Архитектура команд машинного уровня

• Функция, которая должна быть выполнена

• Операнды, которые должны быть использованы

• Статус, который должен быть зафиксирован

• Следующая команда, которая должна быть исполнена.

• Число кодов векторных операций в 2-3 раза превышает число аналогичных скалярных операций!

Система команд векторного процессора поддерживает работу с векторными регистрами и обязательно включает в себя команды:

• загрузки векторного регистра содержимым последовательных ячеек памяти, указанных адресом первой ячейки этой последовательности;
• выполнения операций над всеми элементами векторов, находящихся в вектор­ных регистрах;
• сохранения содержимого векторного регистра в последовательности ячеек па­мяти, указанных адресом первой ячейки этой последовательности.

Примеры: Архитектура VP-200 фирмы Fujitsu, Архитектура векторного процессора S-810 Hitachi

Архитектура векторного процессора SX-4,5,6,7,8 фирмы NEC, Архитектура АУ ASC

1. Системы хранения данных. Требования к СХД и задачи СХД. Концепция многоуровневых хранилищ данных. Классификация СХД.

Центр (хранения и) обработки данных (ЦОД/ЦХОД) — это специализированное здание для размещения серверного и коммуникационного оборудования и подключения абонентов к каналам сети Интернет. Дата-центр исполняет функции обработки, хранения и распространения информации.

Структура Центра Обработки Данных (ЦОД / Datacenter):

- Аппаратное и ПО

- Серверный комплекс

- СХД

- Системы управления и мониторинга

- Системы информационной и физической защиты

- Сетевая инфраструктура

- Инженерная инфраструктура

- Организационная инфраструктура (персонал+регламентирующая документация)

Системы хранения данных (СХД) – комплексное программно-аппаратное решение по организации надёжного хранения данных и предоставления гарантированного к ним доступа.

Требования к современным системам хранения данных:

- Требования к надежности хранения данных

- Требования к надежности доступа к данным

- Требования к объему хранимых данных

- Требования к скорости доступа к данным

- Требования к защищенности доступа к данным

- Требования к сложности управления и конфигурирования

Задачи системы хранения данных:

1. Соединение (Connecting) – обеспечение передачи данных между вычислительными системами и хранилищами

- шины (ATA, SCSI,..), точка-точка (FCPP,..)

- коммутируемые среды Fibre Channel, Ethernet,..

2. Хранение (Storing) – низкоуровневое взаимодействие систем и устройств хранения при помощи специальных команд и протоколов направленное на сохранение данных

- Модель взаимодействия: инициатор – цель

- Блочный ввод/вывод

- Понятие адресного пространства: область доступных адресов для данного устройства

3. Упорядочивание (Filing) – определение места объектов данных в хранилище и предоставление данных приложениям и пользователям

- Выделение места под объекты хранения

- Файловый ввод/вывод

- Управление доступом на уровне объектов хранения

Многоуровневая архитектура систем долговременного хранения данных:

Уровень 0 – Performance: Твердотельные накопители (Flash/DRAM/Hybrid)

Уровень 1 – Default: Fibre Channel HDD или SAS HDD

Уровень 2 – Cost focused: Serial ATA HDD

Уровень 3 – Capacity optimized: Сжатые или дедуплицированные данные на SATA HDD / Кассетные накопители

Подходы к реализации систем хранения данных (10 лет назад):DAS, SAN, NAS

Подходы к реализации систем хранения данных (современность):

1. Непосредственно подключаемые системы (DAS)

2. С использованием сетевых технологий:

- С использованием IP-сетей: IP SAN (представляет собой архитектурное решение для подключения внешних устройств хранения данных, таких как дисковые массивы, ленточные библиотеки, оптические приводы к серверам таким образом, чтобы операционная система распознала подключённые ресурсы как локальные.), NAS (специализированное устройство, служащее в качестве выделенного высокопроизводительного шлюза для доступа к разделяемым данным на файловом уровне через сетевую среду общего назначения, как правило, посредством сетевой файловой системы.), CAS (для хранения и организации доступа к данным с неизменным содержимым с учетом специальных требований по безопасности данных, времени хранения данных и доступу к данным. Адресация объектов данных осуществляется не по имени, а по содержанию с использованием алгоритмов хеширования.), COS

- FC SAN: FCoE SAN

- Унифицированные

3. Virtual Appliance - предоставляет возможности виртуализации хранилищ и сетей хранения (SAN).

2. Системы хранения данных. Основные подходы к реализации СХД. Подходы DAS и SAN (FC, FCoE, IP).

Системы хранения данных (СХД) – комплексное программно-аппаратное решение по организации надёжного хранения данных и предоставления гарантированного к ним доступа.

Подходы к реализации систем хранения данных (10 лет назад):

DAS, SAN, NAS

1. Непосредственно подключаемые системы (DAS)

2. С использованием сетевых технологий:

- С использованием IP-сетей: IP SAN, NAS (специализированное устройство, служащее в качестве выделенного высокопроизводительного шлюза для доступа к разделяемым данным на файловом уровне через сетевую среду общего назначения, как правило, посредством сетевой файловой системы.), CAS (для хранения и организации доступа к данным с неизменным содержимым с учетом специальных требований по безопасности данных, времени хранения данных и доступу к данным. Адресация объектов данных осуществляется не по имени, а по содержанию с использованием алгоритмов хеширования.), COS

- FC SAN: FCoE SAN

- Унифицированные

3. Virtual Appliance - предоставляет возможности виртуализации хранилищ и сетей хранения (SAN).

DAS - Direct Attached Storage(самая первая технология хранения данных) - непосредственно подключенное (присоединенное) хранилище данных (по каналу SAS, режим точка-точка) - в простейшем случае – жесткий диск подключенный к контроллеру на материнской плате.

Доступность данных зависит от работоспособности всех компонент на пути от потребителя к хранилищу (рис).

Традиционная клиент-серверная архитектура вычислений с DAS:

- Не отвечает современным требованиям для систем высокой надежности

- Не отвечает современным требованиям по объему хранимых данных

- Может применятся в серверных решениям начального уровня

Недостатки DAS-хранилищ:

- Ограничение на длину соединений (Проблем: надежного хранения данных+монтажа оборудования)

- Наивысшая стоимость обслуживания

- Проблема с балансировкой ресурсов

- Проблема масштабируемости

Применение DAS:

В серверных системах начального уровня (SOHO): Единицысерверов+Не требуется доступность системы в режиме 24/7:

+ относительно невысокая стоимость

+ относительная простота управления и администрирования

+ простота создания архивных копий в случае одного сервера

SAN – Storage Area Network -сети хранения данных: строятся на базе специализированного оборудования и интерфейсов, снимают проблемы DAS-хранилищ

SAN –сеть, предназначенная в первую очередь для обмена данными между системами хранения данных и вычислительными системами, а также обеспечивает безопасную и надежную пересылку данных.

SAN- представляет собой архитектурное решение для подключения внешних устройств хранения данных, таких как дисковые массивы, ленточные библиотеки, оптические приводы к серверам таким образом, чтобы операционная система распознала подключённые ресурсы как локальные. Применение: на больших предприятиях.

Состав:

-коммуникационная инфраструктура,

-управляющая инфраструктура.

Типы SAN:

1. Fibre Channel (..,4, 8, 10, 16,.. Гбит/с) - волоконный канал) — семейство протоколов для высокоскоростной передачи данных. Стандартизацией FC используется как стандартный способ подключения к системам хранения данных уровня предприятия. Fibre Channel Protocol — транспортный протокол, инкапсулирующий протокол SCSI по сетям Fibre Channel.

-FCoE (10,.. Гбит/с): Fibre Channel over Ethernet - это протокол, утвержд. в 2009г. FCoE переносит фреймы Fibre Channel через Ethernet, инкапсулируя кадры Fibre Channel в jumbo frames Ethernet-а.

2. IP: iSCSI (Internet SCSI) (1, 10,.. Гбит/с): Internet Small Computer System Interface — протокол, который базируется на TCP/IP и разработан для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами.

Системы на основе iSCSI могут быть построены на любой достаточно быстрой физической основе, поддерживающей протокол IP, например Gigabit Ethernet или 10G Ethernet. Использование стандартного протокола позволяет применять стандартные средства контроля и управления потоком, а также существенно уменьшает стоимость оборудования по сравнению с сетями Fibre Channel.

Смешанные

-iSCSI

-Fibre Channel

-FCIP (Fibre Channel over IP)

-iFCP (Internet Fibre Channel Protocol)

Infiniband (?)

Построен SAN с исп FCoE (CNA) Пр топологии SAN на базе FC: Трехуров топология CE

Достоинства SAN:

- Открытые стандарты

- Обеспечивает непрерывность работы

- Обеспечивает высокую надежность

- Консолидация серверов и хранилищ

- Масштабируемость и реконфигурируемость в реальном времени

- Централизованное управления

- Безопасность

- «Быстрое» создание архивных копий

- Сокращение затрат (TCO, ROI)

Компоненты SAN:

1. Адаптеры для подключения к SAN

-HBA / TBA (FC)

-HCA / TCA (Infiniband)

-NIC / ToE NIC / SNIC (iSCSI)

-CNA (FCoE)

2. Коммуникационное оборудование

-Коммутаторы / Шлюзы / Маршрутизаторы

-Директоры / Бэкбоны

3. Интеллектуальные системы хранения (ISS)

4. Роботизированные ленточные библиотеки

3. Архитектуры интеллектуальные системы хранения данных (ISS). Обобщенная схема. Архитектура EMC² CLARiiON. Кэш-память в ISS. Кэш-память EMC² CLARiiON. Архитектура EMC² Symmetrix.

Интеллектуальные системы хранения данныхпредставляют собой полно функциональные RAID-массивы, обеспечивающие оптимизированные возможности обработки ввода/вывода. Эти массивы снабжены операционной средой, осуществляющей управление, распределение и использование ресурсов хранения. Такие системы хранения данных конфигурируются с большими объемами памяти, называемой кэш-памятью, и используют сложные алгоритмы обработки вводов/выводов для приложений, для которых производительность систем является критичной.