第三章 大型主机硬件系统与逻辑分区

1、第三章 大型主机硬件系统与逻辑分区 3.1 主机系统设计图 3-1是一个 S/360的概念示意图。 该图可以帮助我们了解一些有关大型机硬件系统方 面的术语。 图 3-1 S/360的概念图中央处理器盒(Central Processor Box包含处理器、内存、控制电路和通道接口。通 道 (Channel 可以在I/O设备和内存之间提供一个独立数据和控制的路径。 早期的系统最多 可以有16个通道,目前的z系列大型主机最多可以支持1000多个通道。通道是连接在控制单元(Control Unit/CU上的,而控制单元具有一定的逻辑功能来 控制特定类型的I/O设备。比如,打印机的控制单元和磁带机的控

2、制单元相比起来,其内部 电路和逻辑会有很大不同。 某些控制单元可以与多个通道相连接, 从而为控制单元和其设备 提供多条路径。控制单元可以与磁盘驱动器、 磁带驱动器、 通信接口等设备相连接, 控制单元和其对应 设备之间的电路和逻辑并没有绝对的界线, 但是把大部分的电路放到控制单元里面会更经济 一些。图 3-1中的通道是并行通道, 并行通道最多可以连接 8个控制单元, 而大部分的控制单 元可以连接多个设备,连接的最大数量将取决于特定的控制单元,但是一般来说是 16个。每一个通道、 控制单元和设备都有一个十六进制的地址。 如图3-1所示, 用 X 标志的磁盘 驱动器的地址为132。该地址每一位的含义

3、如图3-2所示。图 3-2 设备地址根据设备地址的定义,图3-1所示的磁盘驱动器 Y 的地址可以是171、571或者671,因为 它连接在3个通道上,按照约定,设备地址将使用最低的地址171,但是操作系统可以使用上 述的3个地址来访问磁盘驱动器Y。 设备的多条通路可以提高其性能和可用性。 当一个应用程 序想通过地址171访问磁盘时,操作系统会首先尝试通道1,如果通道1繁忙或不可用,它将 尝试通道5或6。图3-1中还有另一个带有两个通道的S/360系统(图中的“其他系统”,它的两个通道 都连接到第一个系统的控制单元上, 在大型机的配置中这种设备共享是很常见的。 磁带驱动 器 Z 在第一个系统中的

4、地址是A31,而在第二个系统中的地址是331。设备的共享,特别是磁 盘驱动器的共享, 并不是一个简单的问题, 操作系统使用了很多硬件或软件技术来解决这些 问题。正如上面提到的,当前的大型机与图3-1中所示的有所不同:¾最新的大型机上不能使用并行通道,而且它们在旧型号的大型机上也逐渐被替代。 ¾并行通道已经被ESCON(企业系统连接和FICON(光纤连接通道所取代,这些通 道只能连接在一个控制单元上, 更确切的说这些通道都使用光纤, 并连接在一个导 向器(director或交换机(switch上。¾目前的大型机有16个以上的通道,并用两位十六进制数来作为地址的通道部

5、分。 ¾在新的系统中,通道通常被认为是 CHPID(通道路径标识符或者 PCHIDs(物理通 道标识符,所有的通道都被集成到了主处理器盒里面。目前CEC的设计比早期的S/360要复杂得多,其主要体现如下几个方面:¾I/O连接和配置¾I/O操作¾系统分区1. I/O连接图 3-3说明了目前系统的架构。分区、ESCON 通道和 FICON 通道将在后面详细说明。现 代系统中可能有 100-200个通道或者 CHPIDs。下面介绍一些关键概念:¾ESCON和FICON通道仅连接一个设备或者一个交换机上的一个端口。¾大部分的现代大型机在通道和

6、控制单元间使用了交换机,交换机可以连接到多个系 统上,共享所有系统中的控制单元和I/O设备。¾CHPID地址用两位十六进制数表示。¾有时,多个分区可以共享CHPIDs,能否这样做取决于CHPID所连接的控制单元的状 态。总的来说,用于磁盘的CHPID是可以共享。¾在分区的操作系统和CHPID之间存在着一个I/O子系统层。 图 3-3 目前系统的架构ESCON导向器和FICON交换机都是支持多连接高速数据传送的设备, 举例来说, 一个较大 的导向器可以有200个连接,所有这些连接都可以同时传送数据。导向器和交换机必须随时 监控哪个CHPID对哪个I/O操作进行了初始

7、化, 以便能够返回数据和状态信息。 可以使用一个 控制单元来处理从多个系统中附属在多个分区上的多通道发出的多个I/O请求。I/O控制层使用一个叫做IOCDS(I/O控制数据集,I/O Control Data Set的控制文件, 来将由CHPID号、 交换机端口号、 控制单元地址和单元地址构成的物理I/O地址转换成操作系 统软件访问设备所使用的设备号,它在系统加电时被加载到硬件存储区(Hardware Save Area,HAS,并可被动态修改。设备号相当于我们前面所提到的早期S/360架构中的地址, 但它可以包含3个或4个十六进制数。 虽然设备编号是x0000到xFFFF间的任意数字, 但是

8、很多 用户还是把它叫做地址。最新的z系列主机在真正的I/O元件和操作系统软件之间有两个I/O地址转换层,第二个转换层是为了能够更容易升级到新系统。现代控制单元, 特别是磁盘的控制单元, 经常有多个通道或者交换机连接到其相关的设 备上,它们可以在同一时间在多个通道中传输多批数据。每个设备在每个MVS映射中都有一 个对应的单元控制块(UCB。2. 系统控制和分区图 3-4从概念上说明了当前大型机的几个内部系统控制的功能。 内部控制器是微处理器, 但是它们的结构和指令集都比 z 系列处理器简单得多。 为了避免和 z 系列处理器混淆, 它们 通常被称为控制器。系统控制的功能之一就是可以把系统划分为若干

9、个逻辑分区(LPARs。长久以来,系 统的逻辑分区数被限制在 15个内, 而新的大型机可以有 30个或更多的逻辑分区。 内存容量、 I/O可用性和处理器能力的实际限制常常会使得逻辑分区的数量无法达到上限值。提供分区功能的硬件和固件称作PR/SM(Processor Resource/System Manager。PR/SM负责创建和运行逻辑分区。PR/SM和逻辑分区之间的差别经常被忽略。系统管理员为每个LPAR分配内存, 不同的LPAR之间不能共享内存。 可以给特定LPAR分配 处理器,或者让系统控制器用内部负载均衡算法来给所有LPAR分配处理器。也可以给特定 LPAR分配通道,或者根据每个通

10、道的设备的状态来使它在多个LPAR间进行共享。单处理器系统可以有多个LPAR。PR/SM能够给每个LPAR分配处理器,这就如同操作系统 给每个进程、线程或任务分配处理器时间一样。图 3-4 系统控制和分区部分的分区控制说明可以在IOCDS中找到,其他的部分则放在系统的profile文件中。 IOCDS和profile都存放在在SE(Support Element中,即系统中的一个IBM ThinkPad笔记 本。SE连接着一个或多个硬件管理控制终端(HMC,硬件管理控制终端都是一台PC机,它 可以控制多个不同的大型机,使用起来比SE要方便得多。操作员可以在 HMC 进行工作, 选择并加载 pr

11、ofile 文件和 IOCDS, 它们将创建 LPAR, 并 配置通道对应的设备号、 LPAR 分配、 多路径信息等, 这个过程就是上电复位 (power-on reset, POR 。 通过加载不同的 profile 和 IOCDS, 操作员能够完全改变 LPAR 的编号、 特性以及 I/O配置。 这样的操作对操作系统和应用程序有一定的破坏性, 所以在没有预先计划的情况下很 少会这样做。3. LPAR 的特性从某种意义上说, LPAR是独立于主机的, 每个LPAR都运行着各自的操作系统。 这些操作 系统可以是任何大型机操作系统,而并不一定是z/OS,多个LPAR间也允许共享I/O设备。 系统

12、管理员可以分配一个或多个处理器给一个LPAR专用。 同样, 管理员也可以让部分或 所有的LPAR共同使用所有处理器。这种情况下,系统控制功能(通常是微码和固件提供了 分配器来在所选的LPAR间共享处理器。 管理员可以指定每个LPAR能同时使用的最大处理器数 量,也可以为不同LPAR提供权重,例如,管理员可以指定LPAR1使用的处理器时间是LPAR2的2倍。每个LPAR的操作系统都有独立的初始装入程序IPLed,都有各自操作系统的备份,有各 自的操作控制台等,如果一个LPAR上的系统崩溃,并不会影响到其它LPAR。以图3-4为例,我们可以在LPAR1中运行生产环境的z/OS,在LPAR2中运行测

13、试环境的 z/OS,在LPAR3中运行Linux。如果我们整个系统有8G内存,我们可以为LPAR1分配4G,LPAR2和LPAR3各分配1G,并保留2G备用。两个LPAR上的z/OS操作系统控制台可以在完全不同的地 点。实际应用中, 3台各自运行z/OS的大型机和在一台大型机上的3个LPAR中运行z/OS并没有 区别。 图 3-5 大机系统组件图 3-5是一个简略的大型主机系统组件图。各部分说明如下:处理器组件(Processor components系统在物理上包括如下成分:¾主存储器¾一个或多个中央处理单元通常称为 CPU ,本书中我们把它称为中央处理器 (centra

14、l processor, CP¾操作员设备(服务成分,在上图中没有显示出来¾通道子系统¾I/O设备; I/O设备通过控制单元与通道子系统连接,通道子系统和控制单元之间 的连接称为通道路径(channel path系统辅助处理器(System assist processor, SAP系统辅助处理器(SAP 是与重要处理器(CP 完全相同的处理器,只是在微码上存 在着不同。不同的处理器模块有不同数量的 SAPs 。 SAP 执行微码来以提供 I/O子系统。对 于操作系统和应用程序而言, SAP 是透明的。 SAP 不会用到任何的常规系统内存。中央处理器联合(Cent

15、ral processor complex, CPCCEC 与 CPC 是相同的意思,都是指中央处理器联合处理器、通道和内存都被装配在 CEC 中。因此系统是由一个 CEC (CPC 和其连接的 I/O控制单元组成的。通道(Channels 通道是一个更简单的处理器,它专门用来与 I/O控制单元进行交互,从而执行一个 I/O操作即数据在内存和设备之间的转移。以前不需要通道是因为每次只有一个程序被加载到存储器中,因此,如果这一过程需 要进行 I/O操作,那么 CP 自己就可以与 I/O控制单元通讯来执行该操作。此时在内存中不 会执行其他的程序。然而,如果能够在同一时间内在内存中加载多个程序(多处

16、理 multiprocessing ,那么 使用 CP 来进行 I/O操作相对来说就十分低效了,而且 CP 是昂贵的硬件,此外还有其他一 些独立的程序需要处理,所以出于这些原因,就引入了通道的概念。通道路径(Channel paths通道路径可以分为并行通道路径和串行通道路径。 为了得到更好的连通性 (connectivity 和灵活性, 可以使用串行通道并通过一个动态交换机来连接控制单元, 这样可以为连接到交 换机上的实体(即通道和 I/O控制单元之间提供多个连接。Crypto为了提高加密速度,在 CP 中有加密加速器和加密协处理器。 IBM 的通用密码结构 (common cryptogr

17、aphic architecture, CCA定义了一系列的密码功能、外部接口、和密钥管 理规则,这些规则属于基于对称性算法的数据加密标准(DES 和基于不对称算法的公钥算 法(PKA 。ETRCEC 可以连接一个外部时间参考(external time reference, ETR来保证不同的 CEC 之 间的时间同步。可选的 ETR 卡提供了到 IBM 系统群计时器的接口,这个计时器是用来保证 在一个系统群环境中的系统之间的时间同步的。目前,从 PC 机到大型机的所有操作系统,都支持多处理器环境,但是集成多处理器的 程度有很大区别, 例如, 系统或 LPAR 中挂起的中断可以被系统或 LP

18、AR 中的任意一个处理 器接收。任一处理器都能初始化并管理系统或 LPAR 中的 I/O操作,使得通道和设备可用。 通道、 I/O设备、中断和内存是整个系统所共有,而不是哪个处理器独占的。这种多处理器的集成从表面上看好像很简单, 但是其实现却非常复杂。 使性能最优化是 非常重要的,处理器接收系统或 LPAR 中断的能力尤其重要。系统或 LPAR 中的每个处理器都有一块很小的唯一私有内存区,即 Prefix Storage Area (PSA ,它用于中断处理和错误处理。一个处理器可以通过专用程序访问另一个处理器的 PSA ,但这一般只用于错误恢复的情况。处理器可以使用特殊指令(SIGP , f

19、or Signal Processor 来中断其它处理器。同样,这也只用于错误恢复的情况。目前大型机使用的是IBM 3390 磁盘驱动器, 如图3-6所示, 是一个概念上的简单示意图。 关联的控制单元(3390通常有4个通道连接到一个或多个处理器上(可能会通过一个 交换机,3390单元一般有8个或更多的磁盘驱动器。 图 3-6 IBM3390磁盘的初始执行 IBM 2105 企业存储服务器是一种目前常用的大型主机磁盘存储器,如图3-7所示。图3-7 3390单元2105单元是一个非常复杂的设备, 它模拟大量的控制单元和3390磁盘驱动器, 它最大可 以支持11TB的磁盘空间和32个通道接口、1

20、6GB的高速缓存和284M非易失性(non-volatile 内存。主适配器是用来控制单元接口的,它最多可连接32个通道。虽然SSA串行接口可以快速冗余地访问磁盘,物理磁盘驱动器还是以SCSI类型来进行组 织的,其内部的排列有几种可能,最通用的方法是带有热备份的RAID5阵列。实际上,单元 中的每个元件都有备份。在2个处理器联合体中的4个高端RISC处理器提供了内部处理功能, 每个联合体都可以操纵整个系统, 在电源短时间失效时, 内部电池可以保护瞬时数据。 有一 个独立的控制台可以管理和配置该单元。2105提供了很多 3390不能提供的功能,包括快速拷贝(FlashCopy 、扩展远程拷贝 (

21、Extended Remote Copy 、并发拷贝(Concurrent Copy 、并行访问卷(Parallel Access V olumes 、 多应用(Multiple Allegiance 、大容量的高速缓冲存储器 (huge cache等。 带有控制单元的 3390磁盘驱动器与刚才讲到的 2105相比用到了一些不同的技术, 但是 它们的软件基本结构是大体相同的,这使得为 3390磁盘驱动器编写的应用软件和系统软件 可以使用更新的技术。使用新技术来实现 3390磁盘驱动器可以分为几个阶段, 2105是较新 的一个阶段。 在使用新技术来实现结构标准的同时, 还要维持软件的兼容性, 这

22、是大型机开 发的特点, 正如以前面多次提到的那样, 在长期的技术革新过程中维护软件的兼容性是大型 机的重要特点。3.2 系统处理单元 图 3-8 处理单元(CPs,IFLs,ICFs 和 SAPs处理单元(PUs 在 z 系列处理器中的处理单元的类型有如下几种:¾ 中央处理器(CPs ¾ IFL (Integrated Facility for Linux,¾ 内部耦合设备(ICF ¾ 系统辅助处理器(SAPs CPs中央处理器就是一个处理器单元 PU , 它有着做 z/Architecture和 ESA/390的指令集, 它 可以运行 z/Archit

23、ecture、 ESA/390、 Linux 、 TPF 操作系统和耦合设备控制编码。 z990处理 器只能以 LPAR 模式运行,因此,所有的 CPs 都只用于一个分区或在两个分区之间共享, 保留的 CsP 可以被定义给一个逻辑分区,从而允许不中断的映象升级(non-disruptive image upgrade 。一个结构中的所有 CPs 被分组到一个 CP 池中, z/Architecture或 ESA/390操作系统都可 以运行于 CP 池分配的 CPs 之上。IFLsIFL 为 Linux 的负载提供了额外的处理能力,通常, IFL 工作激活的处理单元(PU 被 看作是一个 IFL

24、 引擎。IFL 处理单元或引擎有如下一些特性:¾ 它可以用于一个或多个逻辑分区 LPARs 。¾ 它只能运行 Linux ,或在 z/VM 4版本之下的 Linux 。 CMS 也可以用于 z/VM之下的版本,原则就是 CMS 是用来管理 z/VM的,而 IFL 使用 z/VM的主要目的是管理 Linux 的客户。 然而大多数用于 z/VM的有许可证的软件产品都不能在 IFL 中运 行。¾ 一些 Pus 可以作为 IFL 的处理器。¾ IFL Pus可以以任何需要的方式在逻辑分区 LPARs 之间来为 Linux 使用,例如,也许有一个 IFL PU运行

25、着 3个 Linux 逻辑分区 LPARs ,或者你可以把一个 IFL PU分配给一个特定的 Linux 逻辑分区 LPAR ,然后让其他的 Linux 逻辑分区 LPARs共享另外一个 IFL PU。¾ 不能在同一个逻辑分区中同时使用标准 S/390 Pus和 IFL PUs。Linux 逻辑分区 LPARs 是标准的逻辑分区。ICFs内部耦合设备(ICF 为耦合设备控制编码在 CF 逻辑分区中的执行提供了额外的处理 能力, 由于有了 IFLs , 传统的 z/OS软件的负载并没有受额外的 ICF 处理能力的影响。 为 ICF 工作而激活的处理单元通常被看作是一个 ICF 引擎。从

26、功能上看, ICF 就是一个 PU 引擎,它需要进行配置之后在 CF 逻辑分区中来执行,特 定 PR/SM TM 的微码不包括定义好的、来自正在执行的 non-CFCC 编码的 ICFs ,这会导致软件 许可的负载超出 ICF PUs的能力。SAPs系统辅助处理器(SAP 也是一个处理单元(PU ,它运行通道子系统允许的内部编目 来控制 I/O操作,在 z990结构中所有的 SAPs 都是作为主 SAPs 来执行的。可以通过定制可选的 SAPs 、或分配一些 CPs 作为 SAPs 来向结构中增加额外的 SAPs , 在这里, 首选的是定制 SAPs , 因为它们不会招致软件负载。 反之, 如

27、果分配 CPs 作为 SAPs , 则会产生软件负担的问题。3.3 输入/输出系统 图 3-9 输入/输出系统概要图图 3-9给出了一个 I/O操作从应用程序请求到操作完成的简要流程。1. 用户程序通过发布一个 OPEN 宏来允许访问数据集,这个 OPEN 宏会通过一个 SVC 指令来调用 Open 程序, 随后, 请求输入或输出数据, 这就使用一个 I/O宏, 例如 GET 、 PUT 、 READ 、或 WRITE ,并指定一个目标 I/O设备。这些宏将会产生一个指令流,从而调用一个 访问方法,访问方法有如下一些功能:¾编写通道程序(用虚拟地址¾执行缓冲¾保证

28、同步¾执行 I/O恢复用户程序可以绕开访问方法,但是它必须考虑随后的许多 I/O操作的细节问题,例如设 备的物理特性。2. 访问方法有许多种,例如 VSAM 、 BSAM 和 BPAM ,它们每一个都为用户程序提供 了不同的功能, 选择一个访问方法就取决于程序计划如何去访问数据 (例如随机的、 或顺序 的 。3. 为了请求转移数据, 访问方法会用 EXCP 宏来给出关于一个 I/O驱动器程序 (通常是 EXCP 驱动器的操作信息,这个 EXCP 宏可以扩展成一个 SVC 0 指令。I/O驱动器能够把虚拟的通道程序翻译为真实的(一种通道子系统可以接受的格式 ,选 定包含 CCWs 和数

29、据缓冲的页面,保证卷的大小,并调用 I/O管理程序(IOS 。4. 如果对于请求的设备来说不存在挂起的 I/O操作,那么 IOS 将会向通道子系统发布 Start Subchannel(SSCH 指令,然后 CPU 继续处理其他工作(执行访问方法的任务可能被 置为等待状态 ,直到通道子系统用 I/O中断指出 I/O操作已经完成为止。如果设备忙,请 求就会在 UCB 控制块中排成队列。5. SAP会选择一个通道路径来开始 I/O操作,这个通道将执行通道程序来控制数据在设 备、控制单元和中央存储器之间的转移。6. 当 I/O操作完成之后, SAP 会通过向所有 I/O激活的 CPU 产生一个 I/

30、O中断来表示操 作完成。7. IOS通过决定来自通道子系统的 I/O操作的状态(成功或失败来处理中断, IOS 通 过发布 TSCH 指令来向内存中读取 IRB , IOS 会通过发布等待中的 I/O任务和访问分派器来 指出 I/O已完成。8. 在适当的时候,分派器会分发任务以返回访问方法的代码。9. 访问方法将控制权返回给用户程序,这样用户程序可以继续执行。3.4 辅助存储设备使用数据设备存储管理子系统 (DFSMS时需要直接访问存储设备 (DASD和磁带设备。 本节我们将对存储设备的类型和 RAID 技术做一个简要的介绍。DASD 有如下几种类型:¾传统的 DASD(例如 338

31、0和 3390¾RAMAC 虚拟阵列 (RVA¾企业存储服务器 (ESS传统 DASD¾3380 model J,E,K¾3390 model 1, 2, 3, 9基于 RAID 技术的 DASD¾RAMAC 阵列¾RAMAC 虚拟阵列 (RVA¾企业存储服务器 (ESS- Seascape 架构传统 DASD在传统 DASD 的时代,硬件设备是由诸如 3880和 3990之类的控制器组成的,这些控 制器可以对存储子系统进行操作,控制器通过并行(parallel 或 ESCON 通道连接到 S/390系统中。 一个控制器包含

32、着若干个具有磁盘驱动器的 3390模块组。有了这些模块之后,这 些磁盘驱动器对于每个设备就具有了不同的容量,在每个模块组中,不同的模块提供了 4个、 8个或 12个设备,所有这些具有 4个控制器的单元总共提供了 4条访问 3990存储控 制的路径。此时,你不能对给定 DASD 设备的特性进行修改。基于 RAID 技术的 DASD随着 1994年 RAMAC 阵列的引入, IBM 公司针对 S/390系统率先引入了基于 RAID 技 术的存储子系统。IBM 公司最近的一些 DASD 产品,例如 RAMACs , RVA ,和企业存储服务器 (ESS, 以及其他厂商提供的 DASD , 在规格参数

33、、 磁道容量和每个柱面上的磁道数量等方面仿真了 IBM 公司的 3380和 3390卷,这使得其他的所有部件都认为它们是在处理真正的 3380或 3390,这样做的好处是,它允许 DASD 厂商在不影响组件与 DASD 的交互方式的情况下, 对磁盘上的磁道和柱面等规格参数进行修改, 但是从操作系统的角度来看, 设备的类型一直 都是 3390。ESS 技术IBM 的企业存储服务器 (ESS是 IBM 最强大的磁盘存储服务器, 它是用 IBM 的 Seascape 架构来开发的, ESS 为电子商务服务器家族、以及非 IBM 家族的服务器 (例如,基于 intel 和基于 UNIX 提高了无可匹敌

34、的功能性。在所有的这些环境中, ESS 的特点是它对可以最 大限度地满足性能、容量、以及商业计算所要求的数据可用性方面的要求。容量 图 3-10 传统 DASD 的容量DASD 的容量图 3-10给出了 DASD 设备的不同类型。上个世纪 80年代使用的是 3380设备,它的每 一个卷的容量大小是从 885到 2655个柱面, 当存储密度增加之后, 在 80年代末期就引入了 新的设备 3390,它的每个卷的容量大小是从 1113到 3339个柱面。后来引入的专用设备类 型 model 3390-9是用于存储需要快速访问的海量数据的。一个设备中的磁道数总是相同的, 也就是说 3380卷的每个磁道

35、有 47476个字节,而 3390卷的每个磁道有 56664个字节。下面的表 3-1给出了更多的关于 DASD 容量的信息。表 3-1 DASD容量 图 3-11 冗余磁盘阵列RAID 的结构冗余磁盘阵列(RAID 是一个直接访问存储结构,它里面的数据是存储在多个物理磁 盘上的, 并带有奇偶校验码, 这样可以保证当阵列里面的任一磁盘发生故障时, 仍然能够读 取数据。RAID 技术也可以是小型机的 SCSI 接口的硬盘 (小型计算机硬盘接口 取代一个大的硬盘。 RAID 的优点主要如下:z性能(由于是并行的z成本(SCSI 是普通接口zz 系列的兼容性z环境(空间和能源但是,逻辑设备是位于物理磁

36、盘之上的,由于磁盘故障, 使用了 RAID 技术之后发生 故障的概率也就增加了。 其解决办法是采用冗余, 虽然冗余会导致空间的浪费, 且引起性能 问题,例如“写惩罚(write penalty ”和“空闲空间回收” 。我们可以使用大容量的高速缓冲存储器来解决性能的问题。除了 RAID-1之外,每个厂商都会在阵列中给硬盘按照进行编号,一个阵列就是一系列 逻辑相关、并应用了奇偶家校验的磁盘的集合。RAID 结构的具体实现有如下几种类型:RAID-1有一个磁盘镜像,就像双拷贝。如图 3-12所示。 图 3-12 RAID-1RAID-3 RAID-3的结构如图 3-13所示。从图中可以发现,校验盘只

37、有一个,而数据 与 RAID 0一样是分段(Stripe 存入数据阵列中,这个段的深度的单位为字节而不再是 bit 了。在数据存入时,数据阵列中处于同一等级的段的 XOR 校验编码被即时写在校验盘相应 的位置,所以彼此不会干扰混乱。读取时,则在调出段的同时检查校验盘中相应的 XOR 编 码,进行即时的 ECC 。由于在读写时与 RAID 0很相似,所以 RAID 3具有很高的数据传输 效率。 图3-13 RAID-3RAID-5由于其出色的性能与数据冗余平衡设计而被广泛采用。与 RAID 3、 4一样, 它也是一种即时校验 RAID 系统,但设计更为巧妙,而管理也相对复杂。其结构见图 3-14

38、。 RAID 5不对存储的数据进行备份,而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成 RAID5的各个磁盘上, 并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。 当 RAID5的一 个磁盘数据发生损坏后,利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。 R RAID-5有很高的 I/O速率和中等的数据率,以 8个硬盘阵列作为主流配置的 IBM 2105控 制器通常都会使用 RAID-5。 图3-14 RAID-5RAID-6RAID 6是在 RAID 5基础上,为了进一步加强数据保护而设计的一种 RAID 方式,实际上是一种扩展 RAID 5等级。与 RAID 5的不同之处于除了每个

39、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。当然,当前盘数据块的校 验数据不可能存在当前盘而是交错存储的,具体形式见图 3-15。 图 3-15 RAID-6RAID-6+ 这种方式没有写惩罚 (由于其结构化的日志文件, 或 LFS , 它的后台有自由 空间的回收机制。写的时候,磁头臂可以一起移动, RV A 控制器通常会采用这种方式。RAID-10它是一个新的 RAID 结构,这种结构非常适合分段记录,并且有镜像冗余。 它可以在 IBM 2105中任意执行。注意:数据分段存取(在不同的磁盘中数据条带是放在连续的物理块中有时候叫做 RAID-0 ,但是它不

40、是真正意义上的 RAID ,因为它没有冗余,即,它没有奇偶校验位。两个 6路 RISC 处理器(668MHZ 4.8GB/秒的总带宽最多 32个 ESCON /SCSI / 混合最多 16个 FICON 和 FCP 通道最大 64GB 的高速缓存2GB 的 NVS 高速缓存18.2/36.4/72.8/145.6GB的磁盘容量最大 55.9TB 的容量8x160MB/秒的 SSA 环10000转 /秒和 15000转 /秒的磁盘到 SAN 的连接RAID-5或 RAID-10企业存储服务器 (ESSIBM 的企业存储服务器 (ESS是一个高性能、高可用性的存储子系统。它包括两个 6路 的 RISC 处理器 (668MHZ、 64GB 的高速缓冲存储器和 2GB 的非易失存储器 (non-volatile storage NVS,来防止数据的丢失。它通过 32ESCON 通道和 16FICON 通道连接到 zSeries 主机上,对于其他一些平台,例如 IBM iSeries 、 UNIX 或 NT 来说,是通过 32SCS