Hà nội, 17 December 2009
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Posts and Telecommunications Institute of Technology
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH
Chương VII: Ổ đĩa và RAID
Giảng viên: TS. Nguyễn Quý Sỹ
Email:
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Hơn 50 năm trước!
– 13th September 1956
– The IBM RAMAC 350
1. Giới thiệu
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Dữ liệu trên đĩa 1” 8GB trên tay phải gấp 80.000 lần đĩa
trên tay trái có kích thước 24” của máy RAMAC…
1. Giới thiệu (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Ổ đĩa trông như thế nào?
1. Giới thiệu (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Các tham số
– 2-30 đầu từ (số đĩa * 2)
– Đường kính 14’’ to 2.5’’

byte, word
50 ns
faster all the time
200-1000MB/s
$.10/MB
Mất nội dung
sector
sector
5ms
not on a good curve
200MB/s
$.002MB
Không vấn đề
Kích thước nhỏ nhất
Ghi
Truy cập ngẫu nhiên
Truy cập liên tục
Giá thành
Va chạm
Bộ nhớ RAMỔ đĩa
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Cấu trúc đĩa
– Các ổ đĩa đánh địa chỉ như là các mảng 1 chiều của các khôia
logic
• Khối logic là khối nhỏ nhất của chuyển giao
– Mảng này được ánh xạ liên tục trên các sector của đĩa
• Địa chỉ 0 là sector đầu tiên của rãnh đầu tiên nằm ngoài cùng
(cylinder ngoài cùng)

• Sau 3 thập kỷ cải thiện được 20 lần
– Chúng ta có thể sử dụng nhiều đĩa để nâng cao hoạt động
– Bằng cách tháo dỡ các file trên nhiều đĩa (đặt các phần của mỗi
file trên các đĩa khác), I/O song song có thể nâng cao thời gian
truy cập
– Tháo dỡ làm giảm độ tin cậy
• 100 đĩa có thời gian trung bình 1/100 giữa các lỗi của 1 đĩa
– Vì vậy chúng ta cần tháo dỡ để hoạt động, nhưng chúng ta cùng
cần một số thứ để trợ giúp độ tin cậy/tính hiệu dụng
– Để tăng cường độ tin cậy, chúng ta có thể bổ sung dữ liệu dự
phòng cho các đĩa ngoài tháo dỡ
1. RAID
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Động lực của RAID
– Các đĩa đang được cải thiện, nhưng vẫn không nhanh bằng CPU
• 1970 thời gian tím kiếm: 50-100 ms.
• 2000s thời gian tìm kiếm: <5 ms.
• Sau 3 thập kỷ cải thiện được 20 lần
– Chúng ta có thể sử dụng nhiều đĩa để nâng cao hoạt động
– Bằng cách tháo dỡ các file trên nhiều đĩa (đặt các phần của mỗi
file trên các đĩa khác), I/O song song có thể nâng cao thời gian
truy cập
– Tháo dỡ làm giảm độ tin cậy
• 100 đĩa có thời gian trung bình 1/100 giữa các lỗi của 1 đĩa
– Vì vậy chúng ta cần tháo dỡ để hoạt động, nhưng chúng ta cùng
cần một số thứ để trợ giúp độ tin cậy/tính hiệu dụng
– Để tăng cường độ tin cậy, chúng ta có thể bổ sung dữ liệu dự
phòng cho các đĩa ngoài tháo dỡ

phân mảnh thành các đĩa dữ liệu và đĩa dự phòng
1. RAID (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Mức 0 là mảng đĩa không dự phòng
• Các file được tháo dỡ trên các đĩa, không có thông tin dự phòng
• Thông lượng đọc cao
• Thông lượng ghi tốt nhất (không có thông tin dự phòng để ghi)
• Lỗi đĩa bất kỳ gây ra mất dữ liệu
• Độ tin cậy kém hơn SLED
1. RAID (t)-RAID mức 0
Stripe 0
Stripe 4
Stripe 3Stripe 1 Stripe 2
Stripe 8
Stripe 10
Stripe 11
Stripe 7
Stripe 6Stripe 5
Stripe 9
data disks
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Các đĩa “soi gương”
• Dữ liệu được ghi vào 2 nơi
• Khi lỗi, chỉ cần sử dụng đĩa còn lại
• Khi đọc, chọn đĩa nhanh nhất để đọc
• Hoạt động ghi tương tự như một đĩa duy nhất, hoạt động đọc nhanh

– Đếm số lượng bit 1 xem nó chẵn hay nó lẻ
– Parity chẵn bằng 0 nếu số lượng bit 1 chẵn
– Parity(<b3, b2, b1, b0 >) = P0 = b0 ⊗ b1 ⊗ b2 ⊗ b3
– Parity(<b3, b2, b1, b0, p0>) = 0 if all bits are intact
– Parity(0110) = 0, Parity(01100) = 0
– Parity(11100) = 1 => ERROR!
– Parity có thể phát hiện một lỗi đơn nhưng không thể xác định
được bit nào bị lỗi
1. RAID (t)-Parity và mã Hamming
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Phát hiện và chuẩn hoá yêu cầu nhiều việc hơn
• Các mã Hamming có thể phát hiện lỗi 2 bit, phát hiện và
chuân rhoá c lỗi 1 bit
• 7/4 Hamming Code
– h0 = b0 ⊗ b1 ⊗ b3
– h1 = b0 ⊗ b2 ⊗ b3
– h2 = b1 ⊗ b2 ⊗ b3
– H0(<1101>) = 0
– H1(<1101>) = 1
– H2(<1101>) = 0
– Hamming(<1101>) = <b3, b2, b1, h2, b0, h1, h0> = <1100110>
– Nếu 1 bit bị lỗi, ví dụ <1110110>
– Hamming(<1111>) = <h2, h1, h0> = <111> so với <010>, <101>
là bị lỗi. lỗi ở bit thứ 5.
1. RAID (t)-Parity và mã Hamming (t)
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

1. RAID (t)-RAID mức 4
data disks
Parity disk
Stripe 0 Stripe 3Stripe 1 Stripe 2 P0-3
Stripe 4
Stripe 8
Stripe 10
Stripe 11
Stripe 7
Stripe 6Stripe 5
Stripe 9
P4-7
P8-11
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.
Hà nội, 17 December 2009 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Parity phân bố đan xen giữa các khối
• Giống như phương thức parity, nhưng phân bố thông tin parity trên
tất cả các đĩa (cũng như dữ lệu trên tất cả các đĩa)
• Hoạt động đọc tốt hơn, hoạt động ghi rộng
• Đọc có thể tốt hơn SLEDs và RAID-0
1. RAID (t)-RAID mức 5
data and parity disks
Stripe 0 Stripe 3Stripe 1 Stripe 2 P0-3
Stripe 4
Stripe 8
P8-11
Stripe 10
P4-7Stripe 6
Stripe 5