Báo cáo môn kiến trúc máy tính raid

Do vậy, nhiều kỹ sư thiết kế phần cứng có khuynh hướng giải quyết vấn đề này bằng cách xây dựng những kiến trúc máy tính hỗ trợ một số lượng lớn các loại lệnh phức tạp với nhiều phương p

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

&

TRUYỀN THÔNG VIỆT – HÀN

Báo Cáo Môn Kiến Trúc Máy Tính

RAID

Sinh viên thực hiện: Đinh Văn Nhân (22DA055)

Trần Huy

Quốc Thắng

Nhật Huy

Lớp: 22DA

Giảng viên hướng dẫn: Trần Thu Thủy

Đà Nẵng, tháng 12 năm 2023

Mục Lục

MỤC LỤC HÌNH ẢNH: 3

Bảng Viết Tắt 3

LỜI MỞ ĐẦU 4

LỜI CẢM ƠN 5

NHẬN XÉT 6

Chương 1: Khái niệm căn bản về RAID: 7

Chương 2: Chức năng của RAID: 8

Chương 3: Phân loại của RAID: 8

1 RAID 0 (Striping): 8

2 RAID 1 (Mirroring): 9

3 RAID 2: 10

4 RAID 3: 11

5 RAID 4 12

6 RAID 5 (Striping with Parity): 13

7 RAID 6 : 14

Chương 4: Ứng dụng của RAID trong kiến trúc máy tính: 15

Chương 5: Ưu điểm và nhược điểm 16

1 Ưu điểm của RAID 16

2 Nhược điểm của RAID 16

KẾT LUẬN 16

MỤC LỤC HÌNH ẢNH:

Hình 1: Hình ảnh mô phỏng RAID trong máy tính

Hình 2: Hình ảnh mô phỏng RAID 0

Hình 3: Hình ảnh mô phỏng RAID 1

Hình 4: Hình ảnh mô phỏng RAID 2

Hình 5: Hình ảnh mô phỏng RAID 3

Hình 6: Hình ảnh mô phỏng RAID 4

Hình 7: Hình ảnh mô phỏng RAID 5

Hình 8: Hình ảnh mô phỏng RAID 6

Bảng Viết Tắt

RAID Redundant Arrays of Inexpensive Disks

SAS Serial Advanced Technology Attachment

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của phần cứng máy tính, một trong những sự phát triển khác dễ dàng được nhận thấy là các ngôn ngữ lập trình Ngày càng có nhiều các ngôn ngữ lập trình mạnh và phức tạp được phát triển Các ngôn ngữ lập trình này giúp cho các lập trình viên phát triển ứng dụng dễ dàng hơn, chính xác hơn và

có thể đi sâu vào chi tiết hơn Tuy nhiên, điều này làm nảy sinh một khoảng cách ngữ nghĩa (semantic gap) giữa những tác vụ được cung cấp bởi ngôn ngữ lập trình cấp cao và những tác vụ được cung cấp bởi kiến trúc của một máy tính Biểu hiện

rõ nhất của khoảng cách này là sự thực thi không hiệu quả của các ngôn ngữ cấp cao, kích thước chương trình tăng, độ phức tạp của các trình biên dịch cũng tăng theo Do vậy, nhiều kỹ sư thiết kế phần cứng có khuynh hướng giải quyết vấn đề này bằng cách xây dựng những kiến trúc máy tính hỗ trợ một số lượng lớn các loại lệnh phức tạp với nhiều phương pháp tính toán địa chỉ khác nhau, và nhiều lệnh của ngôn ngữ cấp cao sẽ được hiện thực hoàn toàn bằng phần cứng

Trong đề tài cuôí kỳ này để hiểu rõ hơn về những kiến thức mà tụi em đã được tìm hiểu nghiên cứu thì thụi em đã thực hiện đề tài này với sự hướng dẫn của giảng viên Trần Thu Thủy

Qua đề tài này, chúng em có thêm nhiều kiến thức mới để bù đắp vào lượng kiến thức ít ỏi này Và từ đó chúng em sẽ hoàn thành tốt hơn cho các bài tập trong thời gian tới

LỜI CẢM ƠN

Trước hết chúng em xin gửi tới các thầy cô Trường Đại Học Công nghệ Thông tin và Truyền thông - Đại học Đà Nẵng lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc Với sự quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo của thầy

cô, đến nay chúng đã có thể hoàn thành đề tài cuối kỳ môn Kiến Trúc Máy Tính này

Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất giảng viên Trần Thu Thủy đã quan tâm giúp đỡ, giúp đỡ tận tình chúng em hoàn thành tốt đồ án này trong thời gian qua

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế, đồ án này không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để tôi có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT

(Nhận xét của giảng viên hướng dẫn)

Đà Nng, ngày…tháng…năm 2023

Giảng viên hướng dẫn

Chương 1: Khái niệm căn bản về RAID:

RAID (Redundant Arrays of Inexpensive Disks) là một kỹ thuật sử dụng nhiều ổ đĩa cứng để tạo ra một hệ thống lưu trữ hoặc một phân vùng ổ đĩa vật lý duy nhất với mục tiêu tăng hiệu suất, độ tin cậy, hoặc cả hai RAID

có thể giúp tạo ra sự dự phòng dữ liệu, tăng tốc độ truy cập dữ liệu, và cung cấp cân bằng giữa hiệu suất và dự phòng

Cách thức hoạt động của RAID là sao chép dữ liệu lên hai hoặc nhiều ổ cứng vật lý được liên kết với nhau bằng 1 RAID Controller RAID Controller

có thể dựa trên một trong 2 nền tảng phần cứng hoặc phần mềm

Hầu hết các loại RAID khác nhau đều sử dụng kỹ thuật hạn chế lỗi gọi là

dữ liệu 'chẵn lẻ' cho phép khả năng chịu lỗi (fault tolerance) khi dữ liệu được nhân đôi Nhờ vậy mà có thể giảm tác động của việc mất dữ liệu khi gặp phải lỗi phần cứng

RAID có thể được sử dụng cho các ổ đĩa SATA, SAS và SSD

Hình 1: Hình ảnh mô phỏng RAID trong máy tính.

Chương 2: Chức năng của RAID:

Tăng hiệu suất: RAID có thể cải thiện tốc độ đọc và ghi dữ liệu bằng cách chia dữ liệu thành các phần nhỏ và phân tán chúng trên nhiều ổ đĩa cùng một lúc (ví dụ: RAID 0)

Dự phòng dữ liệu: RAID cung cấp một cơ chế bảo vệ dữ liệu khỏi mất mát bằng cách sử dụng sao chép (mirroring) hoặc dữ liệu kiểm tra (parity) để phục hồi dữ liệu trong trường hợp một hoặc nhiều ổ đĩa gặp sự cố Cân bằng hiệu suất và dự phòng: Các cấu hình RAID như RAID 5 hoặc RAID 10 kết hợp cả tăng hiệu suất và dự phòng dữ liệu

Chương 3: Phân loại của RAID:

Có nhiều cấu hình RAID khác nhau, được phân loại thành các loại chính:

1 RAID 0 (Striping):

 Raid 0 cần tối thiểu hai đĩa cứng, RAID 0 cho phép máy tính ghi dữ

liệu theo phương thức đặc biệt được gọi là Striping

 RAID 0 lại có nguy cơ mất dữ liệu cao, nguyên nhân chính nằm ở cách ghi thông tin xé lẻ vì như vậy dữ liệu không nằm hoàn toàn ở

một đĩa cứng nào và mỗi khi cần truy xuất thông tin , máy tính sẽ phải tổng hợp từ các đĩa cứng.

 Chỉ cần một đĩa cứng gặp trục trặc thì thông tin (file) đó coi như không thể đọc được và hư hoàn toàn dữ liệu.

 thích hợp cho những người dùng cần truy cập nhanh khối lượng dữ liệu lớn

Hình 2: Hình ảnh mô phỏng RAID 0.

2 RAID 1 (Mirroring):

 Đây là dạng RAID cơ bản nhất có khả năng đảm bảo an toàn dữ liệu

 Cũng giống như RAID 0, RAID 1 đòi hỏi ít nhất hai đĩa cứng để làm việc Dữ liệu được ghi vào 2 ổ giống hệt nhau (Mirroring).

 Đối với RAID 1, hiệu năng không phải là yếu tố hàng đầu nên chẳng

có gì ngạc nhiên nếu nó không phải là lựa chọn số một cho những người say mê tốc độ.

Hình 3: Hình ảnh mô phỏng RAID 1.

3 RAID 2:

 Cơ chế kiểm tra lỗi của loại raid này ở mức Bit sử dụng cơ chế Hamming code, nhưng gần như mặc định các ổ cứng hiện tại đều đã tích hợp kiểm tra mức Bit bằng Hamming code do vậy loại Raid này hiện nay không còn được sử dụng nữa

Hình 4: Hình ảnh mô phỏng RAID 2.

4 RAID 3:

 Raid đầu tiên sử dụng cơ chế dự phòng dữ liệu bằng Parity.

 Parity là kết quả được tạo ra bằng việc tính toán XOR giữa các bit trong block dữ liệu đã lưu trữ.

 Ví dụ: một file dữ liệu được chia làm 1 block lưu trữ trong 6 phần, phần lưu trữ từ Block A1 – A3 lưu trên 3 ổ cứng thì Raid 3 sẽ tính toán XOR của các bit trong từ Block 1 và 3 thành một block Parity lưu trữ trên ổ cứng thứ 4.

 Khi xảy ra hư hỏng, hệ thống sẽ tính toán lại dữ liệu từ phép toán A-Parity(1-3) = Block A1 Block A2 Block A3 Ꚛ Ꚛ

 Hiệu năng quá thấp, đặc biệt là với Database do việc xử lý theo từng

Bit rất mất thời gian khi lưu trữ và truy xuất.

Hình 5: Hình ảnh mô phỏng RAID 3.

5 RAID 4

 RAID 4 tương tự như RAID 3 nhưng ở một mức độ các khối dữ liệu

lớn hơn chứ không phải đến từng byte.

 Yêu cầu tối thiểu 3 đĩa cứng (ít nhất hai đĩa dành cho chứa dữ liệu và

ít nhất 1 đĩa dùng cho lưu trữ dữ liệu Parity)

 Hiện loại raid này cũng không được sử dụng nhiều.

Hình 6: Hình ảnh mô phỏng RAID 4.

6 RAID 5 (Striping with Parity):

 Dạng RAID mạnh mẽ và thông dụng nhất Dữ liệu và bản sao lưu được chia lên tất cả các ổ cứng.

 Chúng ta quay trở lại ví dụ về 8 đoạn dữ liệu (1-8) và giờ đây là 3 ổ đĩa cứng Đoạn dữ liệu số 1 và số 2 sẽ được ghi vào ổ đĩa 1 và 2 riêng rẽ, đoạn sao lưu của chúng được ghi vào ổ cứng 3 Đoạn số 3

và 4 được ghi vào ổ 1 và 3 với đoạn sao lưu tương ứng ghi vào ổ đĩa

2 Đoạn số 5, 6 ghi vào ổ đĩa 2 và 3, còn đoạn sao lưu được ghi vào

ổ đĩa 1 và sau đó trình tự này lặp lại, đoạn số 7,8 được ghi vào ổ 1, 2

và đoạn sao lưu ghi vào ổ 3 như ban đầu Như vậy RAID 5 vừa đảm bảo tốc độ có cải thiện, vừa giữ được tính an toàn cao Dung lượng đĩa cứng cuối cùng bằng tổng dung lượng đĩa sử dụng trừ đi một ổ Tức là nếu bạn dùng 3 ổ 80GB thì dung lượng cuối cùng sẽ là 160GB.

Hình 7: Hình ảnh mô phỏng RAID 5.

7 RAID 6 :

Giống RAID 5 nhưng được sử dụng lặp lại nhiều hơn số lần sự phân tách

dữ liệu để ghi vào các đĩa cứng khác nhau.

Ví dụ như ở RAID 5 thì mỗi một dữ liệu được tách thành hai vị trí lưu trữ trên hai đĩa cứng khác nhau, nhưng ở RAID 6 thì mỗi dữ liệu lại được lưu trữ ở ít nhất ba vị trí (trở lên), điều này giúp cho sự an toàn của dữ liệu tăng lên so với RAID 5.

Trong RAID 6, ta thấy rằng khả năng chịu đựng rủi ro hư hỏng cứng được tăng lên rất nhiều Nếu với 4 ổ cứng thì chúng cho phép hư hỏng đồng thời đến 2 ổ cứng mà hệ thống vẫn làm việc bình thường, điều này tạo ra một

xác xuất an toàn rất lớn Chính do đó mà RAID 6 thường chỉ được sử dụng trong các máy chủ chứa dữ liệu cực kỳ quan trọng

Hình 8: Hình ảnh mô phỏng RAID 6.

Chương 4: Ứng dụng của RAID trong kiến trúc máy tính:

Hệ thống máy chủ và dịch vụ trực tuyến: RAID 1 và RAID 10 thường được

sử dụng để đảm bảo khả năng dự phòng và tốc độ truy cập cao cho các dịch vụ web, email, và cơ sở dữ liệu

Trung tâm dữ liệu và lưu trữ lớn: RAID 5, RAID 6 và RAID 50 thường được

sử dụng để lưu trữ dữ liệu lớn, cung cấp hiệu suất và dự phòng

Máy tính cá nhân và trò chơi: RAID 0 thường được sử dụng để tăng hiệu suất trong máy tính cá nhân và máy chơi game

Thiết kế đồ họa và biên tập video: RAID 0 hoặc RAID 10 có thể cải thiện hiệu suất trong việc xử lý tệp hình ảnh và video lớn

Máy chủ lưu trữ gia đình: RAID 1 hoặc RAID 5 có thể được sử dụng để bảo vệ dữ liệu gia đình khỏi mất mát

RAID có thể tùy chỉnh theo nhu cầu cụ thể của hệ thống và là một phần quan trọng của kiến trúc máy tính cho việc quản lý và bảo vệ dữ liệu

Chương 5: Ưu điểm và nhược điểm.

1 Ưu điểm của RAID

Tăng độ tin cậy của dữ liệu: RAID cung cấp tính dự phòng , nghĩa là nếu một đĩa bị lỗi, dữ liệu có thể được phục hồi từ các đĩa còn lại trong mảng Điều này làm cho RAID trở thành giải pháp lưu trữ đáng tin cậy cho dữ liệu quan trọng

Cải thiện hiệu suất: RAID có thể cải thiện hiệu suất bằng cách trải rộng dữ liệu trên nhiều đĩa Điều này cho phép nhiều thao tác đọc/ghi cùng xảy ra, điều này có thể tăng tốc độ truy cập dữ liệu

Khả năng mở rộng: RAID có thể được mở rộng bằng cách thêm nhiều đĩa vào mảng Điều này có nghĩa là dung lượng lưu trữ có thể tăng lên mà không cần phải thay thế toàn bộ hệ thống lưu trữ

Tiết kiệm chi phí: Một số cấu hình RAID, chẳng hạn như RAID 0, có thể được triển khai bằng phần cứng giá rẻ Điều này làm cho RAID trở thành giải pháp tiết kiệm chi phí cho các doanh nghiệp nhỏ hoặc người dùng gia đình

2 Nhược điểm của RAID

Chi phí: Một số cấu hình RAID, chẳng hạn như RAID 5 hoặc RAID 6, có thể tốn kém khi triển khai Điều này là do chúng yêu cầu phần cứng hoặc phần mềm bổ sung để cung cấp khả năng dự phòng

Hạn chế về hiệu suất: Một số cấu hình RAID, chẳng hạn như RAID 1 hoặc RAID 5, có thể có những hạn chế về hiệu suất Ví dụ: RAID 1 chỉ có thể đọc dữ liệu nhanh bằng một ổ đĩa đơn, trong khi RAID 5 có thể có tốc độ ghi chậm hơn do yêu cầu tính toán chẵn lẻ

Độ phức tạp: Việc thiết lập và bảo trì RAID có thể phức tạp Điều này đặc biệt đúng đối với các cấu hình nâng cao hơn, chẳng hạn như RAID 5 hoặc RAID 6

Tăng nguy cơ mất dữ liệu: Mặc dù RAID cung cấp khả năng dự phòng nhưng nó không thể thay thế cho các bản sao lưu thích hợp Nếu nhiều ổ đĩa bị lỗi đồng thời, việc mất dữ liệu vẫn có thể xảy ra

KẾT LUẬN

1 Qua đề tài này, chúng em xin đưa ra kết quả thu được như sau

• Bản thân tích lũy được kinh nghiệm trong việc phân tích, nghiên cứu kiến trúc máy tính.

• Học hỏi thêm được nhiều kiến thức mới.

• Cho phép thực hiện được các chức năng sửa, xóa thông tin cá nhân, đặt hàng, tìm kiếm, thanh toán.

2 Về hạn chế

• Còn nhiều phần chưa hiểu sâu được về kiến thức.

3.

Link bài làm: