Надежность дисковой системы NT. Окончание

Надежность дисковой системы NT Окончание. Начало в КГ №34

Любителям строгой теории вероятности хочу заметить, что при таких подсчетах не учитываются некоторые факторы реальной работы систем, но цифры, тем не менее, имеют именно такой порядок. Последовательные операции - чтение или запись последовательных участков - проходят практически всегда в n раз быстрее, чем на отдельном физическом диске, где n - число дисков в наборе. Это происходит потому, что вероятность в следующей операции попасть на свободный диск составляет 100% - ведь операции осуществляются последовательными блоками, которые равномерно раскидываются по дискам.

В качестве некоторого вывода: RAID 0 в любом случае существенно повышает быстродействие линейных операций, а с увеличением количества дисков, входящих в набор, существенно повышается скорость работы и со случайными данными. Для эффективной работы с дисковой системой в режиме RAID 0 просто необходим многозадачный режим работы контроллера, а желательно даже разных контроллеров, обеспечивающих доступ к разным дискам. Обязательным условием такой работы на интерфейсах IDE являются Bus-Mastering драйверы. Windows 2000 имеет встроенные драйверы, автоматически включающие этот режим для всех распространенных IDE контроллеров, для NT4 же могут понадобиться дополнительные драйверы или изменения ключей реестра.

Надежность RAID 0 низка - отказ каждого диска является фатальным сбоем, точно так же, как и отказ накопителя в случае работы с обычными разделами.

Вероятность сбоя системы в целом только повышается. Чем больше дисков вы используете, тем выше вероятность отказа хоть одного из них и, соответственно, потери какой-то части данных тома.

RAID 1 (зеркальные диски)

Самый простой способ обеспечения безопасности данных - создать копию двух дисков. Запись осуществляется на оба диска сразу, что приводит к замедлению этого процесса, тогда как чтение производится с того диска, который в данный момент свободен, если, конечно, система способна эффективно осуществить такое чтение (необходимо наличие Bus-Mastering). Реализованный в NT алгоритм, к сожалению, не совсем оптимален и приводит к гораздо более скромному увеличению быстродействия чтения.

Некоторая сложность работы RAID 1 в программном режиме заключается в том, что часто система не может быть до конца уверена в идентичности данных двух дисков. Операция сверки двух физических дисков после серьезного сбоя может затянутся на часы и быть очень некстати, поэтому использовать программный RAID 1 следует очень осмотрительно. Если вы решаетесь на увеличение дисковых массивов в несколько раз только ради надежности, возможно, вам стоит приобрести аппаратный RAID-контроллер, который, к тому же, обеспечит замену вышедших из строя дисков прямо на ходу и будет следить за синхронностью данных сам.

В любом случае даже полный отказ одного из дисков не приводит к потере данных, так как диски полностью зеркальны.

RAID 5 (параллельные диски с четностью)

Данная стратегия представляется в настоящее время наиболее удачной и эффективной схемой работы RAID, состоящей из трех и более дисков. Информация дополняется так называемыми данными четности (parity), которые размещаются на другом физическом диске, нежели реальные данные, контролируемые этой информацией.

Концепцию четности можно понять, например, так: допустим, у нас есть пять бит, например, набор {0, 1, 1, 0, 1}. Мы формируем еще бит - бит четности, шестой, по такому правилу: если число единиц в предыдущих пяти битах четно, он будет равен 1, если нет - 0. В нашем случае число единиц равняется трем, т.е. нечетному числу - наш набор дополнился числом 0 и превратился в {0, 1, 1, 0, 1, <0> }.

Допустим, набору данных причинен урон - {0, X, 1, 0, 1, <0> }. С помощью правила, гласящего нам, что число единиц должно быть нечетно (последний бит), мы можем догадаться, что на месте X стояла единичка. Наш получившийся набор из шести бит (5 бит данных и 1 бит четности) избыточен и может грамотно скорректировать потерю любого из своих шести бит.

Операции четности могут осуществляться не только с битами, но и с любыми объемами данных, что применяется в простейших алгоритмах восстановления данных.

Возвращаемся к устройству RAID 5:

На рисунке изображен массив из пяти дисков. Видно, что каждый диск хранит четыре (условные) части реальных данных и один блок данных четности. Блок четности, скажем, 0 parity, способен восстановить потерю одного из фрагментов - любого, но одного - среди A0, B0, C0 и D0. Все вместе они, в свою очередь, способны восстановить блок 0 parity. Из изображенной структуры RAID видно, что данные, необходимые для полного восстановления всего столбика, то есть информации любого диска в случае сбоя, находятся на других дисках. В этом и заключается восстановление: при записи данных на любой из дисков обновляется также блок четности другого диска, соответствующего текущему блоку (например, при записи в A2 обновляется еще и блок 2 parity). Чтение данных с исправного диска происходит без использования блоков четности, т.е. почти в том же режиме, в каком работает RAID 0. Быстродействие RAID 5 в том виде, в каком это реализовано в NT, даже немного выше, чем у RAID 0.

Единственная накладка - в случае сбоя производительность массива снижается в огромное количество раз, так как при невозможности напрямую считать, например, D4, нужно будет восстанавливать данные этого блока с использованием всех других дисков одновременно (в нашем случае это будут блоки 4 parity, B4, C4 и E4).

Как видно, выход из строя одного из дисков RAID 5 является хоть и не фатальной, но резко аварийной ситуацией, хотя бы из соображений быстродействия чтения с массива. Нетрудно догадаться также, откуда исходит требования как минимум трех дисков: в случае двух накопителей RAID 5 просто вырождается в RAID 1, так как единственный способ создать информацию четности списка из одного элемента - это тем или иным образом дублировать этот элемент.

Допущения, обеспечивающие надежность

Как, опять? Да, опять. RAID также не является панацеей от абсолютно всех бед аппаратуры. Я должен сказать очень неожиданную для некоторых людей вещь: на ненадежном (некорректном) компьютере RAID грохнуть почти так же легко, как и однодисковую систему. RAID совершенно не спасет в следующих случаях: корректная запись некорректных данных, а также запись данных мимо ожидаемой области. К этому приводят, как и ранее, сбойная память, процессор, шлейф, контроллер, питание привода и если диск не способен сообщить об ошибке чтения.

RAID предназначен для минимизации ущерба всего в одном случае - при физическом отказе жесткого диска или, возможно, контроллера (в случае многоконтроллерного RAID). Отказы памяти, операционной системы, да и вообще всего остального RAID-ом не предусмотрены, точно так же, как и стратегией работы одиночной NTFS.

И, напоследок, аксиома работы вышеописанных уровней RAID-а - любой сбой одного из дисков системы считается аварией, которую необходимо как можно быстрее ликвидировать. Особенно это относится к RAID 0 и RAID 5, штатная работа которых в условиях аварии одного из дисков практически невозможна.

Более подробно с системой программных RAID Windows NT можно ознакомится в справке к программе (или модулю - в Windows 2000) Disk Administrator, где, собственно, и создаются эти типы дисков. Обращаю ваше внимание, что способности рабочих станций в создании и использовании RAID-ов сильно ограничены. Рабочая станция NT4, к примеру, поддерживает только RAID 0 (параллельные диски), тогда как все описанные варианты работают лишь на серверных вариантах операционных систем.

Часть 6. Стратегия восстановления томов NTFS

Компьютер с NTFS не загружается. Что делать в этом случае? Как восстановить данные? Возможны два случая, действия в которых несколько отличаются друг от друга. К сожалению, простых стратегий восстановления NT и, соответственно, NTFS не существует - система достаточно сложна и не имеет простейших загрузочных средств, как, например, DOS или Windows95/98.

1. Первый вариант - система находилась на том же NTFS диске. Система просто-напросто перестала загружаться. Что же, тогда нам в 90% случаев предстоит поднимать не NTFS, а просто саму NT. Данная операция выходит далеко за рамки этой статьи, поэтому описываю лишь способ поставить рядом (на тот же NTFS раздел) еще одну систему NT, на которой можно будет в дальнейшем работать и которая сможет считать ваши данные.

Пользователи NT4 смогут поставить систему прямо на NTFS, каким-либо образом загрузившись в программу установки.

Вам понадобится CD-диск, который представляет собой корректный дистрибутив NT4. Такими свойствами, скорее всего, обладают диски, на которых NT4 находится в каталоге под именем i386, расположенном в корневом каталоге. Команда winnt /?, запущенная в этом каталоге, поможет вам выбрать ключи для создания трех загрузочных дискет, с которых можно будет запустить установку NT4 прямо на диск NTFS. Можно выбрать другой каталог установки, например, \winnt2, чтобы затем попытаться реанимировать вашу собственную инсталляцию NT4, если вы видите подходы к этой специфической проблеме, которая под силу только специалистам. Устанавливаемая заново операционная система корректно впишет себя в список загрузки и нисколько не помешает вашему старому NT4.

В случае отсутствия CD в соответствующем формате (симптомы - надпись "вставьте диск с дистрибутивом NT4", не реагирующая на наличие вашего CD) вам остается только поставить NT на какой-нибудь другой раздел, так как диск с NTFS недоступен из систем, отличных от NT.

Стоит учесть, что NT4 нельзя поставить на NTFS, прошедшую преобразование в новый формат от Windows2000. NT4 все же читает такой NTFS, но только при наличии пакета обновления SP4 или выше.

Пользователи Windows2000 будут вынуждены найти загрузочный CD-диск с Windows 2000 (таким является официальный дистрибутив), который сам предложит вам либо поставить систему с нуля, либо попытаться восстановить старую инсталляцию. Считать диск NTFS, с которым работал Windows 2000, можно только самим Windows 2000 или NT4 с пакетом обновления SP4 или выше.

Имейте в виду, восстановить какую-либо NT, не обладая диском аварийного восстановления (создается в NT4 командой rdisk /s, в Windows 2000 - программой резервного копирования), практически невозможно - это работа для специалиста. К слову говоря, даже при наличии диска восстановления, вам скорее всего очень не понравится работа "восстановленной" системы, поэтому переустановка всей системы практически неизбежна. Если вы не являетесь опытным специалистом по NT, советую вам не пытаться пользоваться починяющими опциями установщика NT, т.к. результат вас, скорее всего, крайне не удовлетворит. Попытка, конечно, не пытка, но комплекс операций по полноценной реанимации системы очень велик и мало где описан, поэтому вы останетесь в каком-то промежуточном, хотя, наверное, и "загружабельном" состоянии.

2. Система сама по себе работает, но доступа к диску (не загрузочному, а какому-то другому) нет. Disk Administrator показывает для вашего раздела тип unknown (неизвестный). В подавляющем большинстве случаев это означает, что каким-то образом была осуществлена перезапись загрузочной области (boot sector-а) раздела, и NT действительно не догадывается, что это вообще NTFS. Операционная система NT на всякий случай хранит копию загрузочного сектора в конце раздела - если его скопировать обратно в надлежащее место, то в подавляющем большинстве случаев диск опознается как NTFS и починится самостоятельно.

Процесс вычисления правильных адресов достаточно сложен, поэтому я не буду его описывать. Для получения исчерпывающих инструкций для данного случая вам придется пойти на сайт MSDN и найти там статью Knowledge Base под номером Q153973 (скорее всего, вы сможете сделать это простым поиском). После корректного следования этим инструкциям система, по крайней мере, опознается как NTFS, а дальнейшая судьба раздела зависит от внутренних средств восстановления NT, которые в таком случае возьмут его в оборот. Вам также поможет скромная на вид команда chkdsk, являющаяся неким ярлычком к системе внутреннего восстановления дисковых систем NT. Дмитрий Михайлов (c) компьютерная газета