廉价磁盘冗余阵列RAID

1／266.4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8223／262.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RAID4／263.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RAID5／266.4.1RAID0◆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RAID阵列管理条带0条带1条带1条带2条带3条带4条带5条带6条带7条带8条带9条带10条带11条带0条带2条带3条带4条带5条带6条带7条带8条带9条带10条带11逻辑盘物理盘0物理盘1物理盘2物理盘3◆RAID0中的数据映射7／266.4.2RAID1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RAID8／261.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RAID9／262.RAID1中的镜像和分块如何相互作用？◆RAID0+1先分块后镜像MNOetc...IJKLEFGHABCDMNOetc...IJKLEFGHABCD6.4廉价磁盘冗余阵列RAID10／26◆RAID1+0先镜像后分块NJFBOKGCetc...LHDMIEANJFBOKGCetc...LHDMIEA6.4廉价磁盘冗余阵列RAID11／266.4.3RAID21.位交叉式海明编码阵列2.各个数据盘上的相应位计算海明校验码，编码位被存放在多个校验（Ecc）磁盘的对应位上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3Ecc/AxEcc/BxEcc/CxEcc/DxEcc/AyEcc/ByEcc/CyEcc/DyEcc/AzEcc/BzEcc/CzEcc/Dz6.4廉价磁盘冗余阵列RAID12／263.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RAID13／266.4.4RAID31.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RAID14／263.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RAID15／264.RAID3读写特点假定：有4个数据盘和一个冗余盘◆读出数据，一共需要5次磁盘读操作；◆写数据需要3次磁盘读和2次磁盘写操作。D0'D0D1D2D3PD1D2D3P'D0'读操作读操作读操作写操作写操作异或6.4廉价磁盘冗余阵列RAID16／266.4.5RAID41.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RAID17／263.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RAID18／264.RAID4读写特点假定:有4个数据盘和一个冗余盘◆读出数据，对两个磁盘的两次读操作；◆写数据需要2次磁盘读和2次磁盘写操作。D0'D0D1D2D3PD1D2D3P'D0'读操作读操作写操作写操作异或异或6.4廉价磁盘冗余阵列RAID19／266.4.6RAID51.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RAID20／26C4D44校验码E4A3C3D3A2B2D2A1B1C1A0B0C0D00校验码1校验码2校验码3校验码校验码产生器E1E2E3B46.4廉价磁盘冗余阵列RAID21／263.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RAID22／266.4.7RAID61.双维奇偶校验独立存取盘阵列2.数据以块（块大小可变）交叉方式存于各盘，检、纠错信息均匀分布在所有磁盘上。C2D3D校验码C1D2A2D1A1B1A0B0C00校验码1校验码B校验码3校验码校验码产生器B22校验码C校验码A校验码6.4廉价磁盘冗余阵列RAID23／263.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RAID24／266.4.8RAID7◆采用Cache和异步技术的RAID6◆较高的响应速度和传输速率C0B0B1A0A1A2实时操作系统A校验码B校验码C校验码B2C1C26.4廉价磁盘冗余阵列RAID25／266.4.9RAID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RAID26／26◆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