A MEREVLEMEZ HDD ALAPFOGALMAK
Szabados József | számítógép szerelő tanfolyam | 2014. április 7.
ÁLTALÁNOS TUDNIVALÓK
A kifejezés egy szabvány számítógépes csatlakoztatási felületet jelöl, mellyel a személyi számítógépen belül tárolóeszközök (merevlemezek, CD- és DVD-írók) kapcsolhatóak össze.
A szabvány szerint az ATA kábelek hossza maximálisan 46 cm lehet, bár kaphatók akár 91 cm-es kábelek is. A hosszbeli korlátozás miatt a szabvány szerinti kábelek főleg számítógépeken belül találhatóak meg, és ott a legelterjedtebb és a legolcsóbb megoldást kínálják a feladatra.
Merevlemezekből külső méretet tekintve két fajta létezik. 3,5" és 2,5". A 3,5" méretű lemezeket asztali számítógépbe szánják elsődlegesen, míg a kisebb 2,5" méretűek Laptop/Netbook készülékekben lelhetőek fel. Ezen méreteken kívül léteznek még 5,25" és 1,8" méretű lemezek is. Az 5,25" méretű lemezek mára ritkák, mint a fehér holló, míg az 1,8" méretű lemezek igen közkedveltek beágyazott eszközökben, mint pl. az iPod Classic.
A méreten kívül másik fontos jellemzője az eszköznek a csatoló felület. Natívan (átalakító áramkörök nélkül) három csatolófelület jöhet szóba: PATA, SATA, SCSI.
OLDAL 1
ATA Szabvány A PATA csatoló felületet szokták nevezni IDE csatolónak is. Sebességben létezik ATA-33, ATA-66, ATA-100 és ATA-133 típusú vezérlő és eszköz.
A számok az elméleti maximális sávszélességre utalnak Mbyte-ban kifejezve. 40 tűs csatlakozókat használ a busz, de a kábel maga 80 eres (Minden adat szál mellé van egy árnyékolás téve). A 80 eres kábel ATA-66 típustól felfelé ajánlott. Nem megfelelő kábel esetén az adat átviteli sebesség nagyon alacsony lehet.
Az ATA kifejezés az angol AT Attachment kifejezés rövidítése, melyet a Serial ATA 2003as megjelenése után utólagosan átkereszteltek Parallel ATA-vá (PATA). További szinonimái az IDE, ATAPI.
Sebességek:
− ATA-33
33 Mbyte/sec
− ATA-66
66 Mbyte/sec
− ATA-133
133 Mbyte/sec
OLDAL 2
FELÉPÍTÉS
A merevlemez egy vagy több korongból (platter) áll. Ezen korongok egyik, vagy mindkét felülete (surface) egy mágneses tulajdonságokkal rendelkező anyaggal van bevonva,
mely
az
adatokat
rögzíti.
Mindegyik felszínhez tartozik egy íróolvasó fej (read-write head), amely olvassa vagy módosítja a rögzített adatokat. A korongok
közös
tengelyen
forognak;
általában 5400 vagy 7200 fordulat/perc sebességgel, merevlemezek foroghatnak,
de
a
ennél régebbi
nagy
sebességű
gyorsabban lemezek
is
pedig
lassabban. A fejek a korongok sugarának irányában mozognak; a fejek mozgása és a lemezek
forgása
együttesen
lehetővé
teszik, hogy a fejek a felszín tetszőleges pontját elérjék.
OLDAL 3
A felületek általában koncentrikus körökre, úgynevezett sávokra (track) vannak osztva, ezek pedig szektorokra (sector) oszlanak. A felosztás a merevlemezen való helymegadás és a lemezterület fájloknak történő lefoglalásában játszik szerepet. A merevlemez egy helyének meghatározásához mondhatjuk például, hogy "3. felület, 5. sáv, 7. szektor". Általában a szektorok száma minden sávon azonos, de néhány merevlemez több szektort helyez a külső sávokra, mert ott azonos méretű szektorból több fér el. Általában egy szektor 512 byte-nyi adatot tartalmaz. A lemez nem képes ennél kevesebb adatot kezelni.
Mindegyik korong felülete azonos módon oszlik sávokra és szektorokra. Ez azt jelenti, hogy amikor az egyik felülethez tartozó fej egy sávon van, a többi felület fejei is az annak megfelelő sávon találhatók. Ezért az így összetartozó sávokat együttesen cilindernek (cylinder) nevezzük. Időbe telik, amíg a fejek egyik cilindertől a másikig elérnek, ezért célszerű az összetartozó adatokat (mondjuk egy fájl blokkjait) lehetőleg egy cilinderen elhelyezni, hogy ne kelljen ezen adatok olvasása közben a fejet mozgatni. Ez javítja a teljesítményt. Azonban nyilván nem mindig lehet így elhelyezni a fájlokat. Azokat a fájlokat, melyeknek különböző részei több cilinderen helyezkednek el, töredezettnek (fragmented) nevezzük.
A felületek (illetve fejek), a cilinderek és a szektorok száma nagyon változatos; ezen számok megadása jelenti a merevlemez geometriájának definiálását. A geometria általában egy speciális, elemről táplált memóriában van tárolva, amit CMOS RAM-nak nevezünk. Innét veszi az operációs rendszer a meghajtóprogram inicializálásához szükséges információkat a rendszerindításkor. (A legtöbb modern BIOS-ban beállítható automatikus felismerés is, ekkor mindig a gép indulásakor érvényes értékek állítódnak be.
OLDAL 4
Minden ATA (PATA) kábelre 2 db eszköz csatlakoztatható. Az eszközökön be kell állítani, melyik legyen az elsődleges és melyik az alárendelt meghajtó. (Master-Slave) Ezt az eszközökön elhelyezett jumperekkel lehet beállítani. A szabvány 3 típusú beállítást definiál. Master (MA), Slave (SL) és Cable Select (CS). Ezen kívül újabb lemezeken kompatibilitás végett a régebbi alaplapokkal található kapacitás limitáló beállítás is.
Mára ez feleslegessé vált, mivel minden
PATA
vezérlő
tudja
legalább az ATA-100 üzemmódot. Pentium
3
és
2
korszakból
származó alaplapoknál van ennek jelentősége. üzemmódban kábelen
A
„Cable az
Select”
eszközök
elhelyezett
a
pozíciójuk
alapján konfigurálják, hogy Master vagy
Slave
eszközként
működjenek. SLAVE eszköz lesz az, amelyik az alaplapi csatlakozóhoz a legközelebb van (a középső csatlakozón), míg MASTER az, amelyik a legtávolabbi csatlakozón. Amennyiben csak egy eszköz található a kábelen Cable Select alkalmazása nem ajánlott, mivel az átviteli sebességet leronthatja. Továbbá nem minden eszközzel működik együtt, ezért érdemes a Master Slave konfigurációt manuálisan jumperekkel kiválasztani. A Jumperek kiosztása eszközönként változik, ezért a lemez adattábláján el szoktak helyezni egy többé-kevésbé egyértelmű leírást.
OLDAL 5
AZ IDE INTERFÉSZ CSATLAKOZTATÁSA AZ ALAPLAPHOZ
Mindig a kábel kék színű csatlakozóját csatlakoztatjuk az alaplaphoz! Ügyeljünk arra, hogy a kábel piros csíkkal jelzett oldala az alaplapi IDE port 1-es számozású tűje felé nézzen!
OLDAL 6
A SERIAL-ATA (SATA) szabvány
A Serial ATA (Serial Advanced Technology Attachment) vagy SATA busz egy számítógépes pont-pont kapcsolat, amelyet adatok továbbítására terveztek. A számítógép és a tároló eszközök között (tipikusan merevlemezek és optikai meghajtók számára). A régebbi ATA szabványhoz képest (amit a SATA megjelenése után átneveztek párhuzamos ATA-nak, ennek angol rövidítése a PATA).
Fő előnye a vékonyabb adatkábel, nagyobb átviteli sebesség, az eszközök kikapcsolás nélküli csatlakoztatásának és leválasztásának lehetősége („hot-swap”)
és jobb
adatkapcsolatot biztosít, mint a régi párhuzamos ATA (PATA) csatlakozók.
Manapság jobban elterjedt csatoló felület a SATA, amely jóval gyorsabb adatátvitelt tesz lehetővé, mint a PATA, valamint nem kell bajlódni jumperek állításával, mivel itt egy kábelre egy eszköz csatlakozik.
Ezen kívül előnye az, hogy menet közben le és fel csatolható. A menet közbeni le és felcsatolásnak azonban vannak szoftveres és hardveres függőségei. A SATA lemezek speciális táp csatlakozót igényelnek, ugyanis a szabványban a szokványos +5v, +12v mellet szükség van egy +3,3V-ra is. Ehhez olyan tápegység kell, amelyen van SATA csatlakozó. A kereskedelmi forgalomban lehet kapni Molex -> SATA táp átalakítókat, amelyekkel megoldhatjuk a SATA HDD-nk tápellátását.
OLDAL 7
MENET KÖZBENI CSATLAKOZTATÁS
Belső, PATA rendszerű merevlemez fiókok menet közben nem csatlakoztathatóak és nem is választhatóak le a számítógépről. A menet közbeni csatlakoztatás/eltávolítás megrongálhatja a lemezt. Így ha PATA merevlemezünket mindenképpen menet közben szeretnénk csatlakoztatni is leválasztani, akkor csak USB keret jöhet szóba. SATA lemezeknél a menet közbeni csatlakoztatásnak és leválasztásnak van néhány követleménye:
Olyan alaplap, amely a Serial-ATA portokat tudja AHCI módban kezelni.
BIOS-ban SATA port AHCI üzemmódban legyen
AHCI támogatással rendelkező operációs rendszer (Windows Vista vagy újabb)
A választott keret leírásában is szerepeljen, hogy „Hot Swap” képes az eszköz.
SATA táp csatlakozóval rendelkező tápegység. (igazából nem követelmény, de ajánlott lenne)
Arról, hogy az alaplapunk támogatja-e az AHCI SATA üzemmódot, a kézikönyvében, vagy akár egy internetes keresés segítségével tájékozódhatunk. A 7-8 évvel ezelőtt készült alaplapok többsége tudja már az AHCI funkciót. Azonban ez alapértelmezetten általában nincs bekapcsolva a BIOS-ban. Előfordulhat, hogy AHCI beállítás megváltoztatása után újra kell telepíteni a rendszert.
OLDAL 8
ADVANCED HOST CONTROLLER INTERFACE
(AHCI)
Az alapértelmezett üzemmód a SATA-hoz az AHCI, mely elérhetővé teszi a SATA újabb funkcióit, mint amilyen a hot swap és a Native Command Queuing (NCQ). Ha a számítógép alaplapja vagy operációs rendszere nem támogatja az AHCI-t, akkor lehetőség van az IDE emulációra, azonban ekkor a SATA nem képes hozzáférni az ATA/IDE által nem támogatott képességekhez. A Windows eszközkezelő általában IDE emulációban működteti a SATA eszközöket mindaddig, amíg be nem állítják AHCI módra. A Windows XP hivatalosan nem támogatja az AHCI-t, azonban néhány saját eszközmeghajtó engedélyezheti azt. A Windows Vista, Windows 7, a jelenlegi Mac OS X és a Linux már alapból támogatják az AHCI-t.
Native Command Queuing (NCQ): a merevlemezen elhelyezkedő adatok kiolvasását optimalizáló algoritmus, az eszköz a pufferében tárolt olvasási és írási parancsok sorrendjét változtatja meg, így csökkenti azt a holtidőt, amikor a merevlemez az olvasófejének mozgatására és a lemeztányér elfordulására vár. A merevlemez véletlenszerű olvasási-írási sebességét növeli.
„Hot swap”: a hardvereszközök azon képessége, amely lehetővé teszi eszközök csatlakoztatását és leválasztását a rendszer leállítása és újraindítása nélkül. Ezt az operációs rendszernek is támogatnia kell. Pl. az USB egy ilyen szabvány, de a régi (ATA, U-ATA) merevlemezek esetén a mobil racket nem szabad ki- vagy bekapcsolni működő Windows alatt (Linux alatt más a helyzet).
OLDAL 9
SATA/150 vagy SATA-1 MEREVLEMEZEK
Az első generációs SATA csatlakozók SATA/150 vagy SATA 1 néven futottak és 1,5 Gbit/s sebességgel kommunikáltak. Az aktuális kódolatlan átviteli sebesség 1,2 Gbit/s vagy 150 MB/s. Tényleges működés közben a SATA-1 és a PATA/133 különbsége alig észrevehető. Összehasonlításképpen a modern asztali merevlemezek átviteli sebessége maximum ~100 MB/s, mely bőven benne van a működési sebességében még a régi PATA/133 eszközöknek is. (2009 áprilisában a mechanikus merevlemezek legnagyobb átviteli
sebessége 131 MB/s, ehhez is elég lenne).
A
kezdeti
időszak
alatt
a
SATA-1
véglegesítésére az adapter és meghajtó gyártók „híd chipet” használtak, hogy a már létező,
PATA
áramköreiket
csatolóhoz SATA
csatlakoztathassák.
készült
felületen Az
át
áthidalt
meghajtóknak van egy SATA csatlakozójuk és tartalmazhatják bármelyik vagy mindkét fajta
tápcsatlakozót,
teljesítményt
nyújtottak,
és
azonos
mint
PATA
megfelelőjük. Legtöbbjükből hiányoztak az olyan SATA lehetőségek, mint pl. az NCQ. Az
áthidalt
eszközöket
fokozatosan
felváltották a tisztán SATA eszközök.
OLDAL 10
SATA-2 MEREVLEMEZEK - 3,0 GBIT/S
A SATA/150 bemutatása után sok hiányosságot fedeztek fel az eredeti SATA-ban. Alkalmazási szinten a SATA működése közben, amikor PATA interfészt emulál, csak egyetlen függőben lévő átvitelt tud kezelni egy időben. A SCSI lemezeknek nagyobb előnyük van az SCSI-támogatott többszörös kérésekben, melyek újrakérik a meghajtót, hogy optimalizálja a válaszidőt. A sorba rendező parancsot hozzáadták a SATA alap parancsaihoz. Az NCQ egy választható lehetőség és használható mind SATA/1,5 Gbit mind SATA/3,0 Gbit/s-os eszközökben is. Az első generációs SATA eszközök alig voltak gyorsabbak, mint a párhuzamos ATA/133 eszközök. Tehát a fizikai réteg jelzésátviteli sebességét 3,0 Gbit/s-ra növelték, melynek eredménye a 150 MB/s-ról 300 MB/s-ra való gyorsulás lett. A SATA/300 átviteli sebessége most egy ideig ki tudja elégíteni a meghajtók átviteli sebességét, mivelhogy a leggyorsabb asztali merevlemez adattovábbítása is éppen csak eléri a SATA/150-es maximális átviteli sebességét. Ezért van az, hogy az 1,5 Gbit/s-os átvitelt csak a második generációs tudja kielégíteni. A SATA2 3,0 Gbit/s-on veszteség nélkül képes hosszú ideig működni. A SATA-1 és a SATA-2 közötti kompatibilitás fontos, ezért a SATA2-ben van egy visszakapcsoló szekvencia, ami SATA1-re állítja az átvitelt, amikor olyan eszközzel kommunikál. A gyakorlatban néhány régebbi SATA vezérlő nem valósítja meg a megfelelő SATA sebesség-kritériumokat. Az érintett rendszerekben a felhasználónak kell kézzel átállnia SATA2-ről SATA1-re egy jumper segítségével. Ismertek a hibás chipsetek, köztük a VIA VT8237 és a VT8237R déli hidat, a VIA VT6420 és a VT642L önálló SATA kontrollert. A SiS 760 és 964 chipsetek is tartalmazzák ezt a hibát, de egy frissített SATA vezérlő ROMmal ezt javították.
OLDAL 11
SATA-3 MEREVLEMEZEK - 6,0 GBIT/S
Az
új
szabvány
villámgyors
-
akár
másodpercenként 6 Gigabitnyi - adat átvitelét
teszi
lehetővé,
ami
kétszer
gyorsabb, mint elődje, a SATA2 maximális sebessége. Ezen kívül az új specifikáció külön figyelmet szentel a multimédiás alkalmazások
speciális
igényeinek
kielégítésének is. A SATA 3 - elődeihez hasonlóan - felülről kompabitilis a korábbi SATA változatokkal, ami azt jelenti, hogy az új szabványt támogató vezérlőkkel továbbra is lehet majd a csak régebbi SATA-t ismerő egységeket használni, illetve fordítva: az új, SATA 3.0s merevlemezek is probléma nélkül működnek majd a pl. csak SATA2-es vezérlővel ellátott alaplapokra kötve.
A hivatalosan közzétett kulcsfontosságú változások az új szabványban:
Egy új Native Command Queuing (NCQ) adatfolyam parancs, amely lehetővé teszi az izokrón adatátvitelt a fokozottan sávszélesség-igényes audio és video alkalmazásokhoz.
Az NCQ Management tulajdonság segít optimalizálni a teljesítményt a fő és a fennmaradó NCQ parancsok menedzselésével.
Továbbfejlesztett energiagazdálkodási képességek. Low Insertion Force (LIF) csatlakozó a rendkívül kompakt 1,8"-os eszközök számára.A csatlakozó a könnyű és vékony notebookba szánt 7 mm-es optikai meghajtóra s könnyedén elhelyezhető. OLDAL 12
A
Sebességek:
− SATA1
~ 133 Mbyte/sec
− SATA2
~ 288 Mbyte/sec
− SATA3
~ 589 Mbyte/sec
SATA3
interfész sávszélességének
nagysága,
önmagában még
nem
hoz
sebességnövekedést a merevlemezek között. Az SSD-k világában fogjuk igazán megérezni a SATA2 és a SATA3 közti különbséget.
Serial-ATA adatkábel
Serial-ATA tápkábel átalakító (MOLEXSATA)
OLDAL 13
SATA KÁBELEK ÉS CSATLAKOZÓK
Tű #
Funkció
1
Földelés
2
A+
3
A−
4
Földelés
5
B−
6
B+
7
Földelés
7-tűs Serial ATA adatkábel.
A SATA táp- és adatkábele külsőleg a legszembetűnőbb változás a párhuzamos ATA-hoz képest. A párhuzamos ATA-tól eltérően ugyanazt a kábelt és csatlakozókat használja az asztali és a hordozható számítógép meghajtója, ezért nincs szükség ilyen átalakító adapter használatára. A SATA szabvány szerinti adatkábel 7 erű (ebből 3 a földelés és 4 az aktív adatvezeték 2 párban), a végén a csatlakozó 8mm széles. A kábel 1 m hosszú lehet. A régebbi, PATA szabványú szalagkábel 40 vagy 80 vezetéket tartalmaz és maximum 45cm hosszú lehet, ezért a SATA kábelek kisebb helyet foglalnak, ami számítógép zárt térében javítja a levegő áramlását, egyszerűbbé teszi a hűtést. A SATA kábelek a PATA-nál könnyebben kihúzhatók (részben a hot swap lehetősége miatt), de lehetőség van fix, biztonsági rögzítésre is.
OLDAL 14
Tű #
Funkció 1–3
3.3V
4–6
Földelés
7–9
5V
10
Földelés
11
Késleltetett indítás
(csak támogatott meghajtókban) 12
Földelés
13–15
12V Egy 15-tűs Serial ATA áramcsatlakozó.
A SATA szabvány egyúttal a tápkábelt is specifikálta. Mint az adatkábel, ez is egy vékony csatlakozót tartalmaz, azonban ez szélesebb, hogy véletlenül se erőltessék bele rossz csatlakozóba. A SATA eszközök csak SATA tápkábellel tudnak csatlakozni, a 4 tűs Molexszel nem (bár egyes SATA eszközökben az is megtalálható). Sokan kritizálták a SATA tápkábelt gyenge, könnyen törő műanyag anyaga miatt. A látszólag nagyszámú érintkezőt arra használja, hogy három különböző feszültséget szállítson: 3,3 V, 5 V és 12 V. Minden egyes feszültséget 3 egymás melletti érintkező szállítja, további 3 érintkező pedig a földelésre szolgál. Az érintkezők 1,5 A-re méretezettek. Feszültségenként 1-1 érintkező felelős a hotplugért. Átalakító segítségével a 4 tűs Molex csatlakozót SATA csatlakozóvá lehet alakítani. Azonban a 4 tűs Molex csatlakozó nem tud 3,3 V-ot előállítani, ezek az átalakítók csak 5 V-os és 12 V-ot képesek előállítani és a 3,3 V-os csatlakozót szabadon hagyják. Így ilyen átalakítóval 3,3 V-ot használó eszközöket nem tudunk használni. Részben ezért a legtöbb gyártó kerüli a 3,3 V-os ág használatát. Ilyenkor használhatatlan a hotplug, amelyet az előző paragrafusban említettünk. Néhány, elsősorban szerverekbe szánt merevlemez támogatja a késleltetett indítást, azaz, hogy a rendszer indításakor ne egyszerre, hanem egymás után induljanak el az merevlemezek. Sok egyszerre induló meghajtó ugyanis nagyon leterheli a tápegységet, mivel a merevlemezek elinduláskor a tányérok felpörgetéséhez nagy áramot vesznek fel. OLDAL 15
KÜLSŐ SATA (ESATA)
2004 közepén szabványosították az eSATA (external SATA) különböző kábeleit, a csatlakozókat, és jelszinteket: A minimális kimenő feszültségkülönbség növekedett: 400–600 mV helyett 500–600 mV. A minimális bejövő feszültségkülönbség csökkent: 325 – 600 mV helyett 240–600 mV. A maximális kábelhossz 2 m (USB-nél és FireWire-nél nagyobb távolság is lehetséges)
Az eSATA-t a külső tárolók piacára szánták, amelyet akkor az USB és a FireWire uralt. A legtöbb FireWire vagy USB csatlakozójú külső merevlemez esetében átalakítóra volt szükség a PATA és SATA csatolójú meghajtók és a külső port között, ez az átalakítás azonban ront az átvitel sebességén. USB 2.0 esetén például a meghajtó sebessége nagyjából 2/3-ra csökken. Modern merevlemezek esetében az USB szűk keresztmetszet. A FireWire izokrón átviteli módjával hatékonyabb, még a lassabb FireWire 400-as is lényegesen gyorsabb, mint az USB 2.0, de ez még mindig szűk keresztmetszet a gyors meghajtók, és főleg a RAID tömbök számára. Néhány alacsony szintű meghajtójellemző, mint a S.M.A.R.T. USB vagy FireWire hídon keresztül nem érhető el, az eSATA-nál viszont ezek a problémák nem merülnek fel.
A vállalkozások és a szerverpiac nem annyira érdeklődik az eSATA iránt, mert már szabványosítottak külön fejlesztésű Serial Attached SCSI (SAS) interfészt. Ennek extra lehetőségei vannak távoli elérésre, vonali redundanciára és vonalfigyelésre. Az eSATA hotplug lehetősége és a fogyasztó-szint ár-szint kombinációja nagyobb piacot jelent, mint azt gondolnák. OLDAL 16
SCSI A SCSI (Small Computer System Interface) olyan szabványegyüttes, melyet számítógépek és perifériák közötti adatátvitelre terveztek. A SCSI szabványok definiálják a parancsokat, protokollokat, az elektromos és optikai csatolófelületek definícióit. A SCSI meghajtók az ATA és SATA meghajtóknál haladóbb eszközök. A SATA meghajtók megbízhatósága a fejegység, lemezek és a gyártó technológia fejlődése miatt javult az ATA-hoz képest, viszont a SCSI meghajtók mindkettőnél megbízhatóbbak. A SCSI eszközök az ATA és SATA eszközöknél nagyobb átviteli sebességet tesznek lehetővé, viszont azoknál sokkal drágábbak, ezért az otthoni felhasználók SCSI eszközöket szinte egyáltalán nem használnak. A SCSI-t általában merevlemezek, CD/DVD-meghajtók és szalagos adattárolók esetén használják, azonban léteznek nyomtatók és szkennerek is, melyek SCSI csatlakozásúak. A SCSI meghajtókat hálózati szerverekben és minőségi gépparkokban használják, ahol nagyon fontos a magas adatátviteli sebesség és a megbízhatóság. A SCSI jelenleg nagyobb átviteli sebességet kínál, mint a SATA, de a komplexebb buszrendszer drágább előállítási költséggel jár. Néhány meghajtó-gyártó hosszabb garanciát vállal a SCSI eszközökért, mindazonáltal ez nagyobb energiaráfordítást jelent, mintha PATA vagy SATA meghajtók lennének. A SCSI meghajtók lehetőséget adnak több meghajtó csatlakoztatására (több csatornát használ: 7 vagy 15 meghajtót csatornánként), a SATA pedig 1 meghajtót tud egyszerre csatlakoztatni, hacsak nem használ portsokszorosítót. A SATA 2. 3,0 Gbit/s maximum 300 MB/s per eszköz sebességet tesz lehetővé, SATA 3. 6,0 Gbit/s maximum 600 MB/s per eszköz sebességet tesz lehetővé, az SCSI pedig maximum 320 MB/s-ot vagy 640 MB/s-ot. Tehát az SCSI meghajtók jobb eredményt érnek el a SATA-nál a kapcsolat/kapcsolatbontás és a jobb teljesítmény miatt. Viszont jelenleg lényegesen drágább eszközök. A SATA eszközök kompatibilisek a SAS rendszerrel, azonban ez visszafelé nem teljesül. A SCSI, SAS, meghajtók átlagosan drágábbak, szerverekben és gépparkokban használják őket. A kevésbé drága ATA és SATA rendszereket az otthoni gépekhez fejlesztették, ezért kevésbé tartják megbízhatónak őket. Ahogy ez a két világ átfedésbe került a SATA esetében, a megbízhatóság szó ellentmondásossá vált. A SATA meghajtók megbízhatósága a fejegység, a lemezek és a gyártótechnológia fejlődése miatt javult és nem egy bizonyos interface (csatolófelület) miatt.
OLDAL 17
RAID A RAID (angolul Redundant Array of Inexpensive Disks vagy Redundant Array of Independent Disks tárolási technológia, mely segítségével az adatok elosztása vagy replikálása több fizikailag független merevlemezen, egy logikai lemez létrehozásával lehetséges. Minden RAID szint alapjában véve vagy az adatbiztonság növelését vagy az adatátviteli sebesség növelését szolgálja. A RAID koncepció megközelítőleg 1987-ben született meg. A Kaliforniai Egyetem számítástudományi tanszéke (University of California, Berkeley) dolgozta ki. A RAID rendszer első célkitűzése csupán két vagy több merevlemez összekapcsolása volt oly módon, hogy az a számítógép számára egy darab logikai meghajtónak látszódjon (RAID 0), majd ezt követően fejlesztések során 1-től 5-ig határoztak meg különböző szinteket (RAID levels), amelyek mind más és más elven valósítják meg az összekapcsolást. Olyan szempontokat figyelembe véve, mint a nagyobb kapacitás, nagyobb biztonság, illetve nagyobb sebesség elérése. Akkoriban még az Inexpensive (olcsó) szót használták a rövidítésben, mára inkább az Independent (független) szerepel a mozaikszóban.
RAID SZINTEK
A RAID-ben eredetileg 5 szintet definiáltak (RAID 1-től RAID 5-ig). Az egyes szintek nem a fejlődési, illetve minőségi sorrendet tükrözik, hanem egyszerűen a különböző megoldásokat. A kezdeti 5 szinthez később hozzávették a RAID 6-ot. RAID 0-ként szokták említeni azt a változatot, ahol a lemezeket összefűzzük, azaz redundancia nélkül kapcsoljuk össze. Ezeken kívül használják még több RAID tömb egymásra építését is, a legelterjedtebb a RAID 10 (vagy RAID 1+0), RAID 01 (vagy RAID 0+1), illetve a RAID 50 (vagy RAID 5+0). A RAID alapötlete a lemezegységek csíkokra (stripes) bontása. Ezek a csíkok azonban nem azonosak a lemez fizikai sávjaival (tracks), amit az angol és magyar elnevezés különbözősége is jelez.
OLDAL 18
RAID 0 (ÖSSZEFŰZÉS)
A RAID 0 az egyes lemezek egyszerű
összefűzését
jelenti,
viszont semmilyen redundanciát nem
ad,
így
hibatűrést, meghajtó
nem
azaz
biztosít egyetlen
meghibásodása
az
egész tömb hibáját okozza. Mind az
írási,
mind
műveletek
az
olvasási
párhuzamosítva
történnek,
ideális
sebesség
az
esetben
egyes
a
lemezek
sebességének összege lesz, így a módszer a RAID szintek közül a legjobb teljesítményt nyújtja (a többi módszernél a redundancia kezelése lassítja a rendszert). A megoldás lehetővé teszi különböző kapacitású lemezek összekapcsolását is, viszont a nagyobb kapacitású lemezeken is csak a tömb legkisebb kapacitású lemezének méretét lehet használni (tehát egy 120 GB és egy 100 GB méretű lemez összefűzésekor mindössze egy 200 GB-os logikai meghajtót fogunk kapni, a 120 GB-os lemezen 20 GB szabad terület marad, amit más célokra természetesen felhasználhatunk).
OLDAL 19
A RAID 0 főleg olyan helyeken alkalmazható, ahol nem szempont az adatbiztonság vagy kevés merevlemez csatolható fel az operációs rendszer korlátozása miatt. (Például a régebbi Microsoft Windows rendszerek esetében összesen 26 meghajtó betűjelet tesznek elérhetővé, ezzel 24 eszközre korlátozva a partíciók számát. Az újabb rendszerek, mint a Windows 2000 Professional és az ezt követő Windowsok, valamint a Unix rendszerek
lehetőséget
adnak
a
partíciók
könyvtárként való felcsatolására.) A másik pozitív tulajdonsága viszont továbbra is csábító lehet olyan,
kifejezetten
rendszereknél,
csak ahol
játékra
épített tetemes
teljesítménynövekedést érhetünk el ezzel. Ilyen célú alkalmazásra mégsem túl ajánlott, mivel az egyszer már összekapcsolt diszkek különálló alkalmazása csak újraszervezés után, a teljes adattartalom eltávolításával és újraformázással lehetséges.
OLDAL 20
RAID 1 (TÜKRÖZÉS) RAID Level 1 A RAID 1 eljárás alapja az adatok tükrözése (disk mirroring), azaz az információk egyidejű tárolása a tömb minden elemén. A kapott logikai lemez a tömb legkisebb elemével lesz egyenlő méretű. Az adatok olvasása párhuzamosan történik a diszkekről, felgyorsítván az olvasás sebességét; az írás normál sebességgel, párhuzamosan történik a meghajtókon. Az eljárás igen jó hibavédelmet biztosít, bármely meghajtó meghibásodása esetén folytatódhat a működés. A RAID 1 önmagában nem használja a csíkokra bontás módszerét.
RAID 2 A RAID 2 használja a csíkokra bontás módszerét, emellett egyes meghajtókat hibajavító kód (ECC: Error Correcting Code) tárolására tartanak fenn. A hibajavító kód lényege, hogy az adatbitekből valamilyen matematikai művelet segítségével redundáns biteket képeznek. A használt eljárástól függően a kapott kód akár több bithiba észlelésére, illetve javítására (ez utóbbi persze több redundanciát igényel) alkalmas. A védelem ára a megnövekedett adatmennyiség. Ezen meghajtók egy-egy csíkjában a különböző lemezeken azonos pozícióban elhelyezkedő csíkokból képzett hibajavító kódot tárolnak. A módszer esetleges lemezhiba esetén képes annak detektálására, illetve kijavítására. Manapság nem használják, mivel a SCSI meghajtókban már minden egyes szektorban az adott szektorhoz tartozó ECC is eltárolódik.
RAID 3 RAID Level 3
A RAID 3 felépítése hasonlít a RAID 2-re, viszont nem a teljes hibajavító kód, hanem csak egy lemeznyi paritásinformáció tárolódik. Egy adott paritáscsík a különböző lemezeken azonos pozícióban elhelyezkedő csíkokból XOR művelet segítségével kapható meg. A OLDAL 21
rendszerben egy meghajtó kiesése nem okoz problémát, mivel a rajta lévő információ a többi meghajtó (a paritást tároló meghajtót is beleértve) XOR-aként megkapható. Az alapvető különbség a RAID 2-ben alkalmazott hibajavító kóddal szemben, hogy itt feltesszük, hogy a meghajtó meghibásodását valamilyen módon (például többszöri sikertelen olvasás hatására) észleljük, majd a meghibásodott diszken lévő információt a többi diszken lévő adatok segítségével állítjuk elő. A RAID 2 a diszkhibák ellen is védelmet nyújt, például egyes bájtok megsérülése esetén. (Vegyük észre, hogy csak az XOR-os paritásbit technikát használva az egyik meghajtón egy adott bájt megsérülése esetén csak azt vennénk észre, hogy a különböző meghajtókon az azonos csíkba tartozó részek XORa nem nullát adna, de nem tudnánk sem azt, hogy melyik meghajtón van a hiba, sem azt, hogy hogyan javítsuk ki. Ezért van szükség a szektoronkénti hibajavító kód alkalmazására.)
A RAID 3-nál kisméretű csíkokat definiálnak, így az egyes fájlok olvasása és írása párhuzamosan történhet az egyes meghajtókon, viszont a módszer nem támogatja egyszerre több kérés párhuzamos kiszolgálását (singleuser mode). (Természetesen a paritáscsíkot minden egyes íráskor módosítani kell, amihez szükséges a korábbi tartalom kiolvasása. Viszont például fájltranszfer esetén, pont a kisméretű csíkok miatt, az azonos pozícióban lévő csíkokat általában az összes diszken felülírják, így ez esetben a probléma kevésbé jelentkezik.)
RAID 4 RAID Level 4 A RAID 4 felépítése a RAID 3-mal megegyezik. Az egyetlen különbség, hogy itt nagyméretű csíkokat definiálnak, így egy rekord egy meghajtón helyezkedik el, lehetővé téve egyszerre több (különböző meghajtókon elhelyezkedő) rekord párhuzamos írását, illetve olvasását (multi-user mode). Problémát okoz viszont, hogy a paritás-meghajtó adott csíkját minden egyes íráskor frissíteni kell (plusz egy olvasás és írás), aminek következtében párhuzamos íráskor a paritásmeghajtó a rendszer szűk keresztmetszetévé válik. Ezenkívül valamely meghajtó kiesése esetén a rendszer olvasási teljesítménye is lecsökken, a paritás-meghajtó jelentette szűk keresztmetszet miatt.
OLDAL 22
RAID 5 RAID Level 5
A RAID 5 a paritás információt nem egy kitüntetett meghajtón, hanem „körbeforgó paritás” (rotating parity) használatával, egyenletesen az összes meghajtón elosztva tárolja, kiküszöbölvén a paritás-meghajtó jelentette szűk keresztmetszetet. Minimális meghajtó szám: 3. Mind az írási, mind az olvasási műveletek párhuzamosan végezhetőek. Egy meghajtó meghibásodása esetén az adatok sértetlenül visszaolvashatóak, a hibás meghajtó adatait a vezérlő a többi meghajtóról ki tudja számolni. A csíkméret változtatható; kis méretű csíkok esetén a RAID 3-hoz hasonló működést, míg nagy méretű csíkok alkalmazása esetén a RAID 4-hez hasonló működést kapunk. A hibás meghajtót ajánlott azonnal cserélni, mert két meghajtó meghibásodása esetén az adatok elvesznek!
A tárolható adatmennyiség: "a legkisebb kapacitású meghajtón tárolható adatmennyiség" * ("meghajtók száma" - 1) lesz. (Pl. 4 db egyenként 1 TB -os HDD RAID 5-be fűzésének eredményeként egy 3 TB kapacitású logikai meghajtót látunk.) Az írási sebességnél fontos figyelembe venni a paritás adatok előállítására szükséges számítási kapacitás igényt! Szoftveres megoldásnál ez jelentős processzorterhelést, illetve az írási sebesség csökkenését eredményezheti, ezért ajánlott a hardveres megoldás, ahol a célhardver látja el ezeket a feladatokat. A RAID 5 vezérlők a hibás meghajtó helyére betett új, üres meghajtót automatikusan fel tudják tölteni az eredeti adatokkal.
OLDAL 23
RAID 6 RAID LEVEL 6
A RAID 6 tekinthető a RAID 5 kibővítésének. Itt nemcsak soronként, hanem oszloponként is kiszámítják a paritást. A módszer segítségével kétszeres meghajtó-meghibásodás is kiküszöbölhetővé válik. A paritáscsíkokat itt is az egyes meghajtók között, egyenletesen elosztva tárolják, de ezek természetesen kétszer annyi helyet foglalnak el, mint a RAID 5 esetében.
RAID 0+1 vagy RAID 01 RAID Level 0+1
Ez egy olyan hibrid megoldás, amelyben a RAID 0 által hordozott sebességet a RAID 1-et jellemző biztonsággal ötvözhetjük. Hátránya, hogy minimálisan 4 eszközre van szükségünk, melyekből 1-1-et összefűzve, majd páronként tükrözve építhetjük fel a tömbünket, kapacitásnak
ezért
a
mindössze
teljes a
kinyerhető felét
tudjuk
használni. Mivel a tükrözés (RAID 1) a két összefűzött (RAID 0) tömbre épül, ezért egy lemez
meghibásodása
esetén
az
egyik
összefűzött tömb mindenképp kiesik, így a tükrözés is megszűnik.
OLDAL 24
RAID 1+0 vagy RAID 10 RAID Level 1+0
Hasonlít a RAID 01 megoldáshoz, annyi különbséggel, hogy itt a lemezeket először tükrözzük, majd a kapott tömböket fűzzük össze. Ez biztonság szempontjából jobb megoldás, mint a RAID 01, mivel egy HDD kiesése csak az adott tükrözött tömböt érinti, a rá épült RAID 0-t nem; sebességben pedig megegyezik vele.
OLDAL 25
HASZNÁLAT
Az ismertetett RAID technikák közül a RAID 0-t, RAID 1-et és RAID 5-öt használják elterjedten, illetve az ezek kombinációjaként megvalósított RAID 10-et és RAID 50-et. A RAID 2-t a már korábban említett okok, míg a RAID 3-at és RAID 4-et a paritás meghajtó jelentette szűk keresztmetszet miatt nem alkalmazzák. A RAID 6 megvalósítása túl sok többletköltséget jelent, illetve az általa nyújtott többlet biztonság csak speciális alkalmazások esetében szükséges, ezért használata nem terjedt el.
MEGVALÓSÍTÁS
A RAID rendszerek megvalósítása történhet szoftver, illetve hardver támogatással. Szoftveres megvalósítás esetén vagy az operációs rendszer nyújt támogatást, vagy speciális driver programot használnak. A megvalósítás előnye, hogy nem igényel külön költséges hardver komponenseket, viszont hátránya, hogy a központi memóriát, illetve a CPU-t terheli, lerontván az egész rendszer teljesítményét. Hardveres megvalósítás esetén a szükséges feldolgozást a RAID vezérlő valósítja meg, ezáltal az operációs rendszer teljesítménye nem csökken le. A kezelés bonyolultsága miatt a RAID 5-öt a gyakorlatban csak hardver támogatással valósítják meg.
A RAID tömbök mindig nagyobb valószínűséggel hibásodnak meg, mintha az azt alkotó lemezek valamelyikét használnánk, azonban míg az szóló lemezek meghibásodása a cég üzemmenetét megakasztja addig (RAID 0 kivételével) a cég tovább üzemelhet a hiba kijavításáig.
OLDAL 26
