дисков и кабелей;
наращивание числа дисков без останова и т.д.;
В общем случае архитектура SSA включает следующие компоненты:
физический уровень SSA-PH1, определяющий физические и электрические
параметры линий, драйверов и разъемов;
транспортный уровень SSA-TL1, определяющий форматы посылок и кодирование
управляющей информации;
уровень SSA-SCSI отображения спецификаций SCSI на SSA-устройства,
предназначенный для прямого подключения SCSI-устройств к SSA.
Обмен информацией в SSA осуществляется фреймами, обобщенный формат
которых представлен на табл. 3. При передаче информации используется
преобразование байтов в десятиразрядные символы. Флаги, состоящие из одного
служебного символа, играют роль концевиков фрейма. Поле типа фрейма (1
символ) определяет назначение фрейма (управляющий, привилегированный,
информационный). Адрес, включающий от 1 до шести символов, используется для
указания объектов SSA или канала, принимающих фрейм. Поле данных имеет
переменную длину от 0 до 128 символов и содержит данные приложений или
посылки в зависимости от типа фрейма. Контрольный 32-разрядный код CRC
вычисляется для всех передаваемых полей, кроме флагов. Передача фреймов
между узлами реализуется с использованием подтверждающих квитанций и
временной буферизации в узлах.
Таблица 3. Формат фрейма SSA
Флаг (1 Тип фрейма (1Адрес (1÷6 Поле данных (0÷128CRC (4 Флаг (1
символ) символ) символов) символов) байта) символ)

Структурная организация сервера ESS приведена на (рис. 5.). Сервер
состоит из двух симметричных процессорных кластерных комплексов,
реализующих функции управления запоминающим массивом. Для связи кластеров с
серверами используется 16 адаптеров HA (host adapter), каждый из которых
включает один порт Fibre ChannelFICON или два порта ESCON, SCSI. Каждый из
адаптеров HA соединен с двумя кластерными комплексами через общие шины
внутренних межсоединений CPI (Common Parts Interconnect buses). Любой
кластер может поддерживать операцию ввода-вывода через любой из адаптеров
HA.

Рис. 5.  Структурная организация сервера ESS
Кластер включает процессорный комплекс CPC, память cache и
энергонезависимую память NVS. Процессорный комплекс реализован на базе 4-
way SMP процессора. В моделях ESS серии E используется 32-разрядные
процессоры с частотой 332 MГц, а в моделях серии F - 64-разрядные
процессоры с частотой 255 MГц. Производительность процессоров модели 800 в
два раза (в 2,5 раза для турбо-режима) выше, чем у моделей F.
Память cache используется в операциях чтения и записи с дисковым массивом
для увеличения производительности ESS. Каждый из кластеров имеет
собственную неразделяемую память cache. Для защиты данных в операциях
записи в ESS создаются две копии: одна в памяти cache, вторая - в
энергонезависимой памяти NVS. Каждый из кластеров использует NVS,
размещенную в другом кластере, что позволяет сохранить последнюю копию
данных при отказе одного из кластеров.
Связь кластеров с дисковым массивом осуществляется через адаптеры
дисков DA. Каждый кластер имеет четыре адаптера DA, содержащих по два узла
SSA для подключения дисков. Это позволяет создать до восьми сдвоенных SSA-
колец (см. рис. 5.). Для построения запоминающего массива используются
диски (модули DDM, включающие управление и дисковый накопитель HDD) со
следующими параметрами:
18,2 GB 1000015000 об.мин;
36,4 GB 1000015000 об.мин;
72,8 GB 1000015000 об.мин;
145,6 GB 10000 об.мин.
Минимальной конструктивной единицей наращивания объема
запоминающего массива является дисковый блок, состоящий из 8 однотипных по
параметрам дисков. Допускается использование в одном массиве дисковых
блоков разного типа. Схема подключения дисковых блоков к адаптерам DA
кластеров приведена на рис. 6. Для подключения используется восьми колец,
соединенных с узлами адаптеров в разных кластерах. Базовая конфигурация
предусматривает использование до двух дисковых блоков в каждом кольце,
размещаемых на основной раме (блоки 1 ÷ 16, 128 дисков). Расширенная
конфигурация допускает подключение четырех дополнительных дисковых блоков в
каждом из колец (блоки 17 ÷ 48) с использованием рамы расширения (до 384
дисков).
Дисковые блоки инсталлируются парами (см. рис. 6.), в которых они
могут быть конфигурированы по стандартам RAID-5 (6+P+S или 7+P), RAID-10
(3+3+2S или 4+4), где P - диск для контрольных сумм по четности, S -
резервный диск.
Хранение информации на дисках реализуется на базе двух архитектур.
Архитектура CKD (Сount Key Data) или ECKD (enhanced CKD) применяется в
серверах zSeries и основана на использовании записей переменной длины с
указанием в них длины и ключа. В качестве команд в данной архитектуре
применяются CCW.
Архитектура с фиксированными блоками FBA или FB (Fixed Block
Architecture) используется для подключения ESS к устройствам со стандартами
SCSI или Fibre Channel (FCP). FB-архитектура основана на представлении
данных или логических дисков блоками и секторами фиксированных размеров.
Местонахождение каждого блока может быть вычислено. Концепция дорожек и
цилиндров при этом также используется.

Таблица 4. Характеристики ESS
Модель Тип RAID Емкость cache Емкость DDM Емкость массива
ESS (GB) (GB) (минмакс)
F20 RAID-5, 8 (16, 24, 32 18.2, 36.4, 420 GB - 11.2 TB
non-RAID optional) 72.8 (RAID-5)
Model 800RAID-5, 8, 16, 24, 32, 18.2, 36.4, 582 GB - 55.9 TB (физ.
RAID-10 64 72.8, 145.6 емкость)
Model 750RAID-5, 8, 16 72.8, 145.6 1.1 ТВ - 4.6 ТВ (физ.
RAID-10 емкость)

Для повышения надежности хранения данных в архитектуре ESS
предусмотрена возможность создания зеркальных копий данных с использованием
резервных локальных или удаленных средств хранения данных [3.17]. Для этого
применяются следующие способы:
удаленное копирование PPRC (Peer-to-Peer Remote Copy);
расширенное удаленное копирование ERC (Extended Remote Copy);
быстрое копирование FC (Flash Copy).
Технология PPRC основана на зеркальном копировании данных,
сохраняемых в основном ESS, в резервный ESS, подключенный к основному через
последовательные каналы (до восьми каналов ESCON). Допускается подключение
нескольких резервных ESS к одному основному и наоборот. Максимальное
удаление основного и резервного ESS составляет 103 км (с повторителями).
Копирование PPRC выполняется в следующей последовательности:
Запись данных приложения в cache и NVS основного ESS.
Отключение канала между приложением и основным ESS путем передачи
приложению признака "канал свободен".
Запись данных из основного ESS в cache и NVS резервного ESS.
Передача признака "запись завершена" из резервного ESS в основной.
Передача из основного ESS приложению признака "устройство свободно",
сигнализирующего о полном завершении копирования.
Данный вариант копирования называется синхронным PPRC; он
обеспечивает для приложения завершение операции записи в ESS только после
записи в резервный ESS. Асинхронный способ PPRC Extended Distance (PPRC-XD)
позволяет завершить операцию записи на этапе 2 передачей двух признаков,
"канал свободен" и "устройство свободно", с последующим выполнением
копирования в резервный ESS.
В отличие от PPRC, способ расширенного удаленного копирования ERC
предполагает использование дополнительной системы для пересылки копируемых
данных - System Data Mover (SDM). Это специальная управляющая программа,
которая исполняется на одном из серверов, например, на сервере с резервным
ESS. Такой сервер осуществляет пересылку копируемых данных "через себя", и
ему должны быть доступны и основной, и резервный ESS. Операция записи в
основной ESS завершается на этапе 2 аналогично варианту PPRC-XD, после чего
сервер SDM выполняет необходимые операции копирования в резервный ESS.
Способ позволяет помимо ESCON использовать для копирования линии FICON с
длиной до 100 км без повторителей.
Способ Flash Copy копирования предназначен для "мгновенного"
(point-in-time) создания в ESS копии имеющихся данных, что обеспечивает
возможность работы приложений с копиями данных с минимальной задержкой.
Процесс Flash Copy запускается функцией ESS Copy Services function для
исходного и целевого томов данных в одном ESS и включает следующие фазы.
В фазе запуска процедуры Flash Copy в ESS внутренним программным
обеспечением создается "пустой" резервный том и уровень метаданных,
обеспечивающий фиксацию начального состояния основного и резервного томов и
отслеживание последующих изменений в томах в процессе копирования. После
завершения фазы запуска, которая выполняется за достаточно короткое время,
резервный том, как и основной, становятся доступными для обращений.
Обращение к томам осуществляется через уровень метаданных, определяющий
том, с которым фактически будет выполняться требуемая операция.
Фаза копирования предназначена для физического копирования данных
в резервный том. Во время этой фазы оба тома доступны для чтениязаписи, а
копирование по умолчанию выполняется в фоновом режиме с меньшим приоритетом
по сравнению с операциями ввода-вывода. При попытке модификации в исходном
томе не скопированных данных немедленно выполняется их копирование в
резервный том. После завершения копирования процедура Flash Copy считается
выполненной. Возможно отключение фонового копирования, при этом допускается
размещение в резервном томе только исходных копий модифицируемых данных.

2.3. Организация ленточной памяти

Память на основе ленточных накопителей значительно выигрывает в
цене в расчете на бит хранимой информации по сравнению с дисковой памятью,
вследствие чего ... продолжение
Похожие работы
Теоретический анализ внешней торговли
Сравнительный анализ систем беспроводного доступа
Структура вычислительных систем
Анализ прибыльности банков
Анализ налоговых поступлений
Центральная азия во внешней политике России
CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем
Экономический анализ банка
Развитие систем управления рисками в коммерческих банках
Инженерные методы в управлении систем менеджмента качества
Дисциплины



WhatsApp: 777 614 50 20
Email: info@stud.kz
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь