計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)-存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1、計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介RAID : Redundant Array of Independent DisksJBOD：Just a Bunch Of Disks計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介RAID的優(yōu)勢(shì)： 容量和管理上的優(yōu)勢(shì) 性能上的優(yōu)勢(shì) 可靠性和可用性優(yōu)勢(shì)計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介RAID中所使用的兩種基本分條方法：并行訪問(wèn)陣列獨(dú)立訪問(wèn)陣列計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-5 寫數(shù)據(jù)到并行訪問(wèn)的分條陣列 T=0 T=1 T=2 T=3 T=4驅(qū)動(dòng)器1緩沖接受 驅(qū)動(dòng)器1寫數(shù)據(jù) 驅(qū)動(dòng)器2寫數(shù)據(jù) 驅(qū)動(dòng)器3寫數(shù)據(jù) 驅(qū)動(dòng)器4寫數(shù)據(jù) 驅(qū)

2、動(dòng)器2等就緒 驅(qū)動(dòng)器2緩沖接受 驅(qū)動(dòng)器3緩沖接受 驅(qū)動(dòng)器4緩沖接受 驅(qū)動(dòng)器1緩沖接受 1連鎖（并行）訪問(wèn)陣列（通過(guò)分條提高性能）同步成員磁盤驅(qū)動(dòng)器中的轉(zhuǎn)動(dòng)介質(zhì)，使得單個(gè)的I/O請(qǐng)求在每個(gè)成員驅(qū)動(dòng)器上執(zhí)行相等、短時(shí)的操作。該方式，每個(gè)I/O請(qǐng)求都發(fā)往多個(gè)成員磁盤。它要求陣列中的驅(qū)動(dòng)器必須精確工作（轉(zhuǎn)動(dòng)、讀寫速度等），成本相對(duì)昂貴。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介 圖4-6 獨(dú)立訪問(wèn)的磁盤驅(qū)動(dòng)器陣列存儲(chǔ)總線RAID控制器獨(dú)立訪問(wèn)的磁盤驅(qū)動(dòng)器陣列I/O操作I/O操作磁盤驅(qū)動(dòng)器獨(dú)立訪問(wèn)分條陣列每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器由單獨(dú)的主機(jī)I/O控制器操作，按照所建立的虛擬設(shè)備映射，I/O操作可分散到各驅(qū)動(dòng)器上執(zhí)行。評(píng)價(jià)：

3、適用于事物處理應(yīng)用。它可將多個(gè)I/O發(fā)送到多個(gè)驅(qū)動(dòng)器，支持重疊I/O操作。效率遠(yuǎn)高于單磁盤。適用于：事物處理、ERP系統(tǒng)、Internet服務(wù)、多用戶服務(wù)器應(yīng)用、多小文件的文件服務(wù)器。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介1校驗(yàn)冗余：通過(guò)計(jì)算陣列中成員磁盤上的校驗(yàn)值，并將它存在另外的磁盤上，以實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)冗余（常用XOR校驗(yàn)）。2校驗(yàn)恢復(fù)（重建） ：當(dāng)RAID陣列中的一個(gè)成員磁盤失敗時(shí)，對(duì)剩余磁盤上的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)操作的逆操作（XOR），恢復(fù)失敗磁盤上的數(shù)據(jù)。 當(dāng)一個(gè)成員磁盤失敗時(shí)，主機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，陣列控制器將其余成員磁盤的數(shù)據(jù)與校驗(yàn)數(shù)據(jù)讀出，用XOR操作計(jì)算出丟失的數(shù)據(jù)。然后將恢復(fù)的數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，

4、完成I/O請(qǐng)求。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-7 使用XOR功能建立校驗(yàn)數(shù)據(jù)和恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)磁盤失敗磁盤校驗(yàn)磁盤XORXOR使用XOR功能在校驗(yàn)磁盤上建立校驗(yàn)數(shù)據(jù)XOR功能使用校驗(yàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)失敗磁盤計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-8 使用校驗(yàn)恢復(fù)在置換磁盤上重建數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)磁盤置換磁盤校驗(yàn)磁盤XOR使用校驗(yàn)恢復(fù)在置換磁盤上重建數(shù)據(jù)當(dāng)用新的磁盤代替陣列中的失敗磁盤時(shí)，校驗(yàn)恢復(fù)進(jìn)程讀出其它所有磁盤上的數(shù)據(jù)，并用XOR功能在置換后的磁盤上恢復(fù)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介使用分區(qū)劃分磁盤 RAID咨詢委員會(huì)（RAB）定義分區(qū)概念為：一組地址連續(xù)的成員磁盤存儲(chǔ)塊，單個(gè)磁盤可

5、有一個(gè)或多個(gè)分區(qū)。一個(gè)磁盤上的多個(gè)分區(qū)可以有不同的大小。多個(gè)可能不連續(xù)的分區(qū)可以通過(guò)虛擬磁盤到成員磁盤的映射，成為同一虛擬磁盤的一部分。分區(qū)也稱為邏輯盤，對(duì)于操作環(huán)境，它們通常不是直接可見(jiàn)。 分區(qū)的組合可以形成RAID子系統(tǒng)的陣列、鏡像和虛擬驅(qū)動(dòng)器。組織RAID陣列中的數(shù)據(jù):分區(qū)、分塊和分條計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-17 在一個(gè)4個(gè)磁盤的陣列的成員磁盤上定義的分區(qū)DABCABCABCDABC分區(qū)1A分區(qū)1B分區(qū)1C分區(qū)2A分區(qū)2B分區(qū)2C分區(qū)2D分區(qū)3A分區(qū)3B分區(qū)3C分區(qū)4A分區(qū)4B分區(qū)4C分區(qū)4D磁盤1磁盤2磁盤3磁盤41A4A，1B4B分別組合成2個(gè)陣列。分區(qū)1C+3C、2

6、C+4C及2D+4D組合形成鏡像對(duì)。一種組合方式：計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-18 成員磁盤地址到虛擬驅(qū)動(dòng)器地址的統(tǒng)一成員磁盤地址成員磁盤地址虛擬驅(qū)動(dòng)器地址虛擬驅(qū)動(dòng)器中的成員磁盤分區(qū)的統(tǒng)一組合在陣列中的成員磁盤分區(qū)使用虛擬驅(qū)動(dòng)器統(tǒng)一地址 陣列管理軟件將分區(qū)組合成陣列，并提供給主機(jī)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理的映像。資源的統(tǒng)一表示也可稱為虛擬設(shè)備。從虛擬驅(qū)動(dòng)器到成員驅(qū)動(dòng)器I/O操作傳送計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-19 分條、分塊及分區(qū)三者之間的關(guān)系分塊1分塊2分塊3分塊4分條1分條2分條3分條4分區(qū)1分區(qū)2分區(qū) 3分區(qū)4從分區(qū)到分塊分條 (strip)磁盤分區(qū)可以進(jìn)一步細(xì)分成更小的段作

7、為單個(gè)I/O操作對(duì)象，并稱之為塊（大小相等，地址相鄰）。若分區(qū)又屬于一個(gè)陣列，分塊的長(zhǎng)度（不同分區(qū)相應(yīng)塊的組合數(shù)）成為分條的深度。在某些環(huán)境下，分塊被稱為分條的元素。組合分塊成分條分條是同陣列中的兩個(gè)或更多分區(qū)上的一組位置相關(guān)的分塊，位置相關(guān)意味著每個(gè)分區(qū)的第一分塊屬于第一分條，第二分塊屬于第二分條，以此類推。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-20 組合分塊形成分條分條1分條2分區(qū)1分區(qū)2分區(qū)3分區(qū)4分塊1分塊2分塊1分塊2分塊1分塊2分塊1分塊2另一種分條的分塊組合表示方式計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-21 邏輯而不是物理地組合分條分區(qū)A1分區(qū)A2分區(qū)A3分區(qū)B1分區(qū)B2分區(qū)

8、B3分塊7分塊3分塊11分塊7分塊3分塊11分條7分條3分條11磁盤A磁盤B分區(qū)組合：A1+B2，A2+B3，A3+B1，形成3個(gè)陣列。分區(qū)中的塊是按它們?cè)诜謪^(qū)中的相對(duì)位置排列。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介校驗(yàn)分塊數(shù)據(jù) 使用XOR函數(shù)建立校驗(yàn)數(shù)據(jù) XOR函數(shù)在逐位基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，建立校驗(yàn)數(shù)據(jù)。（在并行（連鎖）訪問(wèn)RAID和獨(dú)立訪問(wèn)RAID上建立校驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法是不同的） 1校驗(yàn)計(jì)算 RAID校驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算多使用布爾XOR函數(shù)。XOR函數(shù)可用于多位的組合運(yùn)算，并與位的操作順序無(wú)關(guān)。 2XOR的逆操作也是XOR 例：1 XOR 1 = 0 ；其逆操作：0 XOR 1 = 1； 0 X

9、OR 1 = 1 ；其逆操作：1 XOR 1 = 0； 計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介3并行訪問(wèn)陣列中的簡(jiǎn)約模式操作 “簡(jiǎn)約”用在RAID環(huán)境下是指：當(dāng)一個(gè)磁盤失敗后，磁盤子系統(tǒng)將在少一個(gè)壞盤情況下繼續(xù)正常工作。 若失敗的是數(shù)據(jù)磁盤，對(duì)于讀操作，陣列將恢復(fù)由失敗磁盤引起的丟失數(shù)據(jù)；對(duì)于寫操作，除了數(shù)據(jù)不被寫到失敗的磁盤，并將更新校驗(yàn)數(shù)據(jù)寫到校驗(yàn)磁盤外，簡(jiǎn)約環(huán)境下的寫操作與常規(guī)的寫操作相同。這樣，即使數(shù)據(jù)實(shí)際并沒(méi)有寫到失敗磁盤上，失敗磁盤上的數(shù)據(jù)也能恢復(fù)。當(dāng)一個(gè)替代磁盤安裝后，校驗(yàn)恢復(fù)操作將為新的磁盤重建數(shù)據(jù)。 計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-22 校驗(yàn)磁盤失敗的子系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)磁盤數(shù)

10、據(jù)磁盤數(shù)據(jù)磁盤校驗(yàn)磁盤當(dāng)校驗(yàn)磁盤失敗時(shí)無(wú)須XOR功能RAID控制器RAID子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介并行訪問(wèn)RAID的校驗(yàn)在并行訪問(wèn)RAID中，寫操作將數(shù)據(jù)分條，寫入磁盤陣列中。同時(shí)也計(jì)算校驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將它寫入一個(gè)附加的同步校驗(yàn)磁盤。校驗(yàn)磁盤與陣列中的數(shù)據(jù)磁盤分區(qū)和分條大小相同。同樣，由于數(shù)據(jù)磁盤失敗而需要信息恢復(fù)時(shí)，從同步磁盤中讀出分條數(shù)據(jù)（包括校驗(yàn)磁盤），對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行XOR操作，由此重建失敗磁盤的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介獨(dú)立訪問(wèn)RAID的校驗(yàn) 獨(dú)立訪問(wèn)RAID的情況稍復(fù)雜，數(shù)據(jù)并不分塊寫入幾個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同的同步磁盤，而是寫入單個(gè)分區(qū)中的分塊，然后再寫入下一個(gè)分區(qū)。

11、1獨(dú)立訪問(wèn)陣列的寫額外開(kāi)銷 在計(jì)算新數(shù)據(jù)的校驗(yàn)值時(shí)，需要從陣列磁盤中讀出存在的數(shù)據(jù)。為了寫新的數(shù)據(jù)并計(jì)算其校驗(yàn)值所需執(zhí)行的讀和計(jì)算操作，稱為RAID寫的額外開(kāi)銷。 在更新某一個(gè)磁盤的數(shù)據(jù)時(shí)，并不讀出陣列中所有其它磁盤對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算新的校驗(yàn)值，僅需讀出原校驗(yàn)數(shù)據(jù)和需要更新的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)XOR運(yùn)算，除去原數(shù)據(jù)值對(duì)校驗(yàn)值的影響，再將校驗(yàn)數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)進(jìn)行XOR運(yùn)算，形成新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后寫入各自的磁盤。 計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介XOR2號(hào)磁盤數(shù)據(jù)1，2，3，4號(hào)磁盤的校驗(yàn)數(shù)據(jù)1，3，4號(hào)磁盤的校驗(yàn)數(shù)據(jù)（去除2號(hào)磁盤的影響）例 除去2號(hào)磁盤對(duì)校驗(yàn)值的影響計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介新

12、數(shù)據(jù)寫入獨(dú)立訪問(wèn)陣列的過(guò)程（更新校驗(yàn)數(shù)據(jù)和寫入新數(shù)據(jù)）從主機(jī)I/O控制器接收I/O請(qǐng)求和新數(shù)據(jù)；讀出將被替代分塊的原有數(shù)據(jù)；讀出該塊的校驗(yàn)數(shù)據(jù)；對(duì)校驗(yàn)數(shù)據(jù)與原有數(shù)據(jù)實(shí)施XOR操作（去除原有數(shù)據(jù)對(duì)校驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響）；對(duì)該校驗(yàn)數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)實(shí)施XOR操作（得到新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)）；將新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)寫入磁盤；將新數(shù)據(jù)寫入磁盤。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-23 讀、修改及寫周期數(shù)據(jù)磁盤數(shù)據(jù)磁盤數(shù)據(jù)磁盤校驗(yàn)磁盤XORXOR讀寫I/O請(qǐng)求（更新磁盤3）計(jì)算新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)從校驗(yàn)數(shù)據(jù)中去除原有數(shù)據(jù)的影響RAID控制器新數(shù)據(jù)新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)原有數(shù)據(jù)原有數(shù)據(jù)原有的校驗(yàn)數(shù)據(jù)123下圖顯示了一個(gè)帶有4個(gè)成員磁盤陣列（包含校

13、驗(yàn)盤）的讀、修改和寫的過(guò)程，要求更新3號(hào)數(shù)據(jù)盤上的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介獨(dú)立訪問(wèn)陣列的讀、寫性能 在一個(gè)讀、修改和寫周期中，一次單個(gè)驅(qū)動(dòng)器的寫操作需要獨(dú)立訪問(wèn)陣列做4次數(shù)據(jù)傳輸，從而導(dǎo)致開(kāi)銷增大。所以獨(dú)立訪問(wèn)陣列的讀操作比其寫操作快的多。它的寫操作慢于連鎖訪問(wèn)陣列和單個(gè)磁盤。使用磁盤寫緩存減少額外開(kāi)銷 計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-24 回寫緩存減少了由讀、修改和寫的回復(fù)數(shù)據(jù)磁盤數(shù)據(jù)磁盤數(shù)據(jù)磁盤校驗(yàn)磁盤123XOR保存寫回寫磁盤緩存RAID控制器新數(shù)據(jù)新數(shù)據(jù)新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)讀磁盤更新磁盤1+2下圖顯示了一個(gè)回寫緩存示例，它的作用是保存陣列寫，直到有足夠多

14、的數(shù)據(jù)，即占有分條中的多數(shù)分塊為止。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介XOR磁盤 為了滿足一些RAID 子系統(tǒng)的要求，XOR功能可以集成到磁盤驅(qū)動(dòng)器控制器中用來(lái)提高性能。其基本思想是：將多個(gè)I/O操作和XOR功能組合在一起，形成一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器的請(qǐng)求。（原有校驗(yàn)數(shù)據(jù)）XOR（原有數(shù)據(jù)）XOR（新數(shù)據(jù)）= 新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)表達(dá)式修改后（原有數(shù)據(jù)）XOR（新數(shù)據(jù)）XOR （原有校驗(yàn)數(shù)據(jù)）= 新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介帶有XOR功能的磁盤驅(qū)動(dòng)器具有以下功能：從主機(jī)I/O控制器接受新數(shù)據(jù)；從磁盤讀出原有數(shù)據(jù)；計(jì)算新數(shù)據(jù)和原有數(shù)據(jù)的XOR值；傳送XOR值到陣列中的另一磁盤，如校驗(yàn)數(shù)據(jù)存放的

15、磁盤；從另一磁盤操作接受XOR數(shù)據(jù)，并使之與其數(shù)據(jù)實(shí)行XOR操作，產(chǎn)生即將寫入磁盤的新校驗(yàn)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-25 XOR磁盤驅(qū)動(dòng)器的讀、修改和寫的流水過(guò)程數(shù)據(jù)磁盤數(shù)據(jù)磁盤數(shù)據(jù)磁盤校驗(yàn)磁盤123數(shù)據(jù)磁盤4XORXOR 新數(shù)據(jù)新數(shù)據(jù)原有數(shù)據(jù)XOR原有+新數(shù)據(jù)新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)原有的校驗(yàn)數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)換I/O請(qǐng)求RAID控制器下圖顯示了5個(gè)具有XOR功能磁盤驅(qū)動(dòng)器的陣列，這些XOR磁盤驅(qū)動(dòng)器可以計(jì)算校驗(yàn)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介各級(jí)RAID的比較八十年代，由伯克利完成最初的RAID工作，RAID分為5級(jí)，每級(jí)擁有不同的特性和算法，后又發(fā)展為6級(jí)。隨著時(shí)間的推移，另一級(jí)R

16、AID也廣泛地被工業(yè)界所接受，即RAID0。RAID 0：分條RAID 0是簡(jiǎn)單的不帶校驗(yàn)的磁盤分條。本質(zhì)上它并不是真正的RAID，因?yàn)樗惶峁┤魏涡问降娜哂?。假如RAID 0的磁盤失敗，該磁盤上的數(shù)據(jù)將丟失。典型的RAID 0使用獨(dú)立訪問(wèn)的方法將數(shù)據(jù)分條，然后發(fā)送給成員磁盤。因?yàn)镽AID 0不需要校驗(yàn)計(jì)算，因而它是所有類型的陣列中吞吐量最快的。對(duì)于以性能為第一要求，且數(shù)據(jù)保護(hù)需要最小的應(yīng)用，適合選擇RAID 0。如多媒體產(chǎn)品應(yīng)用。第四講 存儲(chǔ)子系統(tǒng)-RAID (2)計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-26 RAID 0的數(shù)據(jù)映射虛擬驅(qū)動(dòng)器成員磁盤1成員磁盤2成員磁盤3成員磁盤4RAID

17、0的數(shù)據(jù)映射 RAID 0具有邏輯磁盤到物理磁盤的映射功能，實(shí)現(xiàn)虛擬磁盤管理計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-27 RAID 1中的磁盤映射虛擬磁盤成員磁盤1成員磁盤2RAID 1：鏡像 RAID 1是非校驗(yàn)的RAID級(jí)，其數(shù)據(jù)保護(hù)和傳輸性能都很優(yōu)秀。RAID 1的數(shù)據(jù)映射：對(duì)一個(gè)磁盤的操作時(shí)對(duì)另一個(gè)磁盤同樣實(shí)施。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介RAID 2：專有的校驗(yàn)碼磁盤訪問(wèn) RAID 2的定義涉及RAID控制器中的錯(cuò)誤校驗(yàn)電路，由RAID控制器執(zhí)行。今天，該項(xiàng)功能已被集成到磁盤驅(qū)動(dòng)器中。RAID 2沒(méi)有形成產(chǎn)品，文獻(xiàn)中也幾乎被忽略。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介RAID 3：

18、使用專有校驗(yàn)磁盤的并行（連鎖）訪問(wèn)RAID 3子系統(tǒng)將數(shù)據(jù)分條存放到陣列中的所有驅(qū)動(dòng)器，將校驗(yàn)數(shù)據(jù)寫到陣列中的一個(gè)另外的校驗(yàn)磁盤。RAID 3被認(rèn)為是校驗(yàn)RAID。本講前面所討論的連鎖訪問(wèn)RAID都屬于RAID 3。為了獲得高性能，RAID 3需要同步磁盤轉(zhuǎn)動(dòng)。由于嚴(yán)格控制磁盤操作很困難，所以RAID 3很少在主機(jī)卷管理軟件中實(shí)現(xiàn)，而在帶有集成RAID控制器的RAID子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。RAID 3的大部分性能優(yōu)勢(shì)來(lái)自于緩存和高磁盤轉(zhuǎn)速。RAID 3技術(shù)已不多見(jiàn)。RAID 3適用于寫性能要求嚴(yán)格的環(huán)境中，也適合大的順序訪問(wèn)應(yīng)用，如數(shù)據(jù)挖掘、多媒體/電影制作等。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介RAI

19、D 3的數(shù)據(jù)映射：如圖4-5所示圖4-5 寫數(shù)據(jù)到并行訪問(wèn)的分條陣列 T=0 T=1 T=2 T=3 T=4驅(qū)動(dòng)器1緩沖接受 驅(qū)動(dòng)器1寫數(shù)據(jù) 驅(qū)動(dòng)器2寫數(shù)據(jù) 驅(qū)動(dòng)器3寫數(shù)據(jù) 驅(qū)動(dòng)器4寫數(shù)據(jù) 驅(qū) 動(dòng)器2等就緒 驅(qū)動(dòng)器2緩沖接受 驅(qū)動(dòng)器3緩沖接受 驅(qū)動(dòng)器4緩沖接受 驅(qū)動(dòng)器1緩沖接受 計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介RAID 4：使用專用校驗(yàn)磁盤的獨(dú)立訪問(wèn)RAID 4是一種獨(dú)立訪問(wèn)的RAID實(shí)現(xiàn)，它有一個(gè)專用的校驗(yàn)磁盤。與RAID 3不同的是，RAID 4有更大量的分塊，使多個(gè)I/O請(qǐng)求能同時(shí)處理。它具有讀性能優(yōu)勢(shì)，但寫開(kāi)銷很大，因?yàn)槊看巫x、修改和寫周期中，校驗(yàn)磁盤都被訪問(wèn)2次。當(dāng)RAID 4中的

20、磁盤數(shù)量增加時(shí)，它的寫瓶頸效應(yīng)也會(huì)隨之增加。緩解的辦法是使用回寫緩存。RAID 4的數(shù)據(jù)映射：如下圖所示計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-28 RAID 4的數(shù)據(jù)映射虛擬驅(qū)動(dòng)器XOR成員磁盤1成員磁盤4成員磁盤2成員磁盤3校驗(yàn)成員磁盤RAID 4的數(shù)據(jù)映射：如下圖所示計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介RAID 5：使用分布式校驗(yàn)的獨(dú)立訪問(wèn) RAID 5是一個(gè)獨(dú)立訪問(wèn)的RAID陣列，校驗(yàn)數(shù)據(jù)被分布在陣列中的所有磁盤。由于沒(méi)有一個(gè)專有的校驗(yàn)磁盤，因而沒(méi)有像RAID 4一樣的寫瓶頸。RAID 5比RAID 4更適合支持的磁盤，可以擁有更大的容量和更多的磁盤臂，因而也具有更高的性能。RAID 5

21、的數(shù)據(jù)映射：由于沒(méi)有校驗(yàn)數(shù)據(jù)分布的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，所以在RAID 5中，各廠商實(shí)現(xiàn)的校驗(yàn)數(shù)據(jù)分布方案也不相同。RAID 5陣列的最優(yōu)負(fù)載是事物處理。多個(gè)I/O請(qǐng)求能在RAID子系統(tǒng)中交叉執(zhí)行。對(duì)于寫操作比例很大的應(yīng)用不建議使用RAID 5?；貙懢彺婵梢跃徑庠搯?wèn)題。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-29 RAID 5的數(shù)據(jù)映射校驗(yàn)數(shù)據(jù)分條4校驗(yàn)數(shù)據(jù)分條3校驗(yàn)數(shù)據(jù)分條2校驗(yàn)數(shù)據(jù)分條1成員磁盤虛擬驅(qū)動(dòng)器下圖中的方法：第一個(gè)分條的校驗(yàn)數(shù)據(jù)方在第一個(gè)磁盤上，第二個(gè)分條的校驗(yàn)數(shù)據(jù)方在第二個(gè)磁盤上，以此類推。由于本陣列中只有5個(gè)磁盤，所以第六個(gè)分條的校驗(yàn)數(shù)據(jù)將回放在第一個(gè)驅(qū)動(dòng)器上。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)

22、子系統(tǒng)簡(jiǎn)介RAID 6：使用雙校驗(yàn)的獨(dú)立訪問(wèn)RAID 6提供兩級(jí)冗余，使陣列中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器失敗時(shí)，陣列仍然能夠繼續(xù)工作。一般而言，RAID 6的實(shí)現(xiàn)代價(jià)要比其它級(jí)的RAID高。DAID 6的校驗(yàn)數(shù)據(jù) 使用多種算法，如XOR和其它函數(shù)；在不同的分條上或磁盤上使用排列的數(shù)據(jù)。RAID 6的一維冗余 使用兩個(gè)校驗(yàn)磁盤支持?jǐn)?shù)據(jù)磁盤。例：第一個(gè)校驗(yàn)磁盤支持一種校驗(yàn)算法P，而第二個(gè)校驗(yàn)磁盤支持另一種校驗(yàn)算法Q，使用兩種算法也稱為P+Q校驗(yàn)。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-30 一維 RAID 6的數(shù)據(jù)映射校驗(yàn)數(shù)據(jù)A分條2校驗(yàn)數(shù)據(jù)B分條2校驗(yàn)數(shù)據(jù)A分條1校驗(yàn)數(shù)據(jù)B分條1成員磁盤虛擬驅(qū)動(dòng)器計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)

23、絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介3 RAID 6的二維冗余 二維冗余基于的概念：陣列可以按邏輯安排成由行列組成的矩陣。數(shù)據(jù)的排列以行和列表示，校驗(yàn)數(shù)據(jù)可作為陣列空間的正交矢量來(lái)計(jì)算。 該方法可簡(jiǎn)單地看作MN的矩陣，M個(gè)校驗(yàn)磁盤需要N個(gè)校驗(yàn)計(jì)算，N個(gè)校驗(yàn)磁盤需要M個(gè)校驗(yàn)計(jì)算?？偟男枰ｒ?yàn)磁盤數(shù)為M+N。 二維方法的優(yōu)點(diǎn)之一是可以利用同樣的算法計(jì)算校驗(yàn)數(shù)據(jù)，大大簡(jiǎn)化了用于簡(jiǎn)約功能的操作。4二維RAID 6陣列的數(shù)據(jù)映射 圖4-31所示。實(shí)際上矩陣排列沒(méi)有必要與磁盤排列一致。一般不要將幾排獨(dú)立的陣列構(gòu)造成矩陣，如果這樣做的話，需要陣列具有完全相同的分區(qū)大小和分條深度。而由同一陣列的分區(qū)邏輯地構(gòu)造矩陣將容易的多。

24、計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介 圖4-31 二維RAID 6陣列的數(shù)據(jù)映射虛擬驅(qū)動(dòng)器成員磁盤1成員磁盤2成員磁盤3成員磁盤4校驗(yàn)數(shù)據(jù)磁盤1， XOR磁盤3校驗(yàn)數(shù)據(jù)磁盤2， XOR磁盤4校驗(yàn)數(shù)據(jù)磁盤1， XOR磁盤2校驗(yàn)數(shù)據(jù)磁盤3， XOR磁盤4計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介組合不同級(jí)的RAID 陣列管理軟件可以駐留在RAID子系統(tǒng)中，也可以駐留在主機(jī)卷管理軟件或主機(jī)I/O控制器中。因此，在邏輯上可以把RAID功能分成多層，以取得綜合優(yōu)勢(shì)。例如，將鏡像和分塊組合就可以同時(shí)獲得性能和可靠性（冗余）兩方面的優(yōu)勢(shì)。多層RAID陣列的目標(biāo) 組合多個(gè)RAID級(jí)的目的是揚(yáng)長(zhǎng)避短，用一個(gè)級(jí)的優(yōu)點(diǎn)補(bǔ)償另

25、一級(jí)的缺點(diǎn)，產(chǎn)生具有綜合優(yōu)勢(shì)的混合RAID陣列。 表6-3 不同RAID級(jí)的特點(diǎn)比較RAID級(jí) 相對(duì)優(yōu)點(diǎn) 相對(duì)缺點(diǎn)RAID 0 性能較好 無(wú)冗余RAID 1 無(wú)校驗(yàn)冗余 花費(fèi)較多RAID3 寫開(kāi)銷最小 無(wú)交叉操作RAID 4 少量交叉I/O操作 校驗(yàn)磁盤瓶頸RAID 5 少量交叉I/O操作 寫額外開(kāi)銷較小 計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-32 多個(gè)低級(jí)位置陣列表示為單 個(gè)高級(jí)位置陣列的虛擬成員驅(qū)動(dòng)器磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤最低位置陣列虛擬驅(qū)動(dòng)器的最高位置 為了討論方便，我們將管理磁盤的RAID稱為最低級(jí)，最靠近CPU的RIAD稱為最高級(jí)。最高位置的陣列是虛擬化的，并不包括物

26、理硬件。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介分塊和鏡像的組合：RAID 0+1/RAID 10 RAID 0 和RAID 1的組合稱為RAID 0+1或RAID 10。通過(guò)將RAID 0分條的速度優(yōu)勢(shì)和RAID 1鏡像的冗余進(jìn)行組合，結(jié)果可以產(chǎn)生一個(gè)快速、沒(méi)有寫開(kāi)銷、具有極好冗余性質(zhì)的子系統(tǒng)。如圖4-33所示，此圖中RAID 0部分處于最高位置， RAID 1陣列處于最低位置。 RAID 0+1/RAID 10正變得越來(lái)越流行。RAID 0+1/RAID 10的特點(diǎn)操作量減少，性能不降低；與校驗(yàn)RAID 比，它的寫開(kāi)銷小；一個(gè)帶有X個(gè)虛擬成員驅(qū)動(dòng)器的陣列，在所有X個(gè)驅(qū)動(dòng)器失敗之前，它還能繼續(xù)工作；陣列容量的擴(kuò)展并不減少M(fèi)TDL（平均數(shù)據(jù)丟失時(shí)間）；MTDL取決于單個(gè)磁盤，而不是多個(gè)磁盤；容易使用多個(gè)產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)要點(diǎn)存儲(chǔ)子系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖4-33 RAID 0+1/RAID 10：一個(gè)分塊虛擬驅(qū)動(dòng)器到鏡像磁