现代存储技术：Module 3 数据保护 – raid

模块–3

数据保护–raid模块3：数据保护-RAID1学完本模块后，您将能够：描述RAID实现方法描述三种RAID技术描述常用RAID级别描述RAID对性能的影响根据RAID级别的成本、性能和保护能力比较各个级别模块3：数据保护-RAID2模块3：数据保护–RAID模块3：数据保护-RAID3模块3：数据保护–RAID本课程将讲述下列主题：RAID实现方法RAID阵列组件RAID技术第1课：RAID概述为什么选择RAID？RedundantArraysofIndependentDisks由于磁盘驱动器中包含机械组件，因此它提供的性能有限每个驱动器具有特定的平均预期寿命并以MTBF为测量单位：例如：如果驱动器的MTBF为750,000小时，而阵列中有1000台驱动器，则该阵列的MTBF为750小时(750,000/1000)为缓解这些问题而引入了RAID模块3：数据保护-RAID4它是一项将多个磁盘驱动器合并到一个逻辑单元（RAID集）中并提供保护和/或性能的技术。RAIDRAID实现方法软件RAID实现使用基于主机的软件提供RAID功能与硬件RAID相比，软件RAID实现具有成本优势和简单直观的优点，但有较多限制：使用主机CPU周期执行RAID计算，从而影响系统整体性能支持有限的RAID级别，仅当RAID软件和操作系统兼容时，才可对其进行升级硬件RAID实现可在主机或阵列中实现专用硬件控制器。主机控制器卡RAID是基于主机的硬件RAID实现，专用RAID控制器安装在主机上。该实现在包含大量主机的数据中心环境下不是高效的解决方案。外部RAID控制器是基于阵列的硬件RAID。它充当主机与磁盘之间的接口。它将存储卷呈现给主机，且主机将这些卷作为物理驱动器进行管理。RAID控制器的主要功能包括：管理与控制磁盘聚合，转换逻辑磁盘和物理磁盘之间的I/O请求，在磁盘出故障时重新生成数据模块3：数据保护-RAID5RAID阵列组件模块3：数据保护-RAID6RAID

控制器硬盘逻辑阵列（RAID集）RAID阵列主机RAID技术用于RAID的三项关键技术是：分条(Striping)镜像(Mirror)奇偶校验(Parity)模块3：数据保护-RAID7RAID技术–分条模块3：数据保护-RAID8RAID控制器主机条带条块DiskArrays-9RAID技术–分条-StripsvsStripeStripe1Stripe2Stripe3StripsRAID技术–镜像模块3：数据保护-RAID10主机数据块0RAID控制器数据块0数据块0RAID技术–奇偶校验模块3：数据保护-RAID11RAID控制器D1D2D3D4P461718主机实际奇偶校验计算是一种XOR位运算。主机使用奇偶校验技术恢复数据模块3：数据保护-RAID124+6+?+7=18?=18–4–6–7?=1在驱动器D3发生故障时重新生成数据：D1D2D3D4P46？718RAID控制器模块3：数据保护-RAID13模块3：数据保护–RAID本课程将讲述下列主题：常用RAID级别RAID对性能的影响RAID比较热备盘第2课：RAID级别RAID级别常用RAID级别包括：RAID0–无容错能力的分条集RAID1–磁盘镜像RAID1+0–嵌套RAIDRAID3–具有并行访问和专用奇偶校验磁盘的分条集RAID5–具有独立磁盘访问和分布式奇偶校验的分条集RAID6–具有独立磁盘访问和双分布式奇偶校验的分条集模块3：数据保护-RAID14RAID0模块3：数据保护-RAID15RAID控制器CBA来自主机的数据数据磁盘A1A2A3A4A5B1B2B3B4B5C1C2C3C4C5RAID1模块3：数据保护-RAID16FEDCBA来自主机的数据镜像集镜像集AADDBBEECCFFRAID控制器DiskArrays-17RAID0+1–

由条带集（RAID0Array）组成的镜像集（RAID1Array）RAID

ControllerBlock3Block3Block3Block2Block2Block2Block1Block1Block1Block0Block0Block0HostDiskArrays-18RAID1+0–

由镜像集（RAID1Array）组成的条带集（stripedarray）RAID

ControllerBlock3Block3Block3Block2Block2Block2Block1Block1Block1Block0Block0Block0Host嵌套RAID–1+0模块3：数据保护-RAID19CBA来自主机的数据镜像集C镜像集A镜像集BRAID控制器A1B1C1A1B1C1A2B2C2A2B2C2A3A3B3B3C3C3分条镜像镜像镜像RAID3模块3：数据保护-RAID20RAID控制器CBA来自主机的数据数据磁盘专用奇偶校验磁盘A1A2A3A4APB1B2B3B4BPC1C2C3C4CPDiskArrays-21RAID3-ParallelTransferwithDedicatedParityDiskRAID

ControllerBlock1Block2Block3P0123Block0Block3Block2Block1Block0Parity

GeneratedHostDiskArrays-22RAID4-StripingwithDedicatedParityDiskRAID

ControllerP0123Block0Block0Block0Block4Block1Block5Block2Block6Block3Block7P0123P4567Parity

GeneratedBlock0P0123HostRAID5模块3：数据保护-RAID23RAID控制器CBA来自主机的数据分布式奇偶校验A1A2A3A4APB1B2B3BPB4C1C2CPC3C4DiskArrays-24Block0P0123RAID5-IndependentDiskswithDistributedParityBlock7RAID

ControllerP0123Block0Block4Block0Block1Block5Block2Block6Block3Parity

GeneratedBlock0P0123Block4P4567P4567Block4P4567Block4Parity

GeneratedHostRAID6模块3：数据保护-RAID25RAID控制器CBA来自主机的数据双分布式奇偶校验A1A2A3APAQB1B2BPBQB3C1CPCQC2C3RAID对性能的影响在RAID5中，每次磁盘写入（更新）都表现为四次I/O操作（2次磁盘读取和2次磁盘写入）在RAID6中，每次磁盘写入（更新）都表现为六次I/O操作（3次磁盘读取和3次磁盘写入）在RAID1中，每次写入都表现为两次I/O操作（2次磁盘写入）模块3：数据保护-RAID26

Cp新RAID控制器+-=C4旧Cp旧C4新1234A1A2A3A4APB1B2B3BPB4C1C2CPC3C4RAID性能损失计算示例高峰工作负载时的IOPS为1200读/写比为2:1针对以下配置计算高峰活动时的磁盘负载：RAID1/0RAID5模块3：数据保护-RAID27解决方案：RAID性能损失对于RAID1/0，磁盘负载（读+写）=(1200x2/3)+(1200x(1/3)x2)=800+800=1600IOPS对于RAID5，磁盘负载（读+写）=

(1200x2/3)+(1200x(1/3)x4)=800+1600=2400IOPS模块3：数据保护-RAID28RAID比较RAID级别最少磁盘数可用存储容量(%)读取性能写入性能写性能损失保护1250优于单个磁盘比单个磁盘低，因为必须将每次写入提交至所有磁盘中等镜像1+0450良好良好中等镜像33[(n-1)/n]*100一般（对于随机读取），良好（对于顺序读取）差到一般（对于小型随机写入）一般（对于大型顺序写入）高奇偶校验（支持单磁盘故障）53[(n-1)/n]*100良好（对于随机和顺序读取）一般（对于随机和顺序写入）高奇偶校验（支持单磁盘故障）64[(n-2)/n]*100良好（对于随机和顺序读取）差到一般（对于随机和顺序写入）非常高奇偶校验（支持两个磁盘故障）模块3：数据保护-RAID29其中，n=磁盘数适用于不同应用程序的RAID级别模块3：数据保护-RAID30RAID1+0适合使用小型、随机和写入密集型（写入量通常大于30%）I/O配置文件的应用程序示例：OLTP、RDBMS–临时空间RAID3大型、顺序读取和写入示例：数据备份和多数据流RAID5and6小型、随机工作负载（写入量通常小于30%）示例：电子邮件、RDBMS–数据输入热备盘模块3：数据保护-RAID31热备盘故障磁盘更换故障磁盘RAID

控制器模块3：总结本模块涵盖以下要点：RAID实现方法和技术常用RAID级别RAID写性能损失根据RAID级别的成本和性能比较各个级别模块3：数据保护-RAID32知识测验–1关于软件RAID实现，以下哪项描述是正确的？操作系统升级不需要验证与RAID软件的兼容性其成本高于硬件RAID实现支持所有RAID级别使用主机CPU周期执行RAID计算一个应用程序生成400个小型随机IOPS，读写比为3:1。用于RAID5的磁盘上RAID更正的IOPS是多少？40050070090033模块3：数据保护-RAID知识测验–2用于小型随机I/O的RAID6配置中的写性能损失是多少？2346以下哪个应用程序可通过使用RAID3获得最大效益？备份OLTP电子商务电子邮件34模块3：数据保护-RAID知识测验–3一个具有64KB条块大小且包含五个磁盘的奇偶校验RAID5集的条带大小是多少？64KB128KB256KB