廉价冗余磁盘阵列

廉价冗余磁盘阵列作为高性能的存储系统，已经得到了越来越广泛的应用。RAID的级别从RAID概念的提出到现在，已经发展了六个级别，其级别分别是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四个级别。下面就介绍这四个级别。RAID0：将多个的磁盘合并成一个大的磁盘，不具有冗余，并行I/O，速度最快。RAID0亦称为带区集。它是将多个磁盘并列起来，成为一个大硬盘。在存放数据时，其将数据按磁盘的个数来进行分段，然后同时将这些数据写进这些盘中。所以，在所有的级别中，RAID0的速度是最快的。但是RAID0没有冗余功能的，如果一个磁盘（物理）损坏，则所有的数据都无法使用。RAID1把磁盘阵列中的硬盘分成相同的两组，互为镜像，当任一磁盘介质出现故障时，可以利用其镜像上的数据恢复，从而提高系统的容错能力。对数据的操作仍采用分块后并行传输方式。所有RAID1不仅提高了读写速度，也加强系统的可靠性。但其缺点是硬盘的利用率低，冗余度为50％。RAID3：RAID3存放数据的原理和RAID0、RAID1不同。RAID3是以一个硬盘来存放数据的奇偶校验位，数据则分段存储于其余硬盘中。它像RAID0一样以并行的方式来存放数，但速度没有RAID0快。如果数据盘（物理）损坏，只要将坏的硬盘换掉，RAID控制系统则会根据校验盘的数据校验位在新盘中重建坏盘上的数据。不过，如果校验盘（物理）损坏的话，则全部数据都无法使用。利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安全性高，但是硬盘利用率得到了很大的提高，为n-1。RAID5：向阵列中的磁盘写数据，奇偶校验数据存放在阵列中的各个盘上，允许单个磁盘出错。RAID5也是以数据的校验位来保证数据的安全，但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位，而是将数据段的校验位交互存放于各个硬盘上。这样任何一个硬盘损坏，都可以根据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据。硬盘的利用率为n-1。6.4廉价磁盘冗余阵列RAID◆廉价磁盘冗余阵列RedundantArrayofInexpensiveDisks◆独立磁盘冗余阵列RedundantArrayofIndependentDisks◆简称盘阵列技术1988年，Patterson教授首先提出。◆优点容量大、速度快、可靠性高、造价低廉第六章输入/输出系统1.各级RAID的结构特点RAID级数据磁盘数可正常工作的最多失效盘数检测磁盘数0非冗余8001镜像8182存储器式ECC8143位交叉奇偶校验8114块交叉奇偶校验8115块交叉分布奇偶校验8116P+Q冗余8227Cache+异步8222.各级RAID的共性◆RAID由一组物理磁盘驱动器组成，操作系统视之为一个逻辑驱动器；◆数据分布在一组物理磁盘上；◆冗余信息被存储在冗余磁盘空间中，保证磁盘在万一损坏时可以恢复数据；◆其中第2、3个特性在不同的RAID级别中的表现不同，RAID0不支持第3个特性。6.4廉价磁盘冗余阵列RAID3.有关RAID的几个问题(1)关键问题：如何发现磁盘的失效磁盘技术提供了故障检测操作的信息。(2)设计的另一个问题如何减少平均修复时间MTTR典型的做法：在系统中增加热备份盘(3)热切换技术与热备份盘相关的一种技术6.4廉价磁盘冗余阵列RAID6.4.1RAID0◆数据分块，即把数据分布在多个盘上。◆非冗余阵列、无冗余信息。◆严格地说，它不属于RAID系列。MNOetc...IJKLEFGHABCD6.4廉价磁盘冗余阵列RAID6.4.2RAID1亦称镜像盘，使用双备份磁盘。每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，形成信息的两份复制品。GGHHEEFFCCDDAABB==6.4廉价磁盘冗余阵列RAID1.RAID1的特点◆读性能好RAID1的性能能够达到RAID0性能的两倍。◆写性能由写性能最差的磁盘决定。相对以后各级RAID来说，RAID1的写速度较快。◆可靠性很高◆最昂贵的解决方法，物理磁盘空间是逻辑磁盘空间的两倍。6.4廉价磁盘冗余阵列RAID3.RAID2特点◆并行存取，各个驱动器同步工作。◆使用海明编码来进行错误检测和纠正，数据传输率高。◆需要多个磁盘来存放海明校验码信息，冗余磁盘数量与数据磁盘数量的对数成正比。◆是一种在多磁盘易出错环境中的有效选择。并未被广泛应用，目前还没有商业化产品。6.4廉价磁盘冗余阵列RAID6.4.4RAID31.位交叉奇偶校验盘阵列2.单盘容错并行传输：数据以位或字节交叉存储，奇偶校验信息存储在一台专用盘上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校验码B校验码C校验码D校验码校验码产生器位或字节6.4廉价磁盘冗余阵列RAID3.RAID3特点◆将磁盘分组，读写要访问组中所有盘，每组中有一个盘作为校验盘。◆校验盘一般采用奇偶校验。◆简单理解：先将分布在各个数据盘上的一组数据加起来，将和存放在冗余盘上。一旦某一个盘出错，只要将冗余盘上的和减去所有正确盘上的数据，得到的差就是出错的盘上的数据。◆缺点：恢复时间较长。6.4廉价磁盘冗余阵列RAID6.4.5RAID41.专用奇偶校验独立存取盘阵列2.数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘，奇偶校验信息存在一台专用盘上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校验码B校验码C校验码D校验码校验码产生器数据块6.4廉价磁盘冗余阵列RAID3.RAID4特点◆冗余代价与RAID3相同◆访问数据的方法与RAID3不同在RAID3中，一次磁盘访问将对磁盘阵列中的所有磁盘进行操作。RAID4出现的原因：希望使用较少的磁盘参与操作，以使磁盘阵列可以并行进行多个数据的磁盘操作。6.4廉价磁盘冗余阵列RAID6.4.6RAID51.块交叉分布式奇偶校验盘阵列2.数据以块交叉的方式存于各盘，无专用冗余盘，奇偶校验信息均匀分布在所有磁盘上。6.4廉价磁盘冗余阵列RAID3.RAID4和RAID5中的信息分布RAID3和RAID4159131721…..2610141822…..3711151925…..P0P1P2P3P4P5…..04812P420…..159P31621…..26P2131722…..3P110141825…..P07111519P5…..RAID5048121620…..6.4廉价磁盘冗余阵列RAID3.RAID6特点◆写入数据要访问1个数据盘和2个冗余盘；◆可容忍双盘出错；◆存储开销是RAID5的两倍，RAID6的写过程需要6次磁盘操作。6.4廉价磁盘冗余阵列RAID6.4.9RAID的实现与发展1.实现盘阵列的方式主要有三种◆软件方式：阵列管理软件由主机来实现优点：成本低缺点：过多地占用主机时间，并且带宽指标上不去。◆阵列卡方式：把RAID管理软件固化在I/O控制卡上，从而可不占用主机时间，一般用于工作站和PC机。6.4廉价磁盘冗余阵列RAID◆子系统方式：这是一种基于通用接口总线的开放式平台，可用于各种主机平台和网络系统。2.盘阵列技术研究的主要热点问题◆新型阵列体系结构；◆RAID结构与其所记录文件特性的关系；◆在RAID冗余设计中，综合平衡性能、可靠性和开销的问题；◆超大型盘阵列在物理上如何构造和连结的问题。6.4廉价磁盘冗余阵列RAID