Програмная поддержка SCSI устройств

Задача программирования SCSI систем и устройств является многоуровневой и может быть разделена следующие относительно независимые подзадачи:

· Программирование аппаратных средств периферийных устройств.

· Реализация протоколов SCSI шины.

· Реализация SCSI команд.

· Доступ к SCSI устройствам ОС и прикладных задач.

В известных контроллерах WD 33C92/93 фирмы Western Digital имеется даже встроенная команда преобразования форматов логических адресов в физические.

Таким образом, для реализации различных ПУ в стандарте SCSI могут

использоваться фрагменты готовых программ, поддерживающие такие стандартные функции управления ПУ как INT 13, INT 11 и др.

Применение SCSI устройств позволяет осуществлять быстрый обмен данными в многомашинных комплексах, где устанавливаются персональные компьютеры и серверные платформы, а так же в гибридных вычислительных комплексах, в коллективных вычислительных кластерах, где необходимо хранение больших баз данных.

Заметим напоследок, что использование гибридных машин предполагает обычно мелкозернистые обмены. Это обстоятельство значительно повышает требования к качеству коммуникационной сети в целом, и, в частности, достижение высокой эффективности использования машины становится невозможным без высокого темпа выдачи сообщений [8].

На SCSI устройствах строятся устройства хранения больших объемов данных — серверы баз данных, вычислительные кластеры. Хранение и оперирование данными организованно в виде RAID-массивов. Для этого ставятся управляющие RAID-контроллеры.

RAID массив — это избыточный массив независимых дисков (Redundant Arrays of Independent Discs), на который возлагается задача обеспечения отказоустойчивости и повышения производительности. Отказоустойчивость достигается за счет избыточности. То есть часть емкости дискового пространства отводится для служебных целей, становясь недоступной для пользователя.

В соответствии с различными типами доступа существуют и различные типы RAID-массивов, которые принято характеризовать уровнями RAID. Кроме типа доступа, уровни RAID различаются способом размещения и формирования избыточной информации. Избыточная информация может либо размещаться на специально выделенном диске, либо перемешиваться между всеми дисками. Способов формирования этой информации несколько больше. Простейший из них — это полное дублирование (100-процентная избыточность), или зеркалирование. Кроме того, используются коды с коррекцией ошибок, а также вычисление четности.

Уровни RAID

RAID 0

При создании RAID-массива уровня 0 информация разбивается на блоки, которые записываются на отдельные диски, то есть создается система с параллельным доступом (если, конечно, размер блока это позволяет). Благодаря возможности одновременного ввода-вывода с нескольких дисков RAID 0 обеспечивает максимальную скорость передачи данных.

RAID 1 (Mirrored disk)

RAID уровня 1 — это массив дисков со 100-процентной избыточностью. То есть данные при этом просто полностью дублируются (зеркалируются), за счет чего достигается очень высокий уровень надежности.

RAID 2

RAID уровня 2 — это схема резервирования данных с использованием кода Хэмминга для коррекции ошибок. Записываемые данные формируются не на основе блочной структуры, как в RAID 0, а на основе слов, причем размер слова равен количеству дисков для записи данных в массиве. Если, к примеру, в массиве имеется четыре диска для записи данных, то размер слова равен четырем дискам. Каждый отдельный бит слова записывается на отдельный диск массива. Например, если массив имеет четыре диска для записи данных, то последовательность четырех бит, то есть слово, запишется на массив дисков таким образом, что первый бит окажется на первом диске, второй бит — на втором и т. д.

RAID 3

RAID уровня 3 — это отказоустойчивый массив с параллельным вводом-выводом и одним дополнительным диском, на который записывается контрольная информация. При записи поток данных разбивается на блоки на уровне байт (хотя возможно и на уровне бит) и записывается одновременно на все диски массива, кроме выделенного для хранения контрольной информации. Для вычисления контрольной информации (называемой также контрольной суммой) используется операция «исключающего ИЛИ» (XOR), применяемая к записываемым блокам данных. При выходе из строя любого диска данные на нем можно восстановить по контрольным данным и данным, оставшимся на исправных дисках.

RAID 4

RAID уровня 4 — это отказоустойчивый массив независимых дисков с одним диском для хранения контрольных сумм. RAID 4 во многом схож с RAID 3, но отличается от последнего прежде всего значительно большим размером блока записываемых данных (большим, чем размер записываемых данных). В этом и есть главное различие между RAID 3 и RAID 4.

RAID 5

RAID уровня 5 — это отказоустойчивый массив независимых дисков с распределенным хранением контрольных сумм. Блоки данных и контрольные суммы, которые рассчитываются точно так же, как и в RAID 3, циклически записываются на все диски массива, то есть отсутствует выделенный диск для хранения информации о контрольных суммах.