服务器RAID技术及应用

服务器RAID技术及应用范广敏服务器网络事业部联想集团有限公司什么是RAID？RAID技术是怎样实现数据保护的？RAID技术带给用户什么价值？RAID技术及应用我们的目标培训内容RAID术语RAID技术的实现IDERAID与SCSIRAID技术及应用常用RAID卡产品介绍问题与讨论RAID技术及应用RAID技术的定义RAIDRedundantArrayofIndependentDisksRAID是将同一阵列中的多个磁盘视为单一的虚拟磁盘，数据是以分段的方式顺序存放于磁盘阵列中。RAID术语RAID技术及应用DiskSpanningDiskSpanning数据跨盘技术使多个硬盘像一个硬盘那样工作用廉价的资源来突破现有硬盘空间限制最大限度的利用磁盘空间不能改善硬盘的可靠性和速度JBOD(JustABunchOfDisks)1234File12341200MB300MB400MB400MB100MBRAID技术及应用RAID术语DiskStripingDiskStriping将数据按照一定大小分成多个数据块，这些数据块可以被分别存放在不同的物理盘上系统在从特定硬盘读取数据时可以通知下个目标盘准备数据提高系统读写数据的性能File12341234RAID术语RAID技术及应用DiskMirroringDiskMirroring将相同的数据同时写入多个硬盘中当某个物理硬盘失效时，提供数据资料的保护能力降低系统写数据的性能File123412341234RAID术语RAID技术及应用HotSwapHotSwap处于运行状态的磁盘阵列子系统当出现单个物理盘失效的情况时，采用新硬盘将失效物理盘在线替换，同时保证系统稳定运行只有RAID级别为1、3、5、10、30、50的阵列才提供该功能123412412541234RAID术语RAID技术及应用ParityParity来自多个物理磁盘上的数据通过异或(XOR)操作运算产生的冗余奇偶数据当单个硬盘失效时，这些冗余数据能够通过与其它物理磁盘上的数据进行异或(XOR)操作而恢复由于硬盘失效而丢失的数据产生的冗余数据可以被存放于一个专作奇偶校验用的硬盘上，也可以将这些奇偶校验数据分散分布在磁盘阵列的全部硬盘中产生和存储奇偶校验数据需要一些额外的操作，目前产生奇偶校验数据有两种方式：硬件生成和软件计算。RAID术语RAID技术及应用培训内容RAID术语RAID技术的实现IDERAID与SCSIRAID技术及应用常用RAID卡产品介绍问题与讨论RAID技术及应用RAIDLevels—RAID0RAID0Striping数据以分段（1K-8MByte）的方式放在磁盘阵列中，没有校验数据。没有容错能力，同一通道4个1GB的硬盘做RAID0的效率是1个4GB硬盘的3-3.5倍；RAID技术的实现RAID技术及应用A0A1A2A3A4A5A6A74N-24N-14N4N-3............磁盘0磁盘2磁盘3磁盘1RAIDLevels—RAID1RAID1Mirroring使磁盘读取的效率增加，但写入的效率降低通过数据直接备份具有容错能力RAID技术的实现RAID技术及应用A0A0A1A1NN......磁盘0磁盘1RAIDLevels—RAID3RAID3StripingwithDedicatedParityDrive有校验数据，提供数据容错能力当单个硬盘失效时，会产生奇偶盘I/O瓶颈效应A2P1A3A5P24N-24N-14N-3............磁盘0磁盘1磁盘2磁盘3P1A0A1P2A4PNRAID技术的实现RAID技术及应用RAIDLevels—RAID5RAID5StripingwithDistributedParity有校验数据，提供数据容错能力校验值分散在各个盘的不同位置，相当程度的分散了负载，故有较好的性能，尤其是对小型数据。RAID5适用于银行和股市的联机交易系统（OLTP）。A1A2A4A5A64N-24N-14N-3............磁盘0磁盘1磁盘2磁盘3P1A74N...磁盘4P1A0P2PNA3RAID技术的实现RAID技术及应用RAIDLevels—RAID10TwoRAID1’sStripedRAID技术的实现RAID技术及应用RAIDLevels—RAID30TwoRAID3’sStripedRAID技术的实现RAID技术及应用RAIDLevels—RAID50TwoRAID5’sStripedRAID技术的实现RAID技术及应用培训内容RAID术语RAID技术的实现IDERAID与SCSIRAID技术及应用常用RAID卡产品介绍问题与讨论RAID技术及应用SCSI与IDESCSI(SmallComputerSystemInterface)定义了一种输入/输出总线和逻辑接口，主要目标是提供一种设备独立的机制用来连接主机和访问设备。IDE（Intergradeddriveelectronics)现在PC机使用的主流硬盘接口IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用IDERAID基于IDE接口的RAID应用产品称为IDERAID与SCSIRAID相比有及具竞争力的性价比为中低端应用的服务器产品提供更强的数据处理和数据保护以及较高的性能价格比支持RAID0，1，0+1，5IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用SCSIRAID基于SCSI接口的RAID应用产品称为SCSIRAID多个I/O并行操作，设备传输速度快；可扩展性好，最多可连接15个外部scsi设备；支持RAID级别多，RAID0、RAID1、RAID10、RAID3、RAID5、RAID30、RAID50、JBOD等；支持Hotspare,在线热插拔，性能更稳定、可靠性更好；IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用为什么用RAID卡用户对磁盘系统的四大要求增加磁盘I/O存取速度数据安全性要求，及容错（Faulttolerance）的能力有效的利用磁盘空间分担主机CPU的I/O事务降低内存及磁盘的性能差异提高计算机的整体工作性能IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用IDERAID卡将若干IDE硬盘做成一个或几个阵列盘，提高了系统中磁盘I/O的性能，并且使磁盘系统具有数据镜像的安全保护功能。具有可管理性，在操作系统支持下，管理软件可监控阵列的状态，添加和删除阵列，在线数据恢复等；最多支持4个硬盘，可实现RAID0、1、0+1QW1060、1600B应用了IDERAID卡，2100主板集成IDERAID控制器IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用SCSIRAID卡将若干硬盘做成一个或几个阵列盘，提高了系统中磁盘I/O的性能，并且使磁盘系统具有容错的安全保护功能。通过磁盘Cache的运用，提高系统的存取速度，结合SAF-TE（SCSIAccessFaultTolerantEnclosure）对磁盘阵列中的磁盘进行监控管理，管理的人机接口有1）RAID卡本身的指示报警；2）具有SAF-TE功能的热插拔背板；3）操作系统上安装的监控软件。IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用SCSIRAID卡的结构SCSI控制器RAID处理器FirmwareCACHEMEMORY指示报警电池通道B通道APCI总线SCSI终结器IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用磁盘CACHERAID卡提高磁盘读写性能的另一手段是：磁盘CACHE。CPU系统CACHEMemoryMemory控制器RAIDCPU磁盘CACHESCSI控制器SCSI硬盘IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用磁盘CACHE的两大工作：磁盘I/O从磁盘读写入磁盘首先从CACHE读首先往CACHE写无CACHE有CACHE预读回写IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用预读ReadAheadPre-Fetch预读的两种方式CACHE预读提高了计算机系统中的硬盘读的功能，尤其是在读取含有大量文件碎片的文件时。具有良好预读功能的RAID卡能在看起来很随机的读访问中，识别出读取磁盘的规律，通过这个规律提前将系统要读取的数据放在CACHE中。IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用ReadaheadPre-Fetch当RAID卡发现系统要读的是先前已经读过的数据时，在这一次，便将这一个数据块的数据写到CACHE里。—对于程序文件的读取有利—对于数据文件的读取有利,特别是系统CPU的性能低时.由于硬盘数据经常是以一族连续的硬盘扇区组织起来的，所以有时侯如把系统所请求的扇区随后的一个扇区里的数据同时读进来是有价值的。IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用回写回写是通过暂时将数据存在CACHE里，从而推迟将数据写到慢设备（如硬盘、磁带机）的一种工作方式。数据将在随后的时间，硬盘闲置的时候写到硬盘中。写的时候也是统一将CACHE内的尚未写出的数据按照数据块的在硬盘中的BLOCK序号写入，这样可以提高写的效率。IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用系统block7block1block5block3123456789block1block3block5block7注：回写需要加电池给CACHE供电，以免数据在写到硬盘之前系统断电导致硬盘数据丢失。电梯式回写IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用通写通写模式下，所有数据在以命令完成状态返回到计算机之前，直接写到硬盘。系统block7block1block5block3123456789IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用磁盘Cache性能分析容量增加CACHE大小对于预读来说，为系统提供了更多的来自CACHE的可供读取的记录。对于回写来说，允许控制卡保存更多的记录留待后期写磁盘。特别是对于电梯式回写，使得连续的回写段之间有更近的间隔，降低硬盘写操作的平均访时间并提高了吞吐率。1、当用户数很多而且不是都访问相同的数据。2、当数据文件很大时。大容量cacheIDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用磁盘CACHE的类型EDO：工作频率在33MHz，RAID处理器频率低于100MHz时SDRAM:工作频率在66MHz，RAID处理器频率高于100MHz时---提高系统I/O的速度ECC：对CACHE数据进行校验Non-ECC：不对CACHE数据进行校验---提高系统I/O的可靠性Mylex的RAID卡需要ECC的；Adaptec的RAID卡没限定磁盘Cache性能分析IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用带RAID卡SCSI系统硬件框图HOSTRAID处理器FirmwareCacheMemorySCSI主控制器ID=7SCSIID=0SCSIID=5终结器终结器SCSI总线背板HSCID=6IDERAID与SCSIRAID技术及应用RAID技术及应用RAID处理器是一个PCI从设备，接受并执行来自系统的命令。同时占用PCI中断，代表SCSI磁盘子系统向系统。提出中断请求，请求占用PCI总线，返回对系统。命令的响应，如输送SCSI硬盘上的数据。作为RAID卡的CPU，通过执行闪存中的Firmware，控制SCSI控制器、CacheMemory以及指示报警电路，来实现RAID卡的功能，运作流程如流程图所示。初始化RAID卡寄存器发送配置提示、响应HOST命令进入配置界面提供配置菜单、将用户提供的RAID卡参数、RAID参数存入NVRAM根据RAID参数，通过SCSI控制器对硬盘进行初始化写操作完成配置读取NVRAM内的上次RA