Переваги і недоліки основних рівнів raid

Рівень RAID	Механізм забезпеченнянадійності	Ефективнамісткість масиву	Продуктивність	Сфера застосування
0	-	100%	висока	додатки без істотнихвимог до надійності
1	зеркалирование	50%	висока або середня	додатки без істотнихвимог до вартості
3	парність	80%	середня	додатки, що працюють з великими об'ємамиданих (графіка, CAD/CAM і ін.)
5	парність	80%	середня	додатки, що працюють з невеликими об'ємамиданих (обробка транзакцій)

Складені raid масиви

У основних рівнів RAID є свої достоїнства і недоліки. І цілком зрозуміло, чому інженери стали мріяти про такому RAID, який би об'єднував достоїнства декількох рівнів. Складений RAID масив - це найчастіше поєднання швидкого RAID 0 з надійним RAID 1, 3 або 5. Підсумковий масив дійсно має поліпшені характеристики, але і платити за це доводиться підвищенням вартості і складністю рішення.

Складений RAID будується так: спочатку диски розділяються на набори (set). Потім на основі кожного з наборів будуються прості масиви. А завершується усе об'єднанням цих масивів в один мегамасив. Запис типу X+Y означає, що спочатку диски об'єднані в RAID рівня X, а потім декілька RAID X масивів об'єднані в RAID рівня Y.

RAID 0+1 (01) і 1+0 (10)

RAID 0+1 часто називають "дзеркалом страйпов", а RAID 1+0 - "страйпом дзеркал" (нормальне російське "чергування" практично не використовується, змінившись американізмом). У обох випадках використовуються дві технології - чергування і зеркалирование, але результати різні.

Структура RAID 0+1

RAID 0+1 має високу швидкість роботи і підвищену надійність, підтримується навіть дешевими RAID контроллерами і є недорогим рішенням. Але по надійності дещо краще RAID 1+0. Так, масив з 10 дисків (5 по 2) може залишитися працездатні пі відмові до 5 жорстких дисків!

Структура RAID 1+0

Основний недолік цих масивів - низький відсоток використання місткості накопичувачів - усього 50%. Але для домашніх систем саме RAID 01 або 10 може виявитися оптимальним рішенням.

RAID 0+3 (03) і 3+0 (30)

З цими масивами у виробників спостерігається плутанина. Досить часто замість 0+3 або 3+0 вказують привабливіше число 5+3 (53). Не вірте!

По ідеї поєднання чергування і RAID 3 дає виграш в швидкості, але він досить малий. Зате система помітно ускладнюється. Найбільш простий рівень 3+0. З двох масивів RAID 3 будується страйп, і мінімальна кількість необхідних дисків - 6. RAID 3+0, що вийшов, з точки зору надійності краще, ніж 0+3.

Достоїнства цих комбінацій в досить високому відсотку використання місткості дисків і високої швидкості читання даних. Недоліки - висока ціна, складність системи.

RAID 0+5 (05) і 5+0 (50)

Що буде, якщо об'єднати чергування з розподіленою парністю із звичайним чергуванням? Вийде швидка і надійна система. RAID 0+5 є набором страйпов, на основі яких побудований RAID 5. Така комбінація використовується рідко, оскільки практично не дає виграшу ні в чому. Широкого поширення набув складений RAID масив 5+0.

Структура RAID 5+0

Найчастіше це два масиви RAID 5, об'єднаних в страйп. Така конфігурація дозволяє отримати високу продуктивність при роботі з файлами малого розміру. Типовий приклад - використання як WEB -сервера.

RAID 1+5 (15) і 5+1 (51)

Цей рівень побудований на поєднанні зеркалирования або дуплексу і чергування з розподіленою парністю. Основна мета RAID 15 і 51 - значне підвищення надійності. Масив 1+5 продовжує працювати при відмові трьох накопичувачів, а 5+1 - навіть при втраті п'яти з восьми жорстких дисків! Платити доводиться великою кількістю невживаної місткості дисків і загальним дорожчанням системи.

Найчастіше для побудови RAID 5+1 використовують два контроллери RAID 5, які зеркалируют на програмному рівні, що дозволяє понизити витрати.

JBOD

А що робити, якщо потрібний просто один логічний диск гігантського розміру? Без всяких зеркалирований, чергування і парності? Тоді це вже не RAID, а JBOD - Just A Bunch Of Disks. Реалізувати цей режим здатний простий контроллер або навіть програмна реалізація контроллера.

Об'єднання дисків в один логічний

Чи є у нього переваги, якщо JBOD не підвищує ні швидкодії, ні надійності? Є. Принаймні, для роботи використовується увесь доступний простір жорстких дисків. І ще: у разі виходу з ладу одного з жорстких дисків, інформація на інших не ушкоджується.

Зведемо основні характеристики найбільш поширених рівнів в таблиці.

Поширені single RAID масиви

	RAID 0	RAID 1	RAID 3	RAID 5	RAID 6
Технологія	Чергування	Зеркали-рование	Чергування, парність	Чергування, парність	Чергування, парність
Контроллер	Усе	Усе	Апаратний	Апаратний Hi - End	Специали-зированный
К-ть жорстких дисків	2, 4	2	3 і більше	3 і більше	3 і більше
Доступний робочий простір, %	100	50	66 для 3,75 для 4	66 для 3,75 для 4	33 для 350 для 460 для 5
Стійкість при відмові диска	Ні	Висока	Висока	Висока	Дуже висока
Відновлення даних	Ні	Дуже швидке	Швидке	Швидке	Дуже швидке
Швидкість випадкового читання	Дуже хороша	Хороша	Хороша	Дуже хороша	Дуже хороша
Швидкість випадкового запису	Дуже хороша	Хороша	Погана	Нормальна	Погана
Швидкість лінійного читання	Дуже хороша	Хороша	Дуже хороша	Дуже хороша	Хороша
Швидкість лінійного запису	Дуже хороша	Хороша	Хороша	Хороша	Середня
Ціна	Найнижча	Низька	Середня	Середня	Висока

Поширені multi - RAID масиви

	RAID 0+1	RAID 1+0	RAID 5+0	RAID 5+1
Технологія	Чергування, зеркали-рование	Чергування, зеркали-рование	Чергування, парність	Чергування, парність, зеркали-рование
Контроллер	Майже усе	Майже усе	Специали-зированный	Специали-зированный
К-ть жорстких дисків	4 min	4 min	6 min	6 min
Доступний робочий простір, %	50	50	66 для 2 страйпов по 3 диски	33-40
Стійкість при відмові диска	Дуже хороша	Відмінна	Хороша	Відмінна
Відновлення даних	Швидке	Дуже швидке	Середнє	Швидке
Швидкість випадкового читання	Дуже хороша	Дуже хороша	Дуже хороша	Дуже хороша
Швидкість випадкового запису	Хороша	Хороша	Хороша	Хороша
Швидкість лінійного читання	Дуже хороша	Дуже хороша	Дуже хороша	Дуже хороша
Швидкість лінійного запису	Хороша	Хороша	Хороша	Хороша
Ціна	Відносно висока	Відносно висока	Висока	Дуже висока

Лекція 3. Контроль цілісності інформації

Контроль цілісності програмної структурыв процесі эксплуатацииКонтроль цілісності програм і даних виконується одни-ми і тими ж методами. Виконувані програми изменяютсякрайне рідко на етапі їх експлуатації. Існує достаточноширокий клас програм, для яких усі початкові дані илиих частина також змінюються рідко. Тому контроль целостноститаких файлів виконується так само, як і контроль програм.Контроль цілісності програмних засобів і даних осуще-ствляется шляхом отримання (обчислення) характеристик і сравне-ния їх з контрольними характеристиками. Контрольні характе-ристики обчислюються при кожній зміні соответствующегофайла. Характеристики обчислюються по визначених алгорит-мам. Найбільш простим алгоритмом є контрольне сум-мирование. Контрольований файл в двійковому виді разбиваетсяна слова, що зазвичай складаються з парного числа байт. Усе двоичныеслова порозрядний підсумовується з накопиченням по mod2, утворюючи врезультате контрольну суму. Розрядність контрольної суммыравняется розрядності двійкового слова.

Алгоритм полученияконтрольной суми може відрізнятися від приведеного, але, какправило, не є складним і може бути отриманий по имею-щейся контрольній сумі і відповідному файлу.Інший підхід до отримання характеристик цілісності свя-зан з використанням циклічних кодів [63]. Суть методу со-стоит в наступному. Початкова двійкова последовательностьпредставляется у вигляді полінома F(x) міри п- 1, де п - числобит послідовності. Для того, що вибраного породжує поли-нома Р(х) можна записати равенство:110где m - міра полінома, що породжує, G(x) - частка, a R(x) -| залишок від ділення F(x) - хш на Р(х).З приведеного співвідношення можна отримати нове выра- I жение:Из останнього вираження можна зробити висновок: якщо исход-ный поліном збільшити на хш (зрушити у бік старших разів-рядів на m розрядів) і скласти із залишком R(x) по модулю 2, тополученный многочлен розділиться без залишку на порождающийполином Р(х).При контролі цілісності інформації контрольована по-следовательность (сектор на диску, файл і т. д.), зрушена на mразрядов, ділиться на вибраний поліном, що породжує, і запо-минается отриманий залишок, який називають синдромом.Синдром зберігається як еталон.

При контролі цілісності до поли-ному контрольованої послідовності додається синдром иосуществляется ділення на поліном, що породжує. Якщо остатокот ділення дорівнює нулю, то вважається, що цілісність контроли-руемой послідовності не порушена. Що виявляє спо-собность методу залежить від міри полінома, що породжує, ине залежить від довжини контрольованої послідовності. Чемвыше міра полінома, тим вище вірогідність визначення из-менений d, яка визначається із співвідношення: d =l/2m.Використання контрольних сум і циклічних кодів, як идругих подібних методів, має істотний недолік.

Алгоритм отримання контрольних характеристик добре відомий, ипоэтому зловмисник може виробити зміни таким об-разом, щоб контрольна характеристика не змінилася (напри-мер, додавши коди).Завдання зловмисника ускладниться, якщо використовувати пере-менную довжину двійкової послідовності при підрахунку кон-трольной характеристики, а характеристику зберігати в зашифро-ванном виді або зовні КС (наприклад, в ЗУ Touch Memory).Розглянемо приклад використання циклічних кодів дляконтроля цілісності двійкової послідовності.Нехай вимагається проконтролювати цілісність двоичнойпоследовательности А=1010010. Використовується породжуваний по-лином виду: Р(х)=х3+х+1.111А. Отримання контрольної характеристики.При обчисленні синдрому RA(X) дії виконуються поправилам ділення поліномів, замінюючи операцію віднімання опе-рацией складання по модулю:Двоичная послідовність з синдромом має вигляд: А' = 1010010011 (синдром підкреслений).

ПоследовательностьА' зберігається і(чи) передається в КС.Б. Контроль цілісності інформації.Якщо змін послідовності А' = 1010010011 не про-изошло, то відповідний нею поліном повинен розділитися напорождающий поліном без остатка:Результат вироблених обчислень свідчить про це-лостности інформацію.112Если синдром відмінний від нуля, то це означає, що произошлаошибка при зберіганні (передачі) двійкової послідовності.Помилка визначається і в контрольних розрядах (у синдромі).Існує метод, який дозволяє практично исключитьвозможность неконтрольованої зміни інформації в КС.Для цього необхідно використовувати хэш-функцию. Під хэш-функцией розуміється процедура отримання контрольної харак-теристики двійкової послідовності, заснована на кон-трольном підсумовуванні і криптографічних перетвореннях.Алгоритм хэш-функции приведений в ГОСТ Р34.11-94.

Алгоритм неявляется секретним, так само як і алгоритм використовуваного приполучении хэш-функции криптографічного перетворення, викладеного в ГОСТ 28147-89 [9].Початковими даними для обчислення хэш-функции являютсяисходная двійкова послідовність і стартовий вектор хэши-рования. Стартовий вектор хешування є дво-ичную послідовністю завдовжки 256 біт. Він має бути не-доступен зловмисникові.

Вектор або піддається зашифро-ванию, або зберігається зовні КС.Итерационный процес обчислення хэш-функции Н преду-сматривает:- генерацію чотирьох ключів (слів завдовжки 256 біт);- шифруюче перетворення за допомогою ключів текущегозначения Н методом простої заміни (ГОСТ 28147-89);- перемішування результатів;- порозрядне підсумовування по mod2 слів завдовжки 256 біт ис-ходной послідовності;- обчислення функції Н. В результаті виходить хэш-функция завдовжки 256 біт. Значе-ние хэш-функции можна зберігати разом з контрольованою ин-формацией, оскільки, не маючи стартового вектора хешування, зло-умышленник не може отримати нову правильну функциюхэширования після внесення змін до початкової последова-тельность. А отримати стартовий вектор по функції хэширова-ния практично неможливо.