ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN Bài báo cáo mơn: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: Nghiên cứu nguyên lý sáng tạo TRIZ ứng dụng công nghệ lưu trữ RAID GVHD: GS TSKH Hoàng Văn Kiếm Học viên thực hiện: Võ Tấn Lực MSHV: CH1301098 TP Hồ Chí Minh, tháng 05/2014 TĨM LƯỢC o Trong thời đại công nghệ thông tin nay, tất lĩnh vực sống đề dựa vào kỹ thuật máy tính nhu cầu an tồn liệu trở thành vấn đề tối quan trọng tất cá nhân, tổ chức, doanh nghiệp phủ Thật khó mà tưởng tượng mà hệ thống máy tính lưu trữ hàng loạt liệu bị cố, liệu mang tính sống cịn biến Nhằm giảm thiểu rủi ro cố liệu, nhà khoa học giới phát triển nhiều công nghệ để lưu, tăng khả chịu lỗi hiệu hệ thống đĩa cứng lưu trữ liệu, cơng nghệ RAID (nhóm chữ đầu từ tiếng Anh sau: Redundant Arrays of Independent Disks) ứng dụng rộng rãi hệ thống máy chủ Trong phạm vi tiểu luận này, tơi trình bày việc ứng dụng ngun lý sáng tạo TRIZ việc phát triển công nghệ lưu trữ, từ viêc lưu trữ đĩa cứng đơn sang sử dụng công nghệ RAID Qua xin gởi lời cám ơn tới GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm giúp tơi có kiến thức tảng khoa học, phương pháp nghiên cứu khoa học tin học Từ giúp tơi có cở sở vững để phục vụ cho việc nghiên cứu sau Trang Nội dung Chương I Giới thiệu 40 nguyên lý sáng tạo TRIZ Chương II Giới thiệu công nghệ RAID (Redundant Array Of Independent Disks) hệ thống lưu trữ cấp độ RAID .14 Chương III Nghiên cứu nguyên lý sáng tạo TRIZ áp dụng phát triển công nghệ RAID 20 Chương IV Một số ý tưởng cá nhân để cải tiến công nghệ RAID 23 Tài liệu tham khảo .24 Trang Chương I Giới thiệu 40 nguyên lý sáng tạo TRIZ TRIZ công cụ giải vấn đề, phân tích dự báo có nguồn gốc từ việc nghiên cứu mơ hình sáng chế tài liệu sáng chế tồn cầu Nó phát triển nhà phát minh tác giả khoa học viễn tưởng Liên Xô Genrich Altshuller đồng nghiệp vào năm 1946 TRIZ trình bày cách tiếp cận có hệ thống để phân tích loại vấn đề khó khăn mà phương pháp sáng tạo cần thiết đồng thời TRIZ cung cấp chiến lược công cụ cho việc tìm kiếm giải pháp sáng tạo Sau khảo sát số nguyên lý sáng tạo TRIZ ví dụ áp dụng: 1.1 Nguyên tắc phân nhỏ - Đây nguyên tắc nhắc đến 40 nguyên tắc sáng tạo khoa học Ta dễ dàng hình dung “Mọi việc trở nên dễ dàng chia nhỏ làm” Thực tế qua câu truyện dân gian việc bẽ bó đũa ông bà ta thường dạy, hiển nhiên dễ dàng hiểu nguyên tắc Nội dung bao hàm qua ý sau: a/ Chia đối tượng thành phần độc lập b/ Làm đối tượng trở nên tháo lắp c/ Tăng mức độ phân nhỏ đối tượng Ứng dụng: Trang - Một ứng dụng dễ thấy nguyên tắc đời sống việc phân chia quản lý nhân Giả sử tập thể trường học, hiệu trưởng người có quyền hành tối ưu quản lý nhân khác trường học Nhưng người khơng thể quản lý hết hàng ngàn người, có phân chia phận nhỏ hơn, đứng đầu phận quản lý người khác phận mình, lại phân phận nhỏ nữa… Chúng ta dễ dàng hình dung trình hệ thống khoa, trưởng khoa quản lý khoa mình, khoa có ngành ngành lại có lớp mà lớp có giáo viên chủ nhiệm, lớp lại phân lớp trưởng lớp phó điều hành hoạt động lớp, lớp phân tổ mà tổ trưởng người đứng đầu tổ để quản lý thành viên tổ Với cách phân chia tổ chức lớn thành thành phần nhỏ người trường học quản lý cách hiệu Cơ cấu tổ chức áp dụng có nét tương tự việc quản lý nhân công ty hay việc quản lý quân nhân quân đội… - Trong xây dựng, nguyên tắc phổ biến Giả sử muốn lắp sàn nhà gỗ, ta khơng thể làm sàn gỗ có diện tích rộng sàn nhà mà ta muốn lắp được, mà ta làm nhiều miếng sàn gỗ nhỏ để đem vào lắp lại với nhau, công việc trở nên đơn giản nhiều - Trong tin học, có ứng dụng internet tiếng hữu dụng sử dụng rộng rãi phổ biến khắp giới, giao thức chia sẻ liệu Torrent Để hiểu rõ giao thức ứng dụng nguyên tắc chia nhỏ nó, ta xét qua ví dụ đơn giản Giả sử bạn có file dung lượng 1GB 300 người Trang cần, cần nhiều thời gian để chia sẻ 300GB liệu theo hình thức người xong tới lượt người Nhưng bạn chia file thành mảnh nhỏ gửi cho người họ lại chia sẻ mảnh cho người khác ai có file hồn chỉnh nhanh nhiều Cách thức chia sẻ kiểu tương tự việc photo sách Nếu người người mượn sách photo đến lượt người khác mượn thời gian Nhưng người photo vài trang sách giao lại cho người khác công việc tiến hành đồng thời nhanh nhiều so với cách làm người làm lúc chia sẻ với - Và chỉ ứng dụng điển hình nhiều ứng dụng hữu ích nguyên tắc phân nhỏ 1.2 Nguyên tắc tách khỏi - Tách khỏi có nghĩa tách phần gây phiền phức khỏi tổng thể tốt tách phần hữu ích khỏi tổng thể không tốt Cách làm nguyên tắc thiết thực, ta chỉ cần thao tác với ta muốn làm, thứ khơng cần thiết tách để trành phiền phức làm giảm thiểu chi phí thực Ứng dụng: - Hiện hữu thực tế đời sống hàng ngày qua việc vệ sinh nhà cửa Giả sử ta muốn lau tủ, ta lấy vật dụng tủ ngoài, chỉ cịn lại tủ việc lau tủ thực hiện, thứ không cần thiết Trang việc lau tủ thành phần chứa tủ lấy (tách khỏi) khỏi vật thể - Khi muốn xử phạt cá nhân tập thể, ta không đem tập thể phạt chung mà chỉ đem cá nhân không tốt làm việc riêng, không ảnh hưởng đến tập thể - Khi nhóm người bị bệnh dịch đấy, cách ly để tránh lây lan ảnh hưởng đến người lại - Trong tin học, việc quét virus dựa virus Khi phát có virus hay yếu tốt gây hại khác cho máy tính thành phần tách xử lý riêng để tránh làm ảnh hướng đến chương trình khác máy tính 1.3 Ngun tắc kết hợp - Mọi việc cần đến kết hợp để dẫn đến hoàn chỉnh, nguyên lý mà hiểu Trong nguyên tắc kết hợp, Altshuller phát biểu sau: a) Kết hợp đối tượng đồng đối tượng dùng cho hoạt động kế cận b) kế cận Kết hợp mặt thời gian hoạt động đồng Trang - Kế cận có ý có quan hệ với mặt yếu tố Đối tượng tạo nên kết hợp, thường có tính chất, khả mà đối tượng riêng rẽ chưa có Điều có nguyên nhân sâu xa lượng đổi chất đổi tạo thống mặt đối lập - Về ứng dụng nguyên tắc bao la mà kể, thiết thực lúc nơi, tình mà ta quan sát từ sống quanh ta Ứng dụng: - Đơn giản ta nhắc đến lĩnh vực ẩm thực, ăn uống hàng ngày Một ăn ngon chế biến thơng qua kết hợp nhiều loại gia vị khác nhau, chỉ đơn loại khơng tạo mùi vị hấp dẫn người dùng Hoặc có ăn phải ăn kèm với số loại rau như: trứng vịt lộn ăn rau răm, lẩu ăn rau cần ô, cải xanh… - Theo quan niệm nhân sinh vạn vật Trung Hoa, vật đời cấu kết qua lại yếu tố kim, mộc, thủy, hỏa, thổ - Trong sản xuất, người ta thường phải kết hợp nhiều công đoạn với thành phẩm hồn chỉnh, khơng có cơng đoạn riêng lẻ lại tạo sản phẩm tốt - Trong tin học, lĩnh vực quảng cáo, để có đoạn phim quảng cáo public trải qua nhiều công đoạn từ việc quay Trang phim, chỉnh sửa, thành ấn phẩm… mà người đồ họa kết hợp nhiều thao tác chuyên môn để tạo nội dung mong muốn - Tóm lại, kết hơp cần thiết công việc 1.4 Nguyên tắc “chứa trong” - Một đối tượng đặt bên đối tượng khác thân lại chứa đối tượng thứ ba … - Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên đối tượng khác - Ở ta không chỉ hiểu chứa theo nghĩa vật thể không gian, tức vật nằm vật mà ta cần phải hiểu việc bao gồm việc kia, khái niệm có khái niệm kia… - Nguyên tắc chứa làm gọn nhiều điều tăng độ an toàn tiết kiệm nhiều điều khác Ứng dụng: - Đơn giản xem qua mục lục sách, ta dễ dàng tìm trang sách ta muốn tìm thơng qua chương nào, nào, dòng thứ mấy… - Trong vận tải, nguyên tắc vận dụng tối đa Hàng hóa gom gọn lại đóng gói khác bịch, hộp, kiện hàng lại đưa vào thùng lớn, thùng chuyển lên phương tiện vận tải Như hàng hóa Trang 14 - Hàng loạt tiệm photocopy mọc lên điển hình cho nguyên tắc này, nhanh gọn rẽ - Sao chép liệu tính ln ln có máy tính - Các phần mềm giả lặp vật tượng thể gần chép xác trình hình thành phát triển điều ta cần nghiên cứu qua tính tốn logic khoa học nghiên cứu Từ đó, giúp ích cho người nhiều việc nghiên cứu hình thành phát triển vật tượng vũ trụ từ khứ, tương lai 1.10 Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt” - Thay đối tượng đắt tiền đối tượng rẻ có chất lượng - Khái niệm “rẻ” “đắt” không chỉ bao hàm mặt giá trị nó, mà ta cịn cần hiểu xa chất lượng, công sức bỏ thời gian thực Ứng dụng: - Trong sinh hoạt thương ngày, người dân có mức thu nhập bình quân thường mua sản phẩm rẻ tiền sử dụng có thời hạn thấp hơn, hợp kinh tế thân, thay mua sản phẩm đắt tiền Do mà vô số sản phẩm chất lượng không cao gia rẻ bày bán khắp nơi lượng người tiêu dùng chiếm phần đông xã hội - Các công ty tung nhiều sản phẩm đa dạng với mức giả phong phú để tăng khả tiêu thụ Trang 15 - Nắm xu mà nhà sản xuất phần mềm ln tích hợp nhiều phiên từ rẻ cao giá với mong muốn bao quát thị trường tăng doanh số tiêu thụ Trang 16 Chương II Giới thiệu công nghệ RAID (Redundant Array Of Independent Disks) hệ thống lưu trữ cấp độ RAID - RAID (nhóm chữ đầu từ tiếng Anh sau: Redundant Arrays of Independent Disks) hình thức ghép nhiều ổ cứng vật lý thành hệ ổ cứng có chức gia tăng tốc độ đọc/ ghi liệu nhằm tăng thêm khả chịu lỗi liệu chứa hệ thống đĩa kết hợp hai yếu tố - Lần RAID phát triển năm 1987 trường Đại học California Berkeley với đặc điểm chỉ ghép phần đĩa cứng nhỏ thông qua phần mềm để tạo hệ thống đĩa dung lượng lớn thay cho ổ cứng dung lượng lớn giá đắt thời - Các mục tiêu để phát triển RAID: o Từ năm 1965, Gordon Moore (đồng sáng lập công ty Intel) quan sát nhận thấy số transistor mạch tích hợp tăng gấp đơi sau năm, G Moore đưa dự đoán: Tốc độ xử lý máy tính tăng lên gấp đơi sau 18 tháng với giá thành Tuy nhiên tốc độ phát triển đĩa cứng lưu trữ theo kịp với tốc độ xử lý máy tính o Dữ liệu cần thời gian trung bình lần thiết bị hư hỏng (MTBF: Mean Time Between Failures) cao thành phần khác máy tính việc sẵn sàng hệ thống phải đặt lên cao o Việc khôi phục liệu đĩa cứng bị hỏng xảy nhanh tăng khả chịu lỗi Trang 17 o Giảm chi phí đầu tư đĩa cứng dung lượng lớn việc ghép nối đĩa cứng dung lượng nhỏ - Hội đồng tư vấn phát triển RAID (RAID Advisory Board: Viết tắt RAB) thành lập tháng năm 1992 để định hướng, lập tiêu chuẩn, định dạng cho RAID - RAB phân loại cấp độ RAID từ cấp độ đến cấp độ Cấp độ không hiểu cấp độ cao cao cấp "đời sau", mà chúng chỉ phân biệt loại RAID loại RAID khác, (nhưng lại sử dụng để giải thích loại với nhau) Mặc dù chuẩn hóa từ khoảng thời gian năm 1992 công nghệ RAID sử dụng rộng rãi hệ thống máy chủ máy tính cá nhân giới - Ngoài loại cấp độ tiêu chuẩn RAB phân loại hãng cơng nghệ cịn phát triển cấp độ không tiêu chuẩn khác RAID 1E, RAID-Z, Linux MD RAID 10, Intel Matrix RAID,… Trong phạm vi tiểu luận chỉ khảo sát loại RAID chuẩn RAB định nghĩa 2.1 RAID - RAID cấp độ bản: Các liệu cần chứa hệ thống RAID phân tách thành nhiều phần để chứa tối thiểu hai đĩa cứng khác Khi phần liệu bị lỗi tồn liệu sử dụng Tuy nhiên hiệu suất truy xuất đĩa cứng cao nhiều so với việc sử dụng đĩa cứng RAID yêu cầu tối thiểu đĩa cứng hoạt động song song với ... thống lưu trữ cấp độ RAID .14 Chương III Nghiên cứu nguyên lý sáng tạo TRIZ áp dụng phát triển công nghệ RAID 20 Chương IV Một số ý tưởng cá nhân để cải tiến công nghệ RAID 23... pháp nghiên cứu khoa học tin học Từ giúp tơi có cở sở vững để phục vụ cho việc nghiên cứu sau Trang Nội dung Chương I Giới thiệu 40 nguyên lý sáng tạo TRIZ Chương II Giới thiệu công nghệ RAID. .. tạo TRIZ việc phát triển công nghệ lưu trữ, từ viêc lưu trữ đĩa cứng đơn sang sử dụng công nghệ RAID Qua tơi xin gởi lời cám ơn tới GS.TSKH Hồng Văn Kiếm giúp tơi có kiến thức tảng khoa học, phương