第三章陣列技術(shù)總覽

1、第三章 陣列技術(shù)總覽RAID（獨(dú)立硬盤冗余陣列）是將多個(gè)物理硬盤組合成一個(gè)或多個(gè)邏輯硬盤的技術(shù)。操作系統(tǒng)識(shí)別每個(gè)邏輯硬盤為單一的硬盤。這種組合技術(shù)在超過(guò)單一硬盤限制的前提下，大大提高了邏輯硬盤的容量及性能。當(dāng)將多個(gè)物理硬盤組合成一個(gè)邏輯盤時(shí)，ServeRAID陣列卡以并行的方式同時(shí)從多個(gè)硬盤傳輸數(shù)據(jù)。這種并行傳輸數(shù)據(jù)的方式比非組合硬盤的速度要快好幾倍。這種速度的提高使得系統(tǒng)可以更好地滿足吞吐量或多用戶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需要。對(duì)多數(shù)據(jù)請(qǐng)求響應(yīng)的能力不但能提高吞吐量，同時(shí)也可以減少響應(yīng)時(shí)間。并行傳輸及對(duì)多請(qǐng)求響應(yīng)的連續(xù)響應(yīng)的結(jié)合，使得硬盤可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中提供高效的性能。條帶單元大小在RAID技術(shù)里，數(shù)據(jù)是

2、以條帶的形式貫穿在物理硬盤組合里的。這種數(shù)據(jù)分布方式彌補(bǔ)了操作系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的需求不足。存放在邏輯盤中的一個(gè)硬盤的數(shù)據(jù)到下一個(gè)硬盤的數(shù)據(jù)間隔為條帶單元。你可以設(shè)條帶大小為16, 32, 64, 128, 256（默認(rèn)值），512 或 1024 KB。你可以將條帶單元大小設(shè)置成與系統(tǒng)I/O需求大小或相近值來(lái)最優(yōu)化你的系統(tǒng)性能。例如，在基于事務(wù)處理的環(huán)境，一般會(huì)牽涉到大塊數(shù)據(jù)處理，將條帶單元大小設(shè)成64 KB 或 128 KB可能帶來(lái)最優(yōu)化的性能。然而，在文件與打印處理的環(huán)境中，一般是多小塊數(shù)據(jù)量的處理事務(wù)，將條帶單元設(shè)成16KB性能比較好。條帶單元從邏輯盤的第一個(gè)硬盤到最后一個(gè)硬盤的收集叫條帶。注意

3、：RAID 6和RAID 60所支持的最大條帶大小取決于陣列的硬盤個(gè)數(shù)?？偟膩?lái)講，陣列中的硬盤個(gè)數(shù)越多，所支持的最大條帶大小的值就越小。選擇陣列級(jí)別與性能調(diào)優(yōu)邏輯硬盤是用來(lái)提高性能和可靠性的。性能提高值取決于你在服務(wù)器所運(yùn)行的應(yīng)用程序和陣列級(jí)別的選擇。每種RAID級(jí)別提供不同層次的冗余（數(shù)據(jù)冗余性），物理硬盤容量的利用率，讀寫性能?？偠灾?，不同的陣列級(jí)別支持不同的最少及最大數(shù)量的物理硬盤個(gè)數(shù)。當(dāng)你在為你的系統(tǒng)選擇一個(gè)RAID級(jí)別時(shí)，請(qǐng)考慮以下因素：*取決于對(duì)應(yīng)的RAID級(jí)別*只適用于ServeRAID-8i卡不適用于ServeRAID-8k-l 物理硬盤的利用率，讀寫性能取決于組成邏輯盤的物

4、理硬盤數(shù)量，總的來(lái)說(shuō)，組成邏輯盤的物理硬盤數(shù)量越多，性能越好。支持的RAID級(jí)別ServeRAID-8i陣列卡支持RAID0,RAID1, RAID1E, RAID5, RAID5EE, RAID6, RAID10, RAID50, RAID60。ServeRAID-8k陣列卡支持RAID0,RAID1, RAID1E, RAID5, RAID5EE, RAID6, RAID10。ServeRAID-8k-l陣列卡支持RAID0,RAID1,10。ServeRAID-8i, ServeRAID-8k,和 ServeRAID-8k-l同時(shí)支持以下額外的RAID級(jí)別： Simple Volume

5、一個(gè)單一的硬盤或段，不冗余。 Spanned Volume 兩個(gè)或更多具有相同或不同容量的硬盤或段，尾對(duì)尾聯(lián)接。一個(gè)單一硬盤里的跨越卷不提供冗余功能或性能提高。. RAID Volume 具有同一陣列級(jí)別的兩個(gè)或更多邏輯盤，尾對(duì)尾聯(lián)接。邏輯硬盤可能具有相同或不同的容量，并沒(méi)有一起實(shí)現(xiàn)條帶化，它們可能冗余，取決于RAID級(jí)別。注意：RAID卷可以從RAID0,RAID1, RAID5成員里創(chuàng)建。在同一RAID卷里不能創(chuàng)建不同的陣列級(jí)別。RAID0RAID0的數(shù)據(jù)條帶貫穿邏輯盤里的所有硬盤。這樣能提供持續(xù)的速度提高，但沒(méi)有數(shù)據(jù)冗余性。RAID0在所有的陣列級(jí)別中提供最大的存儲(chǔ)容量，因?yàn)椴恍枰獮槿哂?/p>

6、數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)提供存儲(chǔ)空間。RAID0要求最小兩個(gè)硬盤，并且取決于不同的固件級(jí)別或條帶單元大小，支持最大8到16個(gè)硬盤。以下為RAID0的原理圖解：由兩個(gè)物理硬盤開始 使用兩個(gè)物理硬盤來(lái)創(chuàng)建一個(gè)邏輯盤。數(shù)據(jù)以條帶的形式貫穿所有的硬盤，創(chuàng)建塊。注意到數(shù)據(jù)是以條帶的形式貫穿在邏輯盤里的所有硬盤當(dāng)中的，并沒(méi)有冗余性。當(dāng)有一個(gè)物理硬盤壞掉后，邏輯盤當(dāng)中配成RAID0的邏輯盤數(shù)據(jù)會(huì)丟失，但只是在對(duì)應(yīng)的邏輯盤中的數(shù)據(jù)。配成RAID1,1E,5,5EE,6的邏輯盤的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。當(dāng)你將壞盤替換掉后，ServeRAID陣列卡可以將所有的RAID1,1E,5,5EE,6的邏輯盤自動(dòng)在新替換的硬盤上做自建工作

7、。然而，所有存在失敗的RAID0邏輯盤的數(shù)據(jù)會(huì)全部丟失。雖然RAID0o具有丟失數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)性，你仍然想配置邏輯盤成RAID0來(lái)使用它的高速度的優(yōu)越性。你可以使用該邏輯盤來(lái)存儲(chǔ)每天都會(huì)備份并容易重新創(chuàng)建的數(shù)據(jù)。你也有可能想使用RAID0來(lái)使用盡可能大的硬盤容量。RAID0提供以下優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)持續(xù)的速度，性能高 最大化存儲(chǔ)空間，無(wú)需占用空間來(lái)放冗余數(shù)據(jù)或奇偶校驗(yàn)信息。數(shù)據(jù)不具備冗余性，當(dāng)有物理硬盤損壞數(shù)據(jù)會(huì)全部丟失。RAID1RAID1使用數(shù)據(jù)鏡象。兩個(gè)物理硬盤整合成一個(gè)邏輯盤。數(shù)據(jù)貫穿在邏輯盤中。條帶中的第一半是源數(shù)據(jù)，第二半是數(shù)據(jù)的鏡象（也就是拷貝），是將數(shù)據(jù)寫到RAID1邏輯盤中的另一個(gè)

8、硬盤。RAID1提供數(shù)據(jù)冗余和高性能，但是存儲(chǔ)容量減少了。因?yàn)閿?shù)據(jù)是鏡象的，所以RAID1的邏輯盤的容量會(huì)少掉一半。以下是RAID1的原理圖解：最初是兩個(gè)物理硬盤用這兩個(gè)物理硬盤創(chuàng)建邏輯盤數(shù)據(jù)是以條帶的形式貫穿兩個(gè)硬盤。注意到右邊盤的數(shù)據(jù)是左邊盤的備份。在RAID1中，如果其中一個(gè)物理硬盤壞了，控制器會(huì)自動(dòng)將讀寫請(qǐng)求轉(zhuǎn)到邏輯盤中剩余的完好的硬盤上。RAID1提供如下的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)100%數(shù)據(jù)冗余 高性能 存儲(chǔ)容量會(huì)損失一半RAID1ERAID1增強(qiáng)（RAID1E）整合了鏡象和數(shù)據(jù)條帶。該陣列級(jí)別的數(shù)據(jù)條帶及數(shù)據(jù)備份貫穿在邏輯盤中所有的硬盤當(dāng)中。跟RAID1一樣，數(shù)據(jù)是鏡象的，邏輯盤的容量是

9、硬盤總?cè)萘康囊话?。注意：ServeRAID-8k-l陣列卡不支持RAID1ERAID1E跟RAID1類似，它能提供數(shù)據(jù)冗余及高的性能，但存儲(chǔ)容量減少。然而，RAID1E允許使用更多的物理硬盤。RAID1E至少需要三個(gè)硬盤，取決于固件級(jí)別和條帶單元大小，最多支持8或16個(gè)硬盤。以下RAID1E的生成圖解：最初是三個(gè)物理硬盤使用三個(gè)物理硬盤創(chuàng)建一個(gè)邏輯盤數(shù)據(jù)是以條帶的形式貫穿在硬盤當(dāng)中，創(chuàng)建塊。注意到標(biāo)有的是數(shù)據(jù)，標(biāo)有的是拷貝的數(shù)據(jù)條帶。并且注意到鏡象條帶中的每個(gè)塊是按一個(gè)硬盤為單位來(lái)推移的。在RAID1E中，如果一個(gè)物理硬盤壞了，控制器會(huì)自動(dòng)將讀寫請(qǐng)求轉(zhuǎn)到邏輯盤中剩余的完好的硬盤上。RAID1E

10、提供如下的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)100%數(shù)據(jù)冗余 高性能 存儲(chǔ)容量會(huì)損失一半RAID5RAID5是以條帶化及奇偶校驗(yàn)信息貫穿在邏輯盤中的所有硬盤中。注意：ServeRAID-8k-l 陣列卡不支持RAID5。RAID5在提供數(shù)據(jù)保護(hù)的同時(shí)能提高吞吐量。當(dāng)你將一個(gè)邏輯盤設(shè)置成RAID5時(shí)，容量會(huì)減少一個(gè)硬盤的空間（用來(lái)存數(shù)據(jù)的奇偶校效信息）。RAID5能提供比RAID1更高的存儲(chǔ)容量，但是RAID1的性能更好。RAID5需要最少三個(gè)硬盤，并且根據(jù)不同的固件版本和條帶單元大小，最多支持8個(gè)或16個(gè)硬盤。以下是RAID5的原理圖解：由四個(gè)物理硬盤開始用三個(gè)物理硬盤創(chuàng)建一個(gè)邏輯盤，剩余的第四個(gè)盤作為熱備盤。

11、數(shù)據(jù)是以條帶化的形式貫穿所有硬盤中，創(chuàng)建塊。注意到數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)信息（標(biāo)了）也是條帶，它是由硬盤到另一個(gè)硬盤的。奇偶校驗(yàn)信息塊()包含了同一條帶中其它數(shù)據(jù)塊的表現(xiàn)。舉例來(lái)說(shuō)，在第一個(gè)條帶中的奇偶校驗(yàn)信息塊是塊1和2的表現(xiàn)。如果邏輯盤中的一個(gè)物理硬盤壞了，壞掉的物理硬盤的數(shù)據(jù)會(huì)重建到熱備盤中。RAID5提供如下的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)100%數(shù)據(jù)冗余 比RAID1或RAID1E提供更多的存儲(chǔ)容量 性能比RAID1或RAID1E低RAID5EERAID5E增強(qiáng)（RAID5EE）跟RAID5是一樣的，只是分配了一個(gè)備份盤并且重建的時(shí)間更快。該陣列級(jí)別是以條帶化及奇偶校驗(yàn)信息貫穿在邏輯盤中的所有硬盤中。注意

12、：ServeRAID-8k 或 ServeRAID-8k-l陣列卡不支持RAID5EE。RAID5EE在提供數(shù)據(jù)保護(hù)的同時(shí)能提高吞吐量。當(dāng)一個(gè)邏輯盤被配置成RAID5EE，邏輯盤的容量會(huì)減少兩個(gè)物理硬盤的空間（一個(gè)硬盤的空間容量來(lái)存奇偶校驗(yàn)信息別一個(gè)用來(lái)做熱備）。熱備盤實(shí)際上是RAID5EE邏輯盤一部份，跟奇偶校驗(yàn)信息塊交叉存放，如下圖所示。這樣使得當(dāng)邏輯盤中有一個(gè)物理硬盤壞掉的時(shí)候數(shù)據(jù)的重建速度更快。RAID5EE需要最少四個(gè)硬盤，并且根據(jù)不同的固件版本和條帶單元大小，最多支持8個(gè)或16個(gè)硬盤。RAID5EE也是跟特定的固件版本有關(guān)系的。以下是RAID5的原理圖解：由四個(gè)物理硬盤開始使用所有

13、的四個(gè)物理硬盤創(chuàng)建一個(gè)邏輯盤。.數(shù)據(jù)是以條帶化的形式貫穿所有硬盤中，在邏輯盤中創(chuàng)建塊。數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)信息（標(biāo)了）也是條帶，它是由硬盤到另一個(gè)硬盤的。熱備盤（標(biāo)了S）是與奇偶校驗(yàn)信息塊交叉存儲(chǔ)的，也是由一個(gè)硬盤到另一個(gè)硬盤的。當(dāng)一個(gè)物理硬盤壞掉后，該壞盤的數(shù)據(jù)被重建。邏輯盤在后臺(tái)壓縮，分配的熱備盤變成邏輯盤的一部份。邏輯盤包留RAID5EE的陣列級(jí)別。當(dāng)替換掉壞盤后，邏輯盤的數(shù)據(jù)在后臺(tái)擴(kuò)張，最后重新生成最初的條帶配置。RAID5EE提供如下的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)100%數(shù)據(jù)冗余 比RAID1或RAID1E提供更多的存儲(chǔ)容量 性能比RAID5高 性能比RAID1或RAID1E低RAID6RAID6是在

14、RAID5的基礎(chǔ)上具有兩份奇偶校效信息而不是一份。RAID6跟RAID5一樣也是以條帶化及奇偶校驗(yàn)信息貫穿在邏輯盤中的所有硬盤中，只是多了一份數(shù)據(jù)奇偶校效信息。注意：ServeRAID-8k-l陣列卡不支持RAID6。當(dāng)你給邏輯盤分配了RAID6，容量會(huì)減少兩個(gè)硬盤（用來(lái)存奇偶校驗(yàn)信息）。第二份奇偶校驗(yàn)信息用來(lái)提高冗余性。RAID6可以允許兩塊硬盤同時(shí)壞掉，其它的單一陣列級(jí)別都是只能允許壞掉一塊。RAID6需要最少四個(gè)硬盤，并且根據(jù)不同的固件版本和條帶單元大小，最多支持16個(gè)硬盤。以下是RAID6的原理圖解：由六個(gè)物理硬盤開始：用其中的四個(gè)硬盤創(chuàng)建邏輯盤，讓剩余的兩個(gè)硬盤來(lái)做熱備盤。數(shù)據(jù)是以條

15、帶化的形式貫穿所有硬盤中，在邏輯盤中創(chuàng)建塊。數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)信息（標(biāo)了）是條帶，跟RAID5一樣它是由硬盤到另一個(gè)硬盤的。當(dāng)邏輯盤中一個(gè)物理硬盤壞掉后，邏輯盤降級(jí)仍然具備冗余功能。如果邏輯盤中第二個(gè)物理硬盤壞掉，兩個(gè)壞盤中的數(shù)據(jù)將會(huì)重建到熱備盤中。邏輯盤中的數(shù)據(jù)被重新還原到最初的條帶狀態(tài)。注意：:上述的RAID6算法是一種高水平的設(shè)計(jì)，是總概來(lái)講的。實(shí)際的算法是更為復(fù)雜的。RAID6提供如下的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)100%數(shù)據(jù)冗余 超高數(shù)據(jù)冗余 允許壞兩塊硬盤 是臨界應(yīng)用的好方案 性能比RAID5低，因?yàn)橛袃煞萜媾夹ｒ?yàn)信息RAIDx0RAIDx0是指RAID10，50，60.RAIDx0使用跨越邏輯盤

16、。操作系統(tǒng)在識(shí)別跨越邏輯盤時(shí)跟下常的邏輯盤是一樣的。注意：ServeRAID-8k或ServeRAID-8k-l不支持RAID50或60.RAIDx0允許邏輯硬盤由更多的物理硬盤組成。使用RAIDx0的優(yōu)點(diǎn)是可以使用更大的邏輯盤，提高性能與可靠性。RAID0,1E,5,5EE在一個(gè)邏輯盤中不能多于16個(gè)物理硬盤。然而，RAID10,50,60支持128個(gè)硬盤。RAIDx0需要最少4個(gè)硬盤最多支持128個(gè)硬盤。以下列表中的*是表示最小及最大數(shù)量的腳數(shù)（子陣列）：*在本書發(fā)表時(shí)，最大的硬盤個(gè)數(shù)為12個(gè)，所以對(duì)應(yīng)的最大子陣列數(shù)為：RAID106, RAID504, RAID603以下是RAID10的

17、原理圖解：由六個(gè)物理硬盤開始創(chuàng)建三個(gè)邏輯盤（標(biāo)示為A，B，C），每個(gè)邏輯盤使用兩個(gè)物理硬盤。然后創(chuàng)建一個(gè)跨越邏輯盤（標(biāo)為*）來(lái)跨越三個(gè)邏輯盤。一個(gè)子邏輯盤會(huì)在每一個(gè)邏輯盤(A, B, C)內(nèi)部被創(chuàng)建。然后數(shù)據(jù)會(huì)貫穿所有的物理硬盤，創(chuàng)建塊。注意到在每一個(gè)邏輯盤中，右邊盤的數(shù)據(jù)是左邊盤的備份。這是因?yàn)樽舆壿嫳P(A, B, C)是RAID10中的RAID1，如下圖所示：然后，跨越邏輯盤來(lái)創(chuàng)建一個(gè)邏輯盤（標(biāo)*的部份）。數(shù)據(jù)貫穿該邏輯盤并創(chuàng)建塊(1-12)。注意到所有的塊都不是冗余的，因?yàn)檫壿嫳P是RAIDx0中的RAID0。如下圖所示：跨越陣列中的子邏輯盤陣列級(jí)別和跨越陣列級(jí)別10 RAID level

18、-1 RAID level-050 RAID level-5 RAID level-060 RAID level-6 RAID level-0在RAID10，50，60中，如果子邏輯盤中的一個(gè)物理硬盤壞了，ServeRAID陣列卡會(huì)將讀寫操作系統(tǒng)切換到子邏輯盤中剩余的完好的硬盤上。RAIDx0提供如下的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)支持多達(dá)60塊硬盤允許壞兩塊硬盤 100%數(shù)據(jù)冗余 硬盤狀態(tài)描述這一部分提供了物理及邏輯盤狀態(tài)的詳細(xì)描述。物理硬盤狀態(tài)描述以下列表提供了有效硬盤的不同狀態(tài)信息描述：硬盤狀態(tài)代表的意義Defunct（掉線）原來(lái)是在線，熱備或重建狀態(tài)的物理硬盤狀態(tài)變?yōu)榈艟€。該硬盤對(duì)命令不能響應(yīng)，這表明S

19、erveRAID陣列卡不能與該硬盤正常通訊。Hot spare（熱備）當(dāng)類似的硬盤壞掉后自動(dòng)頂替工作的物理硬盤。Online（在線）硬盤是在線的。工作正常并是邏輯盤的一部份。Rebuilding（重建）硬盤在被重建。Ready（就緒）ServeRAID陣列卡認(rèn)為它是就緒可用的硬盤。Verifying(校驗(yàn)）檢查物理硬盤是否有壞塊。邏輯盤的狀態(tài)描述以下列表提供了有效邏輯盤的不同狀態(tài)信息描述：硬盤狀態(tài)代表的意義Clearing清除當(dāng)你創(chuàng)建一個(gè)邏輯盤后清除動(dòng)作一般是自動(dòng)進(jìn)行的。清除邏輯盤會(huì)擦除硬盤上最初的1024個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)。注意：在進(jìn)行擦除動(dòng)作時(shí)不能做數(shù)據(jù)的讀寫操作。Critical臨界如果在RAID1,1E,5,5EE,10,50邏輯盤中包含一個(gè)