軟體設計師23-儲存器系統02

RAID

• 1 全稱：獨立磁碟冗餘陣列
• 2 組成：多個便宜磁碟組合起來
• 3 應用技術：分塊技術 交叉技術 重聚技術
• 4 RAID分級

RAID0級

• 無冗餘和無校驗的資料分塊，不易恢復
• 連續資料分散到多個磁碟放上存取
• 並行讀取，效率高，100%磁碟利用率
• 適合：對效能要求好，對安全性要求低的領域

RAID1級

• 磁碟映象陣列
• 每個工作盤都存在對應的影響盤（副本）
• 特點：可恢復性好，利用率低50%
• 適合：系統軟體 資料 非常重要的檔案

RAID2級

• 採用海明碼的磁碟序列
• 增加校驗盤，位於磁碟驅動器組的第1個，第2個，第4個…，用於校驗和糾錯，其餘存放資料，因此RAID2至少3個磁碟驅動器

RAID3級

• 採用奇偶校驗碼的並行傳送
• 資料分成多個塊，按奇偶校驗法分散存放在n+1個硬碟
• 適用：任一盤出問題，可由其他盤恢復，使用對安全性要求高的如視訊編輯 硬碟播放器 大型資料庫

RAID4級

• 帶奇偶校驗的獨立磁碟結構，單位為資料塊

RAID5級

• 無獨立校驗盤的奇偶校驗碼磁碟陣列
• 校驗資訊和資料存放在不同磁碟
• 磁碟利用率（N-1）/N
• 適用：相互獨立操作，請求可以並行處理，使用I/O請求率高的，不適用傳輸率高的

RAID6級

• 具有獨立的收據硬碟與兩個獨立的分散式校驗方案
• 每個資料塊兩個校驗保護

RAID10級

• 把RAID1和RAID2結合，即磁碟分段和映象結合，至少四個盤，兩個盤用來分佈放置，另兩個做映象

Cache

• 1 全稱：高速緩衝儲存器
• 2 組成： SRAM（靜態儲存晶片）組成
• 3 特點：容量小，速度快（與CPU接近），價格貴
• 4 存放：CPU頻繁訪問的資料
• 5 位於：主存與CPU之間的一級儲存器
• 6 Cache命中
  概念：可以從Cache中得到相應資料

提高命中率
1） 時間區域性性（預測未來還會訪問）
2）空間區域性性（訪問某條指令，未來也會訪問其他指令）
3）失效率=1-命中率h
4）系統平均訪問時間t3=h x t1（Cache訪問週期時間）+(1-h) x t2（主存訪問時間）

• 7 Cache地址對映
  原理：分配給Cache的地址存放在一個相連儲存器，CPU發生訪存請求,CAM判定該訪問資料是否在Cache中

1）直接對映
Cache 一對多 主存
Cache行號i 和主存塊號j關係：i=j%m（m為Cache總行數）
2）全相聯對映

    記憶體中的任一塊對映到Cache任一行（主存塊容量=Cache行容量），需要標記

缺點：速度慢
3）組相連對映
先分塊再分組，組間直接映像，組內各塊全相聯映像
主存地址=區號+組號+塊號+塊內地址號

• 8 Cache淘汰演算法
  隨機淘汰、先進先出淘汰FIFO、最近最少使用淘汰演算法LRU

平均命中率最高的是LRU演算法

• 9 Cache儲存的寫操作
  資料與主存一致，保持一致方法：

1）寫直達，Cache寫命中，同時修改主存
2）寫回，CPU對Cache寫命中，被淘汰時寫會記憶體
3）標記法，資料進入Cache置1，只寫入主存為0，根據標記獲取

資料安全與保密

1 加密體系

1）對稱密碼體制

1 又稱 祕密金鑰體制、私鑰密碼體制
2 原理：相同/可從其中一個推匯出另一個
3 特點：加密速度快，用於大批量的加密
4 缺點：需管理的密碼多，一對一
5 常用演算法：
     DES：輸入/輸出：64位、金鑰56位，奇偶校驗位8位；攻擊方法：窮舉
     3DES：使用112位金鑰進行三次加密
     IDEA：明文和密文64位，金鑰長度128位

2）非對稱密碼體制

1 又稱：公鑰演算法
2 原理：加密金鑰和解密金鑰不同
3 適用：開放性使用環境，可一對多使用，可實現數字簽名和驗證
3 常見：RSA，理論基礎是資料中的大素數分解困難

對稱金鑰加密資料，非對稱金鑰加密密碼（金鑰分發、數字簽名）
2 身份認證技術與數字簽名
1 數字簽名
1）概念：（私鑰）產生只有資訊傳送者才能產生的別人無法偽造的一段數字串，（公鑰）驗證
2）作用：對資訊的傳送者傳送資訊真實性的有效證明
3）實現：使用公鑰加密技術
4）常用簽名演算法：Hash簽名、DSS簽名、RSA簽名

一致證明：是傳送者傳送（公鑰可解密）的且未被破壞（原文一個字元不同摘要就不一致）
3 數字證書
1）數字證書籤發機構：CA（可信任），PKI的核心
2）負責：簽發證書、管理一般發證書的機關
3）步驟：要制定政策和具體步驟來驗證、識別使用者身份，並對使用者進行簽名，以確保證書持有者身份和公鑰的擁有權
4 電子商務的安全
1）SSL

• 概念：安全套接層協議（埠：443），及其繼任者TLS（傳輸層安全協議）：在傳輸層對網路連線進行加密
  組成：
• SSL記錄協議：建立在傳輸協議之上（如TCP），為高層協議提供資料封裝、壓縮、加密等基本功能的支援
• SSL握手協議：建立在SSL記錄協議之上，在實際資料傳輸之前，通訊雙方進行身份認證、協商加密演算法、交換加密金鑰
  2）SET

安全電子交易協易
用於：以銀行卡為基礎的線上交易
採用：公鑰密碼體制和X.509數字證書標準
3）HTTPS
安全套接字層上的超文字傳輸協議
工作在應用層
HTTP的安全版
4）PGP
基於RSA公鑰加密體系的郵件加密軟體
適用：檔案儲存的加密
承認證書：RGP證書和X.509證書
5 防火牆
位於內部網路和外部網路之間的網路安全系統，依據特定規則執行或限制傳輸的資料通過
1）網路級防火牆
又稱 過濾型防火牆，特殊功能的路由器，工作在傳輸層與網路層
狀態檢測防火牆
動態包過濾，檢查應用層狀態，更新過濾規則
2）應用級防火牆

1 又稱 應用閘道器型防火牆
2 類別
    雙穴主機閘道器 大規模
    遮蔽主機閘道器
    遮蔽子網
    應用代理伺服器 小規模
3 共同點：有一臺主機（堡壘主機）來負責通訊登記、資訊轉發、控制服務提供等服務

容錯技術

提高計算機可靠性：避錯技術（避免錯誤）、容錯技術（發錯時易恢復）
1 冗餘技術
實現容錯的主要技術：冗餘（多餘的部分）
1）結構冗餘

靜態冗餘 通過表決和比較來遮蔽系統中出現的錯誤
  三模冗餘：每條指令執行三次，三次結果一樣，才發出
  多模冗餘：類比上面
動態冗餘：備胎，一個工作模組出錯，備胎上，常應用於硬體
 熱備份：同時進行，出錯則交替
 冷備份：平時無關，出問題備份執行
混合冗餘：靜態 動態混合

2）資訊冗餘
新增冗餘資訊，確認資訊是否出錯
3）時間冗餘
附加一定時間，計算檢驗，出錯則覆蓋
用於：故障檢測、複查、故障遮蔽
4）冗餘附加技術
實現冗餘技術所需的資源和技術，包括：程式、指令、資料、存放和調動他們的空間和通道
故障恢復策略：前向恢復（前進），後向恢復（後退）
2 軟體容錯
1）恢復塊方法
動態的故障遮蔽技術，後向恢復策略
2）N版本程式設計
靜態的故障遮蔽技術，前向恢復，n份程式語言除邏輯外要完全不同
3）防衛式程式設計
包括錯誤檢測、破壞估計、錯誤恢復（撤銷錯誤狀態、恢復正確狀態）

系統的可靠性評價

可靠性計算
1 串聯絡統（類比燈泡串聯）
R1，R2，…，Rn表示子系統的可靠性
1）系統可靠性
R=R1 x R2 x …x Rn
2）系統失效率
λ=λ1+λ2+…+λn=1/MTBF(平均故障間隔時間)
2 並聯系統（類比燈泡並聯）
1）系統可靠性：R=1- (1-R1) x (1-R2) x …x (1-Rn)
2）系統失效率

3 模冗餘系統
m（2n+1）個子系統中，佔多數相同結果的輸出作為系統輸出的結果