XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

В настоящее время данные являются наиболее ценным активом любого бизнеса. Их потеря означает его конец. Даже если делать резервирование регулярно, необходим метод защиты, который гарантирует, что данные будут надежно защищены, и к ним можно будет постоянно обращаться, даже в случае сбоя диска. Добавление RAID в среду хранения данных является одним из наиболее целесообразных способов защиты данных и постоянного доступа к ним.

RAID (избыточный массив независимых дисков) – это технология виртуализации данных для преобразования нескольких физических дисковых устройств в логический модуль для повышения отказоустойчивости и производительности [1].

Описание уровней RAID [2] представлено в таблице 1.

Таблица 1 – Описание уровней RAID

Уровень	Описание
RAID 0	Массив из двух или более жестких дисков без резервного копирования. Информация разбивается на блоки фиксированной длины и поочередно записывается на оба или несколько дисков, то есть один блок на первый диск, а второй, соответственно, на второй диск.
RAID 1	Массив, состоящий из двух или более дисков, которые являются полными копиями друг друга.
RAID 1E	Зеркало, которое способно работать на нечетном количестве устройств.
RAID 10	Зеркалированный массив, данные в котором записываются последовательно на несколько дисков, как в RAID 0. Эта архитектура представляет собой массив типа RAID 0 с сегментами массивов RAID 1 вместо отдельных дисков.
RAID 01	Массив RAID 01 (RAID 0+1) называют «зеркалом страйпов». Он представляет собой массив типа RAID 1, состоящий из двух вложенных массивов типа RAID 0. Оба массива RAID 0 должны иметь одинаковое количество дисков, из-за этой особенности данный тип может работать лишь с чётным количеством дисков.
RAID 5	Блоки данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива, нет асимметричности конфигурации дисков. Под контрольными суммами подразумевается результат операции XOR (исключающее или). XOR обладает свойством, позволяющим заменить любой операнд результатом, и, применив алгоритм XOR, получить в результате недостающий операнд.
RAID 50	Массив RAID 0 из массивов RAID 5.
RAID 51	RAID 1, который зеркалирует два RAID 5.
RAID 5E	Похож на уровень RAID 5, только с резервным диском, встроенным в массив. Подобно RAID 5, этот уровень RAID создает ряды данных и контрольных сумм во всех дисках массива.
RAID 5EE	Похож на массив RAID 5E, но с более эффективным использованием резервного диска и более коротким временем восстановления.
RAID 6	Похож на RAID 5, но имеет более высокую степень надежности - два или более диска данных и два диска контроля четности. Основан на кодах Рида-Соломона и гарантирует работоспособность после одновременного выхода из строя любых двух дисков.
RAID 60	RAID 0 из RAID 6.
RAID 61	В RAID 61 одно зеркало и два диска со второго могут выйти из строя, то есть в минимальной версии с 8 дисками допускается выход из строя 6 штук, что составляет 75%.

Сравнение уровней RAID [3] представлено в таблице 2.

Таблица 2 – Сравнение уровней RAID

Уровень	Количество дисков	Эффективная емкость1	Допустимое количество вышедших из строя дисков	Надежность	Скорость чтения	Скорость записи
RAID 0	от 2	S * N	0	очень низкая	высокая	высокая
RAID 1	от 2	S	N – 1	очень высокая	средняя	средняя
RAID 1E	от 3	S * N / 2	от 1 до N / 2 – 1	высокая	высокая	низкая
RAID 10	от 4, четное	S * N / 2	от 1 до N / 2 2	высокая	высокая	высокая
RAID 01	от 4, четное	S * N / 2	от 1 до N / 2 2	высокая	высокая	высокая
RAID 5	от 3	S * (N – 1)	1	средняя	высокая	средняя
RAID 50	от 6, четное	S * (N – 2)	от 1 до 2 3	средняя	высокая	высокая
RAID 51	от 6, четное	S * (N – 2) / 2	от 2 до N / 2 + 1 4	высокая	высокая	низкая
RAID 5E	от 4	S * (N – 2)	1	средняя	высокая	высокая
RAID 5EE	от 4	S * (N – 2)	1	средняя	высокая	высокая

Продолжение таблицы 1

RAID 6	от 4	S * (N – 2)	2	высокая	высокая	низкая или средняя5
RAID 60	от 8, четное	S * (N – 4)	от 2 до 4 3	средняя	высокая	средняя
RAID 61	от 8, четное	S * (N – 2) / 2	от 4 до N / 2 +2 4	высокая	высокая	низкая

Для наглядности результата сравнения уровней RAID была решена задача его выбора упрощенным методом анализа иерархий (МАИ) средствами разработанного программного приложения.

Критерии и альтернативы задачи выбора уровня RAID представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Критерии и альтернативы задачи выбора уровня RAID

В главном окне программного приложения необходимо ввести наименование задачи, выбрать метод решения данной задачи (в данном случае упрощенный метод анализа иерархий), а также ввести необходимый пользователю перечень критериев и альтернатив, для этого нужно в соответствующее поле ввести имя критерия или альтернативы и нажать соответствующую кнопку «Добавить …». Пользователь также может удалять критерии или альтернативы из списков, выбрав в нем, то, что необходимо удалить и нажать соответствующую кнопку «Удалить …». После определения перечней критериев и альтернатив необходимо приступить к сравнению критериев, нажав кнопку «Заполнить массив сравнения критериев».

Построение матрицы парных сравнений в упрощенном МАИ выполняется по следующему алгоритму [4]:

диагональные элементы матрицы парных сравнений равны единицам;

далее необходимо сравнить вес первого объекта с весом второго объекта и указать положительное число, которое показывает, во сколько раз вес первого объекта больше веса второго объекта, в результате выполнения такого сравнения определяется некоторое положительное число a₁₂ (см. таблицу 3) [5];

далее для сравнения с первым объектом рассматривается третий объект и в результате сравнения указывается число а₁₃ , и т.д.;

после выполнения сравнений первого объекта со всеми остальными будут назначены положительные числа а₁₂, …, а_1n, тем самым с учетом равенства а₁₁ = 1 будет известна вся первая строка матрицы А;

элементы остальных строк матрицы A вычисляются по формуле (1);

после того как матрица A сформирована необходимо вычислить приоритеты (вектор w) по формуле (2).

Таблица 3 – Шкала МАИ

Интенсивность относительной важности	Определение
1	Равная важность
3	Умеренное превосходство одного над другим
5	Существенное или сильное превосходство
7	Значительное превосходство

Продолжение таблицы 3

9	Очень сильное превосходство
2, 4, 6, 8, 1 / 2, 1 / 4, 1 / 6, 1 / 8	Промежуточные решения между двумя соседними суждениями
1 / 3	Умеренная незначительность одного над другим
1 / 5	Существенная или сильная незначительность
1 / 7	Значительная незначительность
1 / 9	Очень сильная незначительность

(1)

(2)

На рисунке 2 изображено сравнение критериев выбора уровня RAID.

Рисунок 2 – Сравнение критериев выбора уровня RAID

В форме приложения «Сравнение критериев» пользователю необходимо заполнить первую строку матрицы парных сравнений и нажать кнопку меню «Вычислить приоритеты», после этого будет сформирована матрица по вышеописанному алгоритму, а также вычислены приоритеты критериев.

Затем аналогичным образом, описанным выше, необходимо сравнить выбранные альтернативы по каждому из критериев. Для этого пользователю необходимо на главной форме приложения выбрать критерий из соответствующего списка, по которому будут сравниваться альтернативы, и нажать кнопку «Заполнить массив сравнения альтернатив по критерию». На рисунках 3-8 приведены сравнения уровней RAID по различным критериям.

Рисунок 3 – Сравнение уровней RAID по критерию «Количество дисков»

Рисунок 4 – Сравнение уровней RAID по критерию «Эффективная ёмкость»

Рисунок 5 – Сравнение уровней RAID относительно критерия «Допустимое количество вышедших из строя дисков»

Рисунок 6 – Сравнение уровней RAID по критерию «Надёжность»

Рисунок 7 – Сравнение уровней RAID по критерию «Скорость чтения»

Рисунок 8 – Сравнение уровней RAID по критерию «Скорость записи»

Для получения результата решения задачи пользователю необходимо нажать на кнопку «Ознакомиться с результатами решения задачи» в главном окне приложения. Результат решения задачи выбора уровня RAID представлен на рисунке 9. На данном рисунке изображена гистограмма, которая отображает сравнение уровней RAID (ось абсцисс) по обобщенным приоритетам (ось ординат).

Рисунок 9 – Результат решения задачи выбора уровня RAID

Таким образом, исследование показало, учитывая выбранные критерии, что наиболее предпочтительными альтернативами являются уровни RAID: 0, 1, 10, 01 и 61.

Список использованных источников:

1. Неизбыточно о RAID [Электронный ресурс]. – Режим доступа URL: https://itc.ua/articles/neizbytochno_o_raid_28405/ (дата обращения 16.12.2020).

2. RAID Levels [Электронный ресурс]. – Режим доступа URL: https://www.ixbt.com/storage/raids.html (дата обращения 16.12.2020).

3. RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID6, RAID 10 или что такое уровни RAID? [Электронный ресурс]. – Режим доступа URL: https://web.archive.org/web/20110320011026/http://www.timcompany.ru/article4.html (дата обращения 16.12.2020).

4. Ногин В.Д. упрощенный вариант метода анализа иерархий на основе нелинейной свертки критериев // Журнал вычислительной математики и математической физики. – 2004. – N 7. – С.1261-1270.

5. Шкала отношений МАИ – Студопедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа URL: https://studopedia.ru/2_27468_shkala-otnosheniy-mai.html (дата обращения 16.12.2020).

Код для цитирования: Скопировать