Лекция: Что такое RAID?

Несмотря на достижения научно-технического прогресса, развитие культуры и образования, роль религии в обществе и в быту в наши дни продолжает оставаться очень большой. Это относится и к экономически развитым странам Запада, где церковь, особенно католическая, выступает в качестве крупного банкира, землевладельца, влияет на политику, воспитание молодежи, школьное образование, многие другие сферы жизни. Это относится и к странам СНГ. Не менее, если не более, велико влияние религии в развивающихся странах, где общий культурный и образовательный уровень обычно ниже. Вот почему знакомство с религиозным составом населения необходимо для понимания многих процессов и явлений современности.

Общую численность верующих среди населения земного шара установить трудно из-за отсутствия соответствующей статистики. Некоторые авторы считают, что тех или иных верований (конфессий) придерживается примерно половина всего населения Земли, другие называют более высокие показатели. То же относится и к оценке количества этих верований, которых, если принимать во внимание всякого рода их разновидности и секты, существует очень много. Тем более что в XX в., наряду с многочисленными старыми религиями, возникшими еще до нашей эры или в ее начале, появился ряд «новых религий», тоже имеющих своих приверженцев.

В подобной ситуации особенно необходимо опираться на более или менее четкую классификацию религий. Подобная классификация исходит из подразделения всех религий на три группы: 1) мировых религий; 2) национальных и региональных религий; 3) родоплеменных религий, или культов.

Как показывает само их название, мировые религии распространены особенно широко. Они складывались на протяжении многих столетий и даже тысячелетий. Они охватывают представителей многих этносов. Они обладают особой социальной гибкостью, т. е. способностью функционировать в различных исторических и социальных средах, привлекать к себе разные социальные слои общества. Обычно для них характерна также активная миссионерская деятельность.

К категории мировых религий принято относить всего три религии: христианство, мусульманство (ислам) и буддизм.

Христианство – крупнейшая по численности последователей мировая религия. Возникнув в Палестине в I в. н. э., эта религия затем широко распространилась по всему миру. В основе ее лежит вера в Иисуса Христа как Богочеловека, Спасителя и Бога-Сына. Главный источник христианского вероучения – Священное Писание (Библия).

В христианстве выделяются три главных направления – православие, католицизм и протестантизм. Раскол единой христианской церкви на православную и католическую ветви официально завершился в XI в., а протестантская церковь возникла в ходе Реформации XVI в.

Между этими тремя направлениями христианства есть определенные различия, касающиеся религиозных догм. Например, православие считает, что Святой Дух, как одна из трех ипостасей Бога, происходит от Бога-Отца, а католики – и от Бога-Отца, и от Бога-Сына. Православие исходит из того, что существуют рай и ад, а католицизм признает еще и «чистилище». Православные священнослужители могут быть женатыми, а для католических обязательно безбрачие. В католицизме большую роль, чем в православии, играет монашество. Что же касается протестантизма, то для него характерен значительно упрощенный культ (в нем нет культа Богородицы, святых, ангелов, икон), а число таинств сведено к двум – крещению и причащению.

Не меньше различий между этими направлениями христианства и в самой организации церкви. Для православия характерно отсутствие жесткой церковной централизации. Оно подразделяется на 15 самостоятельных (автокефальных) церквей, которые обычно перечисляют в порядке их значимости, начиная с Константинопольской (Вселенской) церкви. Католицизм, напротив, отличается строгой централизацией и иерархичностью: его главный центр – папство, возглавляемое папой римским, резиденцией которого служит Ватикан. Для протестантизма характерно наличие множества самостоятельных течений, церквей и сект.

Ислам (мусульманство) – самая молодая по времени возникновения и вторая по численности последователей мировая религия. Она была основана в VII в. в Аравии Мухаммедом (Магометом) и после арабских завоеваний этого и последующих веков широко распространилась в странах Ближнего и Среднего Востока, а позднее и в других регионах мира. Ислам – монотеистическая религия, важнейший ее догмат – вера в единого бога Аллаха, создателя мира. Священная книга мусульман – Коран, включающий в себя 114 глав (сур). Основные догматы ислама – поклонение одному всемогущему богу – Аллаху и почитание Мухаммеда в качестве пророка – посланника Аллаха. Образ жизни мусульман определяется пятью главными обязанностями («столпами ислама»): 1) верить в то, что нет бога, кроме Аллаха, а Мухаммед является его посланником на Земле; 2) совершать молитву пять раз в день; 3) ежегодно уплачивать налог в пользу бедных единоверцев; 4) в течение месяца рамадан (девятого месяца мусульманского лунного календаря) в светлое время дня воздерживаться от питья, еды, курения, наркотиков, разного рода наслаждений и пр.; 5) совершить хотя бы раз в жизни паломничество (хадж) в священный для мусульман город – Мекку.

Несмотря на такое единство догматов и правил поведения, ислам еще в VII–VIII вв. разделился на два основных течения – суннизм и шиизм. Первое из них названо так прежде всего потому, что его приверженцы наряду с Кораном признают мусульманское Священное предание – Сунну – в полном объеме. При решении вопроса о высшей мусульманской власти (имаме-халифе) они признают законным правление первых четырех халифов, правивших после смерти Мухаммеда. Второе течение более ортодоксально: шииты не признают Сунны в полном объеме, а первых халифов считают узурпаторами власти. По числу последователей шиизм сильно уступает суннизму, объединяя всего 16 % мусульман.

Буддизм – третья мировая религия, уступающая первым двум по численности приверженцев, но зато самая старая по времени возникновения. Буддизм зародился в Древней Индии в VI–V вв. до н. э. Основателем его считается Сидхаратха Гаутама, получивший затем имя Будда, т. е. «просветленный». Из Индии буддизм распространился по другим странам Южной, Юго-Восточной и Восточной Азии. Основой его служит учение о четырех благородных истинах: страдании как сущности жизни, его причинах, его существе и путях освобождения от него – вплоть до обретения полного освобождения (нирваны). В буддизме нет бога как творца и некоего высшего существа. Человеческую душу он не рассматривает как единое целое, а считает комбинацией разных частиц – дхарм. Священная книга буддизма – Типитака (Три-питака), что означает «Три корзины». В культе буддизма отсутствуют сложные ритуалы, и выполняется он монахами без участия мирян.

В буддизме сложились два главных направления – тхеравада, или хинаяна («малая колесница»), и махаяна («большая колесница»). Тхеравада предусматривает так называемый узкий круг спасения, требующий от человека обязательного участия в буддийской монашеской общине. Обрядность в тхераваде проста и ограничивается проповедями, культом Будды, почитанием мест, связанных с его именем, а также поклонением ступам – местам хранения разного рода буддийских реликвий. А сам Гаутама считается не богом, а человеком. В отличие от тхеравады махаяна не предусматривает обязательного вступления в монашескую общину. Однако обрядность в ней значительно сложнее, а сам Гаутама предстает как божество (правда, наряду со множеством других будд). Сложилось в буддизме и третье, тибето-монгольское, направление – ламаизм.

Национальных и региональных религий, которые, как показывают сами эти термины, имеют либо национально-страновое, либо регионально-межстрановое распространение, насчитывается примерно десять. Но среди них либо по общему значению, либо по численности верующих выделяются четыре религии – индуизм, конфуцианство, синтоизм и иудаизм.

Индуизм, сложившийся в Древней Индии в IV–VI вв., и ныне распространен в этом же регионе. По численности последователей он значительно превосходит такую мировую религию, как буддизм. Индуизм – политеистическая религия с очень большим числом различных божеств. Но среди них ведущее положение занимает Тримурта (Троица) богов в составе Брахмы, Вишну и Шивы. К важным догматам индуизма относится учение о дхарме (установленном для каждой индийской касты порядке жизни), карме (воздаянии человеку после смерти) и сансаре (перехождении души умершего в тело человека другой касты, в животное или растение). Для индуизма характерно использование священных книг – Вед, а также эпических произведений «Махабхарата» и «Рамаяна».

Конфуцианство возникло в VI–V вв. до н. э. в Китае как философско-этическое учение, основоположником которого был Конфуций. С течением времени это учение трансформировалось в религию, но тем не менее сохранило особенности, отличающие его от других религий, и прежде всего особое внимание к этическим нормам (культ предков, почитание старших и подчинение им, чинопочитание и др.). Верховным божеством в конфуцианстве служит небо. Обожествлены также сам Конфуций, его ученики, народные герои. В конфуцианстве нет священнослужителей, и все обряды выполняют главы семей и старейшины родов. Главные книги конфуцианства – Пятикнижие и Четверокнижие – представляют собой хроники древней истории Китая, китайской поэзии, сборники правил поведения и т. п.

Синтоизм – национальная религия Японии, возникшая в VII–VIII вв. и основанная на древних религиозных верованиях японцев, прежде всего таких, как культ умерших предков и культ природы. Синтоистская религия полите-истична и исходит из того, что мир населен миллионами божеств и духов. Во главе всего этого пантеона стоит солнечная богиня Аматэрасу, к которой, по мнению синтоистов, восходит родословная японских императоров. Священными книгами синтоизма считаются Кодзики и Нихонги, а религиозные обряды состоят из молитв и жертвоприношений, которые совершаются в синтоистских храмах. Характерны также многочисленные храмовые праздники.

Иудаизм – религия евреев, истоки которой восходят ко второму тысячелетию до нашей эры. По численности приверженцев иудаизм уступает другим не только мировым, но и национально-региональным религиям, однако по количеству стран, в которых проживают его приверженцы – евреи (81), намного их превосходит. Важнейший догмат иудаизма – вера в единого бога Яхве (Иегову). Иудаисты верят также в богоизбранность евреев, в бессмертие души, в грядущее пришествие небесного избавителя – мессии. Священным Писанием иудаистов, в основном идентичным христианскому Ветхому Завету, является Танах, в который входят три книги: Тора (Закон), Небиим (Пророки) и Кетубим (Писания). Большое значение имеет и Талмуд, в котором дается толкование содержащихся в Танахе предписаний. Местом собраний иудаистов служат молитвенные дома – синагоги.

К национальным и региональным религиям обычно относят также джайнизм и сикхизм (Индия), даосизм (Китай), зороастризм (Индия, Пакистан, Иран) и некоторые другие.

Родоплеменные религии (культы) можно считать реликтами первоначально возникших на Земле верований, отражавших примитивные представления людей тех эпох о своей жизни и окружавшей их природе. Теперь они сохраняются только у самых отсталых народов.

Разновидностей таких культов довольно много. Но наибольшее значение среди них сохраняют следующие. Во-первых, фетишизм – почитание неодушевленных материальных предметов, которым приписывают сверхъестественные свойства. Во-вторых, анимизм – вера в одухотворенность природы, исходящая из представления о том, что душу имеют не только люди, но и животные, растения. В-третьих, культ предков или мертвых, исходящий из представления о том, что жившие ранее на свете люди продолжают существовать и после смерти. В-четвертых, тотемизм, исходящий из родства каждой группы людей с какими-то видами животных, растений, минералов или явлений природы. В-пятых, шаманизм – вера в способность отдельных людей в состоянии экстаза входить в общение с духами и использовать их силу для врачевания, вызывания дождя и других целей.

Что же касается количественных оценок численности верующих по отдельным конфессиям, то из-за отсутствия достоверной статистики в разных источниках они различаются весьма сильно. Разуеется, нужно учитывать и то, что количество верующих со временем может меняться. Согласно новым и вполне достоверным источникам, в наши дни распределение верующих по отдельным религиям выглядит следующим образом. (табл. 58).

Таблица 58

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ВЕРУЮЩИХ ПО ОТДЕЛЬНЫМ РЕЛИГИЯМ

Анализ таблицы 58 показывает, что в общем населении земного шара на долю христиан в приходилось 32 %, мусульман– 23, индуистов – 13, буддистов – 6, конфуцианцев – 3, последователей родоплеменных культов – 3,5, синтоистов– около 1 %. Можно добавить, что доля адептов «новых религий» составляла 2 %.

Что такое RAID?

Сразу стоит заметить, что RAID это не средство от насекомых (как кто-то мог подумать), которое «убивает тараканов насмерть». На самом деле эта аббревиатура расшифровывается как Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых дисков. Изначально RAID расшифровывался как Redundant Array of Inexpensive Disks — избыточный массив недорогих дисков. Под недорогими подразумевались диски, предназначенные для использования в ПК,— в противовес дорогим дискам для мэйнфреймов. Но так как в RAID-массивах стали использовать SCSI-винчестеры, которые были существенно дороже применяемых в большинстве компьютеров дисков IDE, слово «недорогой» было заменено на «независимый».

Принцип функционирования RAID-системы заключается в следующем: из набора дисковых накопителей создается массив, который управляется специальным контроллером и определяется компьютером как единый логический диск большой емкости. За счет параллельного выполнения операций ввода-вывода обеспечивается высокое быстродействие системы, а повышенная надежность хранения информации достигается дублированием данных или вычислением контрольных сумм. Следует отметить, что применение RAID-массивов защищает от потерь данных только в случае физического отказа жестких дисков.

Различают несколько основных уровней RAID-массивов: RAID 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Также существуют комбинированные уровни, такие как RAID 10, 0+1, 30, 50, 53 и т.п. Рассмотрим вкратце принципы функционирования, достоинства и недостатки основных уровней.

RAID 0

Дисковый массив без отказоустойчивости (Striped Disk Array without Fault Tolerance)

Дисковый массив без избыточного хранения данных. Информация разбивается на блоки, которые одновременно записываются на отдельные диски, что обеспечивает повышение производительности. Такой способ хранения информации ненадежен, поскольку поломка одного диска приводит к потере всей информации, поэтому уровнем RAID как таковым не является.

RAID 0 – дешевый и производительный, но ненадежный

За счет возможности одновременного ввода/вывода с нескольких дисков массива RAID 0 обеспечивает максимальную скорость передачи данных и максимальную эффективность использования дискового пространства, так как не требуется места для хранения контрольных сумм. Реализация этого уровня очень проста. RAID 0, как правило, применяется в тех областях, где требуется быстрая передача большого объема данных. Для реализации массива требуется не меньше двух винчестеров.

Преимущества:

• наивысшая производительность в приложениях, требующих интенсивной обработки запросов ввода/вывода и данных большого объема;
• простота реализации;
• низкая стоимость;
• максимальная эффективность использования дискового пространства — 100%.

Недостатки:

• не является «настоящим» RAID'ом, поскольку не поддерживает отказоустойчивость;
• отказ одного диска влечет за собой потерю всех данных массива.

RAID 1

Дисковый массив с зеркалированием (Mirroring & Duplexing)

Дисковый массив с дублированием информации (зеркалированием данных). В простейшем случае два накопителя содержат одинаковую информацию и являются одним логическим диском. При выходе из строя одного диска его функции выполняет другой. Для реализации массива требуется не меньше двух винчестеров.

RAID 1 – простейший отказоустойчивый массив

Преимущества:

• простота реализации;
• простота восстановления массива в случае отказа (копирование).

Недостатки:

• высокая стоимость — 100-процентная избыточность;
• невысокая скорость передачи данных.

RAID 2

Отказоустойчивый дисковый массив с использованием кода Хемминга (Hamming Code ECC)

Схема резервирования данных с использованием кода Хэмминга (Hamming code) для коррекции ошибок. Поток данных разбивается на слова — причем размер слова соответствует количеству дисков для записи данных. Для каждого слова вычисляется код коррекции ошибок, который записывается на диски, выделенные для хранения контрольной информации. Их число равно количеству бит в слове контрольной суммы.

RAID 2 не получил коммерческого применения

Если слово состоит из четырех бит, то под контрольную информацию отводится три диска. RAID 2 — один из немногих уровней, позволяющих обнаруживать двойные ошибки и исправлять «на лету» одиночные. При этом он является самым избыточным среди всех уровней с контролем четности. Эта схема хранения данных не получила коммерческого применения, поскольку плохо справляется с большим количеством запросов.

Преимущества:

• достаточно простая реализация;
• коррекция ошибок «на лету»;
• очень высокая скорость передачи данных;
• при увеличении количества дисков накладные расходы уменьшаются.

Недостатки:

• низкая скорость обработки запросов;
• высокая стоимость;
• большая избыточность.

RAID 3

Отказоустойчивый дисковый массив с параллельной передачей данных и четностью (Parallel Transfer Disks with Parity)

Отказоустойчивый массив с параллельным вводом/выводом данных и диском контроля четности. Поток данных разбивается на порции на уровне байт (хотя возможно и на уровне бит) и записывается одновременно на все диски массива, кроме одного. Один диск предназначен для хранения контрольных сумм, вычисляемых при записи данных. Поломка любого из дисков массива не приведет к потере информации.

В RAID 3 информация разбивается на порции одинакового размера

Этот уровень имеет намного меньшую избыточность, чем RAID 2. Во втором рэйде большинство дисков, хранящих контрольную информацию, нужны для определения неисправного разряда. Как правило, RAID-контроллеры могут получить данные об ошибке с помощью механизмов отслеживания случайных сбоев. За счет разбиения данных на порции RAID 3 имеет высокую производительность. Поскольку при каждой операции ввода/вывода производится обращение практически ко всем дискам массива, то одновременная обработка нескольких запросов невозможна.

Этот уровень подходит для приложений с файлами большого объема и малой частотой обращений (в основном это сфера мультимедиа). Использование только одного диска для хранения контрольной информации объясняет тот факт, что коэффициент использования дискового пространства достаточно высок (как следствие этого — относительно низкая стоимость). Для реализации массива требуется не меньше трех винчестеров.

Преимущества:

• отказ диска мало влияет на скорость работы массива;
• высокая скорость передачи данных;
• высокий коэффициент использования дискового пространства.

Недостатки:

• сложность реализации;
• низкая производительность при большой интенсивности запросов данных небольшого объема.

RAID 4

Отказоустойчивый массив независимых дисков с общим диском четности (Independent Data Disks with Shared Parity Disk)

Этот массив очень похож на уровень RAID 3. Поток данных разделяется не на уровне байтов, а на уровне блоков информации, каждый из которых записывается на отдельный диск. После записи группы блоков вычисляется контрольная сумма, которая записывается на выделенный для этого диск.

В RAID 4 поток данных разделяется на блоки

У RAID 4 возможно одновременное выполнение нескольких операций чтения. Этот массив повышает производительность передачи файлов малого объема (за счет распараллеливания операции считывания). Но поскольку при записи должна изменяться контрольная сумма на выделенном диске, одновременное выполнение операций невозможно (налицо асимметричность операций ввода и вывода). Этот уровень имеет почти все недостатки RAID 3 и не обеспечивает преимущества в скорости при передаче данных большого объема. Схема хранения разрабатывалась для приложений, в которых данные изначально разбиты на небольшие блоки, поэтому нет необходимости разбивать их дополнительно. Эта схема хранения данных имеет невысокую стоимость, но ее реализация достаточно сложна, как и восстановление данных при сбое.

Преимущества:

• высокая скорость передачи данных;
• отказ диска мало влияет на скорость работы массива;
• высокий коэффициент использования дискового пространства.

Недостатки:

• достаточно сложная реализация;
• очень низкая производительность при записи данных;
• сложное восстановление данных.

RAID 5

Отказоустойчивый массив независимых дисков с распределенной четностью (Independent Data Disks with Distributed Parity Blocks)

Самый распространенный уровень. Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, отсутствует выделенный диск для хранения информации о четности, нет асимметричности конфигурации дисков.

В случае RAID 5 все диски массива имеют одинаковый размер — но один из них невидим для операционной системы. Например, если массив состоит из пяти дисков емкостью 10 Гб каждый, то фактически размер массива будет равен 40 Гб — 10 Гб отводится на контрольные суммы. В общем случае полезная емкость массива из N дисков равна суммарной емкости N–1 диска.

В RAID 5 отсутствует выделенный диск для хранения информации о четности

Самый большой недостаток уровней RAID от 2-го до 4-го — это наличие отдельного диска (или дисков), хранящего информацию о четности. Скорость выполнения операций считывания достаточно высока, так как не требует обращения к этому диску. Но при каждой операции записи на нем изменяется информация, поэтому схемы RAID 2-4 не позволяют проводить параллельные операции записи. RAID 5 не имеет этого недостатка, так как контрольные суммы записываются на все диски массива, что делает возможным выполнение нескольких операций чтения или записи одновременно. RAID 5 имеет достаточно высокую скорость записи/чтения и малую избыточность.

Преимущества:

• высокая скорость записи данных;
• достаточно высокая скорость чтения данных;
• высокая производительность при большой интенсивности запросов чтения/записи данных;
• высокий коэффициент использования дискового пространства.

Недостатки:

• низкая скорость чтения/записи данных малого объема при единичных запросах;
• достаточно сложная реализация;
• сложное восстановление данных.

RAID 6

Отказоустойчивый массив независимых дисков с двумя независимыми распределенными схемами четности (Independent Data Disks with Two Independent Distributed Parity Schemes)

RAID 6 — это отказоустойчивый массив независимых дисков с распределением контрольных сумм, вычисленных двумя независимыми способами. Этот уровень во многом схож с RAID 5. Только в нем используется не одна, а две независимые схемы контроля четности, что позволяет сохранять работоспособность системы при одновременном выходе из строя двух накопителей. Для вычисления контрольных сумм в RAID 6 используется алгоритм, построенный на основе кода Рида-Соломона (Reed-Solomon).

RAID 6 использует две независимые схемы контроля четности

Этот уровень имеет очень высокую отказоустойчивость, большую скорость считывания (данные хранятся блоками, нет выделенных дисков для хранения контрольных сумм). В то же время из-за большого объема контрольной информации RAID 6 имеет низкую скорость записи. Он очень сложен в реализации, характеризуется низким коэффициентом использования дискового пространства: для массива из пяти дисков он составляет всего 60%, но с ростом числа дисков ситуация исправляется.

RAID 6 по многим характеристикам проигрывает другим уровням, поэтому на сегодня не получил коммерческого применения.

Преимущества:

• высокая отказоустойчивость;
• достаточно высокая скорость обработки запросов;

Недостатки:

• низкая скорость чтения/записи данных малого объема при единичных запросах;
• очень сложная реализация;
• сложное восстановление данных;
• низкая скорость записи данных.

RAID 7

Отказоустойчивый массив, оптимизированный для повышения производительности (Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates)

В отличие от других уровней, RAID 7 не является открытым индустриальным стандартом — это зарегистрированная торговая марка компании Storage Computer Corporation. Массив основывается на концепциях, использованных в третьем и четвертом уровнях. Добавилась возможность кэширования данных. В состав RAID 7 входит контроллер со встроенным микропроцессором под управлением операционной системы реального времени (real-time OS). Она позволяет обрабатывать все запросы на передачу данных асинхронно и независимо.

RAID 7 – зарегистрированная торговая марка компании Storage Computer Corporation

Блок вычисления контрольных сумм интегрирован с блоком буферизации; для хранения информации о четности используется отдельный диск, который может быть размещен на любом канале. RAID 7 имеет высокую скорость передачи данных и обработки запросов, хорошую масштабируемость. Самым большим недостатком этого уровня является стоимость его реализации.

Преимущества:

• очень высокая скорость передачи данных и высокая скорость обработки запросов (в 1,5…6 раз выше других стандартных уровней RAID);
• хорошая масштабируемость;
• значительно возросшая (благодаря наличию кэша) скорость чтения данных небольшого объема;
• отсутствие необходимости в дополнительной передаче данных для вычисления четности.

Недостатки:

• собственность одной компании;
• сложность реализации;
• очень высокая стоимость на единицу объема;
• не может обслуживаться пользователем;
• необходимость использования блока бесперебойного питания для предотвращения потери данных из кэш-памяти;
• короткий гарантийный срок.

2.Нужно ли бороться с фрагментацией памяти? Какие методы для этого существуют?

3.Дайте характеристику распределенной файловой системы Windows 2000. Каковы ее достоинства? В каких случаях ее применяют?