HC1109103_HCNA-Storage V2_BSSN_第三章 RAID技術(shù)及應(yīng)用

1、Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 0修訂記錄課程編碼課程編碼適用產(chǎn)品適用產(chǎn)品產(chǎn)品版本產(chǎn)品版本課程版本課程版本ISSUEHC1109103V2.0開發(fā)開發(fā)/優(yōu)化者優(yōu)化者時間時間審核人審核人開發(fā)類型（新開發(fā)開發(fā)類型（新開發(fā)/優(yōu)化）優(yōu)化）翟柏清2013.08優(yōu)化本頁不打印Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. HC1109103 RAID技術(shù)及應(yīng)用Copyright 2013 Huawei Techno

2、logies Co., Ltd. All rights reserved. Page 2l學(xué)習(xí)完本課程后，您將能夠：p了解RAID分類及原理p掌握各種RAID特點(diǎn)p掌握RAID在數(shù)據(jù)保護(hù)方面所采用的技術(shù)p了解RAID2.0+技術(shù)目標(biāo)Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 3目錄1.傳統(tǒng)傳統(tǒng)RAID1.1 RAID基本概念與技術(shù)原理基本概念與技術(shù)原理1.2 RAID技術(shù)與應(yīng)用1.3 RAID數(shù)據(jù)保護(hù)1.4 RAID與LUN2.RAID2.0+技術(shù)Copyright 2013 Huawei Tec

3、hnologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 4RAID概念與實(shí)現(xiàn)方式lRAID（Redundant Array of Independent Disks）：獨(dú)立冗余磁盤陣列，簡稱磁盤陣列。lRAID 的主要實(shí)現(xiàn)方式分為硬件RAID 方式和軟件RAID 方式p硬件RAIDp軟件RAIDRAID更有效的數(shù)據(jù)組織更有效的數(shù)據(jù)組織分條、分條、并行并行數(shù)據(jù)安全保護(hù)功能數(shù)據(jù)安全保護(hù)功能校驗(yàn)、熱備校驗(yàn)、熱備Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 5RAID的數(shù)

4、據(jù)組織方式l條帶：磁盤中單個或者多個連續(xù)的扇區(qū)構(gòu)成一個條帶。它是組成分條的元素。l分條：同一磁盤陣列中的多個磁盤驅(qū)動器上的相同“位置”（或者說是相同編號）的條帶。D7D4D1驅(qū)動器2D6D3D0驅(qū)動器1D8D5D2驅(qū)動器3分條2(strip)分條1(strip)分條0(strip)磁盤上的數(shù)據(jù)條帶磁盤上的數(shù)據(jù)條帶磁盤上的數(shù)據(jù)條帶分條深度分條深度Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 6RAID校驗(yàn)方式lXOR校驗(yàn)的算法相同為假，相異為真：0 0= 0； 0 1= 1； 1 0= 1； 1 1=

5、 0；110驅(qū)動器2100驅(qū)動器1010校驗(yàn)驅(qū)動器異或校驗(yàn)冗余備份異或校驗(yàn)冗余備份Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 7RAID的幾種狀態(tài)RAIDRAID組組正常工作正常工作RAIDRAID組組降級降級RAIDRAID組組創(chuàng)建創(chuàng)建RAIDRAID組組失效失效創(chuàng)建成功成員盤掉線或故障故障盤數(shù)超過冗余盤數(shù)重建成功Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 8目錄1.傳統(tǒng)傳統(tǒng)RAID1.1 RAID

6、基本概念與技術(shù)原理1.2 RAID技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)與應(yīng)用1.3 RAID數(shù)據(jù)保護(hù)1.4 RAID與LUN2.RAID2.0+技術(shù)Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 9常用RAID級別與分類標(biāo)準(zhǔn)lRAID技術(shù)將多個單獨(dú)的物理硬盤以不同的方式組合成一個邏輯硬盤，提高了硬盤的讀寫性能和數(shù)據(jù)安全性，根據(jù)不同的組合方式可以分為不同的RAID級別。RAID0RAID1RAID3RAID5RAID6RAID10RAID50常用RAID級別Copyright 2013 Huawei Technologies

7、 Co., Ltd. All rights reserved. Page 10RAID 0實(shí)現(xiàn)方式D4D2D0驅(qū)動器1D6D5D3D1驅(qū)動器2D0,D1,D2,D3,D4,D5D0,D1,D2,D3,D4,D5分條2分條1分條0各磁盤上的數(shù)據(jù)塊各磁盤上的數(shù)據(jù)塊無差錯控制的條帶化陣列無差錯控制的條帶化陣列D2D1D0D5D4D3D0邏輯磁盤邏輯磁盤Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 11RAID 0數(shù)據(jù)寫入D0,D1,D2,D3,D4,D5D0,D1,D2,D3,D4,D5邏輯磁盤邏輯磁盤D

8、0D1D2D3D4D5寫入數(shù)據(jù)塊寫入數(shù)據(jù)塊D0D0寫入數(shù)據(jù)塊寫入數(shù)據(jù)塊D1D1寫入數(shù)據(jù)塊寫入數(shù)據(jù)塊D2,D3D2,D3驅(qū)動器1驅(qū)動器2D0D1D2D3D4D5Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 12RAID 0數(shù)據(jù)讀取 讀取數(shù)據(jù)塊讀取數(shù)據(jù)塊D1D1D0D1D2D3D4D5邏輯磁盤邏輯磁盤驅(qū)動器1驅(qū)動器2D0,D1,D2,D3,D4,D5D0,D1,D2,D3,D4,D5D0D2D4D5D3D1讀取數(shù)據(jù)塊讀取數(shù)據(jù)塊D2D2，D3D3讀取數(shù)據(jù)塊讀取數(shù)據(jù)塊D0D0Copyright 2013 H

9、uawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 13RAID 0數(shù)據(jù)丟失l陣列中某一個驅(qū)動器發(fā)生故障，將導(dǎo)致其中的數(shù)據(jù)丟失。驅(qū)動器1驅(qū)動器3驅(qū)動器2D0D1D2D3D4D5D6D7D8Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 14RAID 1的工作原理鏡像結(jié)構(gòu)的陣列鏡像結(jié)構(gòu)的陣列D2D1D0D2邏輯磁盤邏輯磁盤D2D1D0驅(qū)動器1驅(qū)動器2D0,D1,D2D0,D1,D2經(jīng)過鏡像器經(jīng)過鏡像器D2D1D0Copyright 2013 Hu

10、awei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 15RAID1 數(shù)據(jù)寫入驅(qū)動器2D0,D1,D2D0,D1,D2 D2D1D0寫入數(shù)據(jù)塊寫入數(shù)據(jù)塊D0D0D2D1D0D2邏輯磁盤邏輯磁盤驅(qū)動器1D2D1D0寫入數(shù)據(jù)塊寫入數(shù)據(jù)塊D1D1寫入數(shù)據(jù)塊寫入數(shù)據(jù)塊D2D2Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 16RAID1 數(shù)據(jù)讀取驅(qū)動器2D0,D1,D2D0,D1,D2讀取數(shù)據(jù)塊讀取數(shù)據(jù)塊D0D0D2D1D0D2邏輯磁盤邏輯磁盤驅(qū)動器1D2

11、D1D0讀取數(shù)據(jù)塊讀取數(shù)據(jù)塊D1D1讀取數(shù)據(jù)塊讀取數(shù)據(jù)塊D2D2D0D1D2Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 17RAID 1的數(shù)據(jù)恢復(fù)驅(qū)動器2D0,D1,D2D0,D1,D2D2D1D0磁盤損壞磁盤損壞讀寫備份磁盤讀寫備份磁盤更換更換/ /恢復(fù)磁盤恢復(fù)磁盤復(fù)制備份磁盤數(shù)據(jù)復(fù)制備份磁盤數(shù)據(jù)D0驅(qū)動器1D1D2Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 18RAID 3的工作原理D7D4D1驅(qū)

12、動器2D6D3D0驅(qū)動器1D8D5D2驅(qū)動器3D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8P3P3P2P2P1P1校驗(yàn)驅(qū)動器校驗(yàn)碼生成帶奇偶校驗(yàn)碼的并行陣列帶奇偶校驗(yàn)碼的并行陣列Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 19RAID 3的數(shù)據(jù)寫入A0,A1,A2,B0,B1,B2,C0,C1,C2A0,A1,A2,B0,B1,B2,C0,C1,C2P3P3P1P1校驗(yàn)盤C2B2A2驅(qū)動器3ABC邏輯磁盤邏輯磁盤C1B1A1驅(qū)動器2C0B

13、0A0驅(qū)動器1寫入數(shù)據(jù)塊寫入數(shù)據(jù)塊A AP2P2寫入數(shù)據(jù)塊寫入數(shù)據(jù)塊B B寫入數(shù)據(jù)塊寫入數(shù)據(jù)塊CCCopyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 20RAID 3的數(shù)據(jù)讀取A0,A1,A2,B0,B1,B2,C0,C1,C2A0,A1,A2,B0,B1,B2,C0,C1,C2P3P32 2P P校驗(yàn)盤C2B2A2驅(qū)動器3邏輯磁盤邏輯磁盤C1B1A1驅(qū)動器2C0B0A0驅(qū)動器1讀取數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)1 1P PABCCopyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. Al

14、l rights reserved. Page 21RAID 3的數(shù)據(jù)恢復(fù)P3P3P1P1校驗(yàn)盤C2B2A2驅(qū)動器3邏輯磁盤邏輯磁盤C0B0A0驅(qū)動器1P2P2磁盤失效磁盤失效驅(qū)動器2A1B1C1數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)恢復(fù)ABCA0,A1,A2,B0,B1,B2,C0,C1,C2A0,A1,A2,B0,B1,B2,C0,C1,C2 Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 22RAID 5的工作原理分布式奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)分布式奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)D4P1P1D1驅(qū)動器2P2P2D2D0驅(qū)動器1

15、D5D3P0P0驅(qū)動器3D0,D1,D2,D3,D4,D5D0,D1,D2,D3,D4,D5Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 23RAID 5數(shù)據(jù)寫入D2D1D0D5D4D3邏輯磁盤邏輯磁盤D0,D1,D2,D3,D4,D5D0,D1,D2,D3,D4,D5D5D3P0P0驅(qū)動器3P2P2D2D0驅(qū)動器1D4P1P1D1驅(qū)動器2Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 24RAID 5數(shù)據(jù)

16、讀取D2D1D0D5D4D3邏輯磁盤邏輯磁盤D0,D1,D2,D3,D4,D5D0,D1,D2,D3,D4,D5 D5D3P0P0驅(qū)動器3P2P2D2D0驅(qū)動器1D4P1P1D1驅(qū)動器2Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 25RAID 5數(shù)據(jù)恢復(fù)D2D1D0D5D4D3邏輯磁盤邏輯磁盤D0,D1,D2,D3,D4,D5D0,D1,D2,D3,D4,D5D5D3P0P0驅(qū)動器3P2P2D2D0D4P1P1D1磁盤失效磁盤失效 數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)恢復(fù)驅(qū)動器2驅(qū)動器1Copyright 2013 Hu

17、awei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 26RAID 6介紹lRAID 6是帶有兩種校驗(yàn)的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)，采用兩種奇偶校驗(yàn)方法，需要至少N+2(N2)個磁盤來構(gòu)成陣列，一般用在數(shù)據(jù)可靠性、可用性要求極高的應(yīng)用場合 。l常用的RAID 6技術(shù)有RAID6 PQ和RAID6 DP。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 27Q5D9RAID6 PQ的工作原理lRAID6 PQ需要計算出兩個校驗(yàn)數(shù)據(jù)P和Q，當(dāng)有兩個數(shù)據(jù)丟失時，根據(jù)P和

18、Q恢復(fù)出丟失的數(shù)據(jù)。校驗(yàn)數(shù)據(jù)P和Q是由以下公式計算得來的： P=D0 D1 D2 Q=( D0) ( D1) ( D2)P1D3D6D12D10Q1P2D7D13D11D0Q2P3D14P4D1D4Q3P5Q4D2D5D8驅(qū)動器驅(qū)動器1驅(qū)動器驅(qū)動器2驅(qū)動器驅(qū)動器3驅(qū)動器驅(qū)動器4驅(qū)動器驅(qū)動器5分條0分條1分條2分條3分條4Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 28RAID6 DP的工作原理lDPDouble Parity，就是在RAID4所使用的一個行XOR校驗(yàn)磁盤的基礎(chǔ)上又增加了一個磁盤用于

19、存放斜向的XOR校驗(yàn)信息l橫向校驗(yàn)盤中P0P3為各個數(shù)據(jù)盤中橫向數(shù)據(jù)的校驗(yàn)信息例：P0=D0 XOR D1 XOR D2 XOR D3l斜向校驗(yàn)盤中DP0DP3為各個數(shù)據(jù)盤及橫向校驗(yàn)盤的斜向數(shù)據(jù)校驗(yàn)信息 例：DP0=D0 XOR D5 XOR D10 XOR D15D12D0D4D8D13D1D5D9D14D2D6D10P3P0P1P2DP3DP0DP1DP2驅(qū)動器驅(qū)動器1驅(qū)動器驅(qū)動器2驅(qū)動器驅(qū)動器3橫向校驗(yàn)盤橫向校驗(yàn)盤斜向校驗(yàn)盤斜向校驗(yàn)盤分條0分條1分條2分條3D15D3D7D11驅(qū)動器驅(qū)動器4Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All

20、rights reserved. Page 29RAID6 DP的工作原理lDPDouble Parity，就是在RAID4所使用的一個行XOR校驗(yàn)磁盤的基礎(chǔ)上又增加了一個磁盤用于存放斜向的XOR校驗(yàn)信息l橫向校驗(yàn)盤中P0P3為各個數(shù)據(jù)盤中橫向數(shù)據(jù)的校驗(yàn)信息例：P0=D0 XOR D1 XOR D2 XOR D3l斜向校驗(yàn)盤中DP0DP3為各個數(shù)據(jù)盤及橫向校驗(yàn)盤的斜向數(shù)據(jù)校驗(yàn)信息例：DP0=D0 XOR D5 XOR D10XOR D15D12D0D4D8D13D1D5D9D14D2D6D10P3P0P1P2DP3DP0DP1DP2驅(qū)動器驅(qū)動器1驅(qū)動器驅(qū)動器2驅(qū)動器驅(qū)動器3橫向校驗(yàn)盤橫向校驗(yàn)盤

21、斜向校驗(yàn)盤斜向校驗(yàn)盤分條0分條1分條2分條3D15D3D7D11驅(qū)動器驅(qū)動器4Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 30RAID組合RAID 10lRAID 10是將鏡像和條帶進(jìn)行組合的RAID級別，先進(jìn)行RAID 1鏡像然后再做RAID 0。RAID 10也是一種應(yīng)用比較廣泛的RAID級別。D0D2D4D0D2D4D1D3D5D1D3D5磁盤鏡像器磁盤鏡像器磁盤鏡像器磁盤鏡像器D0,D1,D2,D3,D4,D5D0,D1,D2,D3,D4,D5讀取數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)RAID 1RAID 1RAI

22、D 0物理磁盤1物理磁盤2物理磁盤3物理磁盤4Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 31RAID組合RAID50lRAID 50是將RAID 5和RAID 0進(jìn)行兩級組合的RAID級別，第一級是 RAID 5，第二級為RAID 0。D11D7P1P1D10P3P3D3P5P5D6D2D9D5D8P0P0P2P2D0D1D4P4P4分條0分條1分條2D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7D0,D1,D4,D5,D8,D9D0,D1,D4,D

23、5,D8,D9D2,D3,D6,D7,D10,D11D2,D3,D6,D7,D10,D11物理磁盤1物理磁盤2物理磁盤3物理磁盤4物理磁盤5物理磁盤6RAID 5RAID 5RAID 0Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 32常用RAID級別的比較RAIDRAID級別級別RAID 0RAID 0RAID 1RAID 1RAID 3RAID 3RAID 5RAID 5RAID6RAID6RAID 10RAID 10RAID 50RAID 50容錯性無有有有有有有冗余類型無復(fù)制奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)

24、奇偶校驗(yàn)復(fù)制奇偶檢驗(yàn)熱備盤選項(xiàng)無有有有有有有讀性能高低高高高一般高隨機(jī)寫性能高低最低低低一般低連續(xù)寫性能高低低低低一般低最小硬盤數(shù)2塊2塊3塊3塊塊4塊6塊可用容量N * 單塊硬盤容量(1/N) * 單塊硬盤容量(N -1) * 單塊硬盤容量(N -1) * 單塊硬盤容量(N -2) * 單塊硬盤容量(N /2) * 單塊硬盤容量(N -2) * 單塊硬盤容量Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 33RAID 典型應(yīng)用場景RAIDRAID級別級別RAID 0RAID 0RAID 1RAID

25、1RAID 3RAID 3RAID 5 /6RAID 5 /6RAID 10RAID 10典型應(yīng)用環(huán)境迅速讀寫，安全性要求不高，如圖形工作站等隨機(jī)數(shù)據(jù)寫入，安全性要求高，如服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫存儲領(lǐng)域連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸，安全性要求高，如視頻編輯、大型數(shù)據(jù)庫等隨機(jī)數(shù)據(jù)傳輸，安全性要求高，如金融、數(shù)據(jù)庫、存儲等數(shù)據(jù)量大，安全性要求高，如銀行、金融等領(lǐng)域Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 34目錄1.傳統(tǒng)傳統(tǒng)RAID1.1 RAID基本概念與技術(shù)原理1.2 RAID技術(shù)與應(yīng)用1.3 RAID數(shù)據(jù)保護(hù)數(shù)據(jù)保護(hù)

26、1.4 RAID與LUN2.RAID2.0+技術(shù)Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 35熱備盤l熱備（Hot Spare）：當(dāng)冗余的RAID陣列中某個磁盤失效時，在不干擾當(dāng)前RAID系統(tǒng)正常使用的情況下，用RAID系統(tǒng)中另外一個正常的備用磁盤頂替失效磁盤。l熱備通過配置熱備盤實(shí)現(xiàn)，熱備盤分為全局熱備盤和局部熱備盤。驅(qū)動器n驅(qū)動器1熱備盤RAID1/RAID5/RAID6/Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights rese

27、rved. Page 36預(yù)拷貝l預(yù)拷貝：系統(tǒng)通過監(jiān)控發(fā)現(xiàn)RAID組中某成員盤即將故障時，將即將故障成員盤中的數(shù)據(jù)提前拷貝到熱備盤中，有效降低數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險。驅(qū)動器2驅(qū)動器1熱備盤RAID1/RAID5/RAID6/Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 37重構(gòu)l重構(gòu)：RAID陣列中發(fā)生故障的磁盤上的所有用戶數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)的重新生成，并將這些數(shù)據(jù)寫到熱備盤上的過程。D5D3D1驅(qū)動器2D4D2D0校驗(yàn)驅(qū)動器D0,D1,D2,D3,D4,D5D0,D1,D2,D3,D4,D5P3P3P2P2P1

28、P1熱備盤驅(qū)動器D0D2D4驅(qū)動器1Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 38目錄1.傳統(tǒng)傳統(tǒng)RAID1.1 RAID基本概念與技術(shù)原理1.2 RAID技術(shù)與應(yīng)用1.3 RAID數(shù)據(jù)保護(hù)1.4 RAID與與LUN2.RAID2.0+技術(shù)Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 39RAID與LUN的關(guān)系lRAID由幾個硬盤組成 ，從整體上看相當(dāng)于由多個硬盤組成的一個大的物理卷。l在物理卷的基礎(chǔ)

29、上可以按照指定容量創(chuàng)建一個或多個邏輯單元，這些邏輯單元稱作LUN,可以做為映射給主機(jī)的基本塊設(shè)備。物理卷物理卷邏輯卷邏輯卷單個物理卷上創(chuàng)建1個邏輯卷單個物理卷上創(chuàng)建多個邏輯卷LUN1LUN2LUN3HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential RAID、邏輯卷的形成過程 Page 40物理磁盤邏輯卷RAIDLUN1LUN2LUN3分割HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 目錄1. 傳統(tǒng)RAID2.RAID2.0+技術(shù)技術(shù)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 熱備傳統(tǒng)RAIDRAID2.0+LUN虛擬化RAID2.0+的發(fā)展HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential 切分映射硬盤域存儲池存儲池ExtentExtentGrainLUN 0 (Thick)LUN 1 (Thick)LUN 2 (Thin)RAID2.0+關(guān)鍵原理HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential RAID2.0+軟件邏輯對象HUAWEI TECHNOLO