Storage Technology--RAID--0619

1、-wangpeng RAIDRAID出现原因出现原因 RAIDRAID基本概念基本概念 RAID RAID级别和特点级别和特点 RAID RAID比较和选择比较和选择 RAID RAID硬盘失效处理硬盘失效处理 RAIDRAID CardCardAgenda 计算机发展初期，大容量硬盘价格非常高，而需要存储的数据量越来越大容量性能 CPU运算速度飞速提高，数据读写速度不应该成为计算机系统处理的瓶颈 信息时代，数据对企业和个人的重要性越来越大，数据存储安全更需要保障RAID可靠性RAID 0数据条带化，无校验RAID 1数据镜像，无校验RAID 2海明码错误校验及校正RAID 3数据条带化读写，

2、校验信息存放于专用硬盘RAID 4单次写数据采用单个硬盘，校验信息存放于专用硬盘RAID 5数据条带化，校验信息分布式存放RAID 6数据条带化，分布式校验并提供两级冗余RAID （Redundant Array of Independent Disks）即独立磁盘冗余阵列，RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘，从而提高了硬盘的读写性能和数据安全性。根据不同的组合方式可以分为不同的RAID级别。RAID 0+1先做RAID 0，后做RAID 1，同时提供数据条带化和镜像RAID 10类似于RAID 0+1，区别在于先做RAID 1，后做RAID 0RAID 50先做R

3、AID 5，后做RAID 0，具有更高的容错能力和更快的数据读取速率。同时采用两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别数据块条带硬盘0硬盘2硬盘1硬盘3异或运算P=A0 XOR A1数据A0和A1通过异或运算进行奇偶校验得到校验位PA0值A1值P值000101011110异或 XOR 的校验原理 A1A0P数据盘数据盘校验盘数据盘A1A0PA0A1PXOR故障数据盘校验盘A2A2XOR数据盘更换RAID组正常工作RAID组降级RAID组重建RAID组创建RAID组失效RAID级别和特点DHLCGKBFJ定义：RAID0即没有容错设计的条带硬盘阵列（Striped Disk Array

4、without Fault Tolerance），又称为条带（stripe),以条带形式将RAID组的数据均匀分布在各个硬盘中ABCDEFGH数据AEI优点极高的读写效率速度快，由于不存在校验，所以不占用CPU资源部署简单缺点无冗余（通常和其他RAID级别混合使用 ）不适合用于关键数据环境最小硬盘数2RAID 0小结：定义：RAID 1又称镜像（Mirror），数据同时一致写到主硬盘和镜像硬盘EDCBAEDCBAABCDE=数据优点提供了很高的数据安全性和可用性 100的数据冗余设计、使用简单不作校验计算，CPU占用资源少缺点空间利用率只有1/2相对于单个硬盘，无法提高写性能最小硬盘数2RAI

5、D 1小结：定义：RAID 3即带有校验的并行数据传输阵列（Paralleled transfer with parity），数据条带化分布在数据盘中，同时使用专用校验硬盘存放校验数据 D0C0B0A0D1C1A1B1D2C2A2B2P DP CP AP B异或运算数据盘校验盘A0A1A2B0B1B2C0优点数据分布式存储在连续的硬盘上，具有较高的读速率，适合大文件连续读操作的应用如果有一个硬盘损坏，数据的有效性没有影响缺点校验盘是整个硬盘阵列系统的瓶颈 有数据盘故障时，每次读操作时都需要进行校验计算，读性能大幅度下降最小硬盘数3RAID 3小结：定义：RAID 5与RAID 3机制类似，但校

6、验数据均匀分布在各数据硬盘上，RAID硬盘上同时保存数据和校验信息，数据块和对应的校验信息保存在不同硬盘上。RAID 5是最常用的RAID方式之一。P4A3A2A1A0B4P3B2B1B0C4C3P2C1C0D4D3D2P1D0E4E3E2E1P0异或运算A0B0C0D0A1B1C1E1A2B2D2校验信息Px分布式存储数据优点高读取速率，写速率一般提供一定程度的数据安全缺点RAID组里单块硬盘的故障，会导致其他硬盘读写性能大幅度下降 最小硬盘数3RAID 5小结：定义：RAID 6 是带有两个独立分布式奇偶校验方案的独立数据硬盘（Independent data disks with two

7、 independent distributed parity schemes），是为了进一步加强数据保护而设计的一种RAID方式，实际是一种扩展RAID5等级。与RAID 5的不同之处于除了每个硬盘上都有同级数据XOR校验区外，还有一个针对每个数据块的XOR校验区。A1A3A2A4A7A10A8A5A9A13A6A15A11A12A16异或运算A1A2A3A4A5A6A7A9横向校验盘中P1P4为各个数据盘中横向数据的校验信息例：P1=A1 XOR A2 XOR A3 XOR A4斜向校验盘中DP1DP4为各个数据盘及横向校验盘的斜向数据的校验信息例：DP1=A1 XOR A6 XOR A1

8、1 XOR A16P1P2P3P4横向校验盘斜向校验盘数据盘A8DP1DP2DP3DP4A14DP5优点可以同时允许两块硬盘失效缺点磁盘利用率比RAID5更低校验计算复杂，对控制器性能消耗很大，增加系统负载出现硬盘失效时，RAID重建时对系统性能影响更大，并且重建时间长最小硬盘数4RAID 6小结：定义：RAID 10是将镜像和条带进行两级组合的RAID级别，第一级是RAID1镜像对，第二级为RAID 0。RAID10也是一种应用比较广泛的RAID级别。 ABCDEFGHAACBBCDDEEFFGGHH优点高读取速率高写速率，较校验RAID而言，写开销最小至多可以容许N个硬盘同时损坏（2N个硬

9、盘组成的RAID10阵列）缺点只有1/2的硬盘利用率最小硬盘数4RAID 10小结：ABCDEFGH定义：RAID 0+1是将条带和镜像进行两级组合的RAID级别，第一级是RAID 0，第二级为RAID 1。一般来说，RAID 0+1的失效概率要比RAID 10大，不过无硬盘故障下，RAID 0+1的读取速度要比RAID 10快ABCDEFGHABCDEFGH优点 读写速度快 数据安全性高缺点失效率高存储成本高只有1/2的硬盘利用率最小硬盘数4RAID 0+1小结：RAID 组合级别 RAID 0+1P13F1定义：RAID 50是将RAID5和RAID 0进行两级组合的RAID级别，最低一级

10、是RAID 5，第二级为RAID 0A2P02A1A0B2B1P01B0P03C1C0P00异或运算A0B0D0E0A1C0D1F0B1C1D2P12D1D0E2E1P11E0F0P10硬盘0硬盘1硬盘2硬盘3硬盘4硬盘5异或运算优点比单个RAID 5容纳更多的硬盘比单个RAID 5有更好的读性能至多可以容许N个硬盘同时损坏（N个RAID5组成的RAID 50阵列）比相同容量的单个RAID5重建时间更短缺点比较难实现同一个RAID 5组内的两个硬盘损坏会导致整个RAID 50阵列的失效最小硬盘数6RAID 50小结：RAIDRAID级别级别RAID 0RAID 0RAID 1RAID 1RAI

11、D 3RAID 3RAID 5RAID 5RAID 6RAID 6RAID 10RAID 10RAID 0+1RAID 0+1别名别名条带条带镜像镜像专用奇偶位条带专用奇偶位条带分布奇偶位条带分布奇偶位条带两个独立分布式两个独立分布式奇偶校验条带奇偶校验条带镜像阵列条带镜像阵列条带条带阵列镜像条带阵列镜像容错性容错性无无有有有有有有有有有有有有冗余类型冗余类型无无复制复制奇偶校验奇偶校验奇偶校验奇偶校验奇偶校验奇偶校验复制复制复制复制热备盘选项热备盘选项无无有有有有有有有有有有有有读性能读性能高高低低高高高高高高一般一般高高随机写性能随机写性能高高低低最低最低低低低低一般一般一般一般连续写性能

12、连续写性能高高低低低低低低低低一般一般一般一般最小硬盘数最小硬盘数2 2块块2 2块块3 3块块3 3块块4 4块块4 4块块4 4块块可用容量可用容量N N * * 单块硬盘单块硬盘容量，容量，N N为为RAIDRAID组成员组成员数量数量(N /2) (N /2) * * 单块硬单块硬盘容量，盘容量， N N为为RAIDRAID组成员数组成员数量量(N -1) (N -1) * * 单块硬盘单块硬盘容量，容量， N N为为RAIDRAID组成员数量组成员数量(N -1) (N -1) * * 单块硬单块硬盘容量，盘容量， N N为为RAIDRAID组成员数量组成员数量(N /2) (N /

13、2) * * 单块硬单块硬盘容量，盘容量， N N为为RAIDRAID组成员数量组成员数量(N /2) (N /2) * * 单块硬单块硬盘容量，盘容量， N N为为RAIDRAID组成员数组成员数量量(N /2) (N /2) * * 单块单块硬盘容量，硬盘容量， N N为为RAIDRAID组成员组成员数量数量典型应用环典型应用环境境迅速读写，迅速读写，安全性要求安全性要求不高，如图不高，如图形工作站等形工作站等随机数据写入，随机数据写入，安全性要求高，安全性要求高，如服务器、数据如服务器、数据库存储领域库存储领域连续数据传输，连续数据传输，安全性要求高，安全性要求高，如视频编辑、大如视频编

14、辑、大型数据库等型数据库等随机数据传输，随机数据传输，安全性要求高，安全性要求高，如金融、数据库、如金融、数据库、存储等存储等较差的性能和复较差的性能和复杂的实作方式使杂的实作方式使得得RAID 6RAID 6很少得很少得到实际应用到实际应用。数据量大，安全数据量大，安全性要求高，如银性要求高，如银行、金融等领域行、金融等领域高性能和高安高性能和高安全性，如视频全性，如视频服务器服务器性能可靠性成本RAID0RAID6RAID5RAID10RAID1F 热备：HotSpareF 定义：当冗余的RAID组中某个硬盘失效时，在不干扰当前RAID系统的正常使用的情况下，用RAID系统中另外一个正常的

15、备用硬盘自动顶替失效硬盘，及时保证RAID系统的冗余性F 全局热备Globe HotSpare:备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享F 特定热备Local HotSpare：备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用F 热插拔：HotSwapF 定义：在不影响系统正常运转的情况下，用正常的硬盘物理替换RAID系统中失效硬盘F 关键在于热插拔时电子器件的保护机制该热备盘由系统中两个RAID组共享，可自动顶替任何一个RAID中的一个失效硬盘磁盘1磁盘2磁盘3热备盘磁盘4磁盘5磁盘6RAID 5RAID 5磁盘阵列该热备盘由系统中指定RAID组专用，可自动顶替该指定RAID组中的一个失效硬盘磁盘1

16、磁盘2磁盘3磁盘4磁盘5磁盘6RAID 5RAID 5磁盘阵列热备盘热备盘RAID卡就是用来实现RAID功能的板卡，通常是由I/O处理器、硬盘控制器硬盘连接器和缓存等一系列零组件构成的。 不同的RAID卡支持的RAID功能不同。RAID卡可以让很多磁盘驱动器同时传输数据，而这些磁盘驱动器在逻辑上又是一个磁盘驱动器，所以使用RAID可以达到单个的磁盘驱动器几倍、几十倍甚至上百倍的速率。这也是RAID卡最初想要解决的问题。可以提供容错功能，这是RAID卡的第二个重要功能。 RAID Card普通Raid卡主要有以下几部分组成IO Processor： IO处理器，提供RAID数据校验计算、输入输出处理等功能。IOC:IO控制器：提供总线通道，用来连接硬盘、存储设备。主机总线接口：目前主流为PCI-E3.0，有PCI-E x8类型接口,总线速率8GT/sBattery Backup Unit：电池备份模块，提供意外掉电下的数据保护Cache Memory：缓存/内存，提供数据从IOP到硬盘之间的缓冲，提高整体性能Flash ROM：用来存放Firmware和BIOSNVRAM：用于保存R