第三章陣列技術(shù)總覽

1、第三章 陣列技術(shù)總覽RAID（獨立硬盤冗余陣列）是將多個物理硬盤組合成一個或多個邏輯硬盤的技術(shù)。操作系統(tǒng)識別每個邏輯硬盤為單一的硬盤。這種組合技術(shù)在超過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)將多個物理硬盤組合成一個邏輯盤時，ServeRAID陣列卡以并行的方式同時從多個硬盤傳輸數(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。對多數(shù)據(jù)請求響應(yīng)的能力不但能提高吞吐量，同時也可以減少響應(yīng)時間。并行傳輸及對多請求響應(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)分布方式彌補了操作系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的需求不足。存放在邏輯盤中的一個硬盤的數(shù)據(jù)到下一個硬盤的數(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硬盤到最后一個硬盤的收集叫條帶。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數(shù)。總的來講，陣列中的硬盤個數(shù)越多，所支持的最大條帶大小的值就越小。選擇陣列級別與性能調(diào)優(yōu)邏輯硬盤是用來提高性能和可靠性的。性能提高值取決于你在服務(wù)器所運行的應(yīng)用程序和陣列級別的選擇。每種RAID級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。總而言之，不同的陣列級別支持不同的最少及最大數(shù)量的物理硬盤個數(shù)。當(dāng)你在為你的系統(tǒng)選擇一個RAID級別時，請考慮以下因素：*取決于對應(yīng)的RAID級別*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，總的來說，組成邏輯盤的物理硬盤數(shù)量越多，性能越好。支持的RAID級別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同時支持以下額外的RAID級別： Simple Volume

5、一個單一的硬盤或段，不冗余。 Spanned Volume 兩個或更多具有相同或不同容量的硬盤或段，尾對尾聯(lián)接。一個單一硬盤里的跨越卷不提供冗余功能或性能提高。. RAID Volume 具有同一陣列級別的兩個或更多邏輯盤，尾對尾聯(lián)接。邏輯硬盤可能具有相同或不同的容量，并沒有一起實現(xiàn)條帶化，它們可能冗余，取決于RAID級別。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，但沒有數(shù)據(jù)冗余性。RAID0在所有的陣列級別中提供最大的存儲容量，因為不需要為冗余

6、數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)奇偶校驗提供存儲空間。RAID0要求最小兩個硬盤，并且取決于不同的固件級別或條帶單元大小，支持最大8到16個硬盤。以下為RAID0的原理圖解：由兩個物理硬盤開始 使用兩個物理硬盤來創(chuàng)建一個邏輯盤。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，并沒有冗余性。當(dāng)有一個物理硬盤壞掉后，邏輯盤當(dāng)中配成RAID0的邏輯盤數(shù)據(jù)會丟失，但只是在對應(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)會全部丟失。雖然RAID0o具有丟失數(shù)據(jù)的風(fēng)險性，你仍然想配置邏輯盤成RAID0來使用它的高速度的優(yōu)越性。你可以使用該邏輯盤來存儲每天都會備份并容易重新創(chuàng)建的數(shù)據(jù)。你也有可能想使用RAID0來使用盡可能大的硬盤容量。RAID0提供以下優(yōu)缺點：優(yōu)點缺點持續(xù)的速度，性能高 最大化存儲空間，無需占用空間來放冗余數(shù)據(jù)或奇偶校驗信息。數(shù)據(jù)不具備冗余性，當(dāng)有物理硬盤損壞數(shù)據(jù)會全部丟失。RAID1RAID1使用數(shù)據(jù)鏡象。兩個物理硬盤整合成一個邏輯盤。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

8、硬盤。RAID1提供數(shù)據(jù)冗余和高性能，但是存儲容量減少了。因為數(shù)據(jù)是鏡象的，所以RAID1的邏輯盤的容量會少掉一半。以下是RAID1的原理圖解：最初是兩個物理硬盤用這兩個物理硬盤創(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，如果其中一個物理硬盤壞了，控制器會自動將讀寫請求轉(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。優(yōu)點缺點100%數(shù)據(jù)冗余 高性能 存儲容量會損失一半RAID1ERAID1增強（RAID1E）整合了鏡象和數(shù)據(jù)條帶。該陣列級別的數(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至少需要三個硬盤，取決于固件級別和條帶單元大小，最多支持8或16個硬盤。以下RAID1E的生成圖解：最初是三個物理硬盤使用三個物理硬盤創(chuàng)建一個邏輯盤數(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塊是按一個硬盤為單位來推移的。在RAID1E中，如果一個物理硬盤壞了，控制器會自動將讀寫請求轉(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：優(yōu)點缺點100%數(shù)據(jù)冗余 高性能 存儲容量會損失一半RAID5RAID5是以條帶化及奇偶校驗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)保護的同時能提高吞吐量。當(dāng)你將一個邏輯盤設(shè)置成RAID5時，容量會減少一個硬盤的空間（用來存數(shù)據(jù)的奇偶校效信息）。RAID5能提供比RAID1更高的存儲容量，但是RAID1的性能更好。RAID5需要最少三個硬盤，并且根據(jù)不同的固件版本和條帶單元大小，最多支持8個或16個硬盤。以下是RAID5的原理圖解：由四個物理硬盤開始用三個物理硬盤創(chuàng)建一個邏輯盤，剩余的第四個盤作為熱備盤。

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)的奇偶校驗信息（標(biāo)了）也是條帶，它是由硬盤到另一個硬盤的。奇偶校驗信息塊()包含了同一條帶中其它數(shù)據(jù)塊的表現(xiàn)。舉例來說，在第一個條帶中的奇偶校驗信息塊是塊1和2的表現(xiàn)。如果邏輯盤中的一個物理硬盤壞了，壞掉的物理硬盤的數(shù)據(jù)會重建到熱備盤中。RAID5提供如下的優(yōu)缺點：優(yōu)點缺點100%數(shù)據(jù)冗余 比RAID1或RAID1E提供更多的存儲容量 性能比RAID1或RAID1E低RAID5EERAID5E增強（RAID5EE）跟RAID5是一樣的，只是分配了一個備份盤并且重建的時間更快。該陣列級別是以條帶化及奇偶校驗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)保護的同時能提高吞吐量。當(dāng)一個邏輯盤被配置成RAID5EE，邏輯盤的容量會減少兩個物理硬盤的空間（一個硬盤的空間容量來存奇偶校驗信息別一個用來做熱備）。熱備盤實際上是RAID5EE邏輯盤一部份，跟奇偶校驗信息塊交叉存放，如下圖所示。這樣使得當(dāng)邏輯盤中有一個物理硬盤壞掉的時候數(shù)據(jù)的重建速度更快。RAID5EE需要最少四個硬盤，并且根據(jù)不同的固件版本和條帶單元大小，最多支持8個或16個硬盤。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：由四個物理硬盤開始使用所有

13、的四個物理硬盤創(chuàng)建一個邏輯盤。.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)的奇偶校驗信息（標(biāo)了）也是條帶，它是由硬盤到另一個硬盤的。熱備盤（標(biāo)了S）是與奇偶校驗信息塊交叉存儲的，也是由一個硬盤到另一個硬盤的。當(dāng)一個物理硬盤壞掉后，該壞盤的數(shù)據(jù)被重建。邏輯盤在后臺壓縮，分配的熱備盤變成邏輯盤的一部份。邏輯盤包留RAID5EE的陣列級別。當(dāng)替換掉壞盤后，邏輯盤的數(shù)據(jù)在后臺擴張，最后重新生成最初的條帶配置。RAID5EE提供如下的優(yōu)缺點：優(yōu)點缺點100%數(shù)據(jù)冗余 比RAID1或RAID1E提供更多的存儲容量 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，容量會減少兩個硬盤（用來存奇偶校驗信息）。第二份奇偶校驗信息用來提高冗余性。RAID6可以允許兩塊硬盤同時壞掉，其它的單一陣列級別都是只能允許壞掉一塊。RAID6需要最少四個硬盤，并且根據(jù)不同的固件版本和條帶單元大小，最多支持16個硬盤。以下是RAID6的原理圖解：由六個物理硬盤開始：用其中的四個硬盤創(chuàng)建邏輯盤，讓剩余的兩個硬盤來做熱備盤。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)的奇偶校驗信息（標(biāo)了）是條帶，跟RAID5一樣它是由硬盤到另一個硬盤的。當(dāng)邏輯盤中一個物理硬盤壞掉后，邏輯盤降級仍然具備冗余功能。如果邏輯盤中第二個物理硬盤壞掉，兩個壞盤中的數(shù)據(jù)將會重建到熱備盤中。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，是總概來講的。實際的算法是更為復(fù)雜的。RAID6提供如下的優(yōu)缺點：優(yōu)點缺點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，因為有兩份奇偶校驗信息RAIDx0RAIDx0是指RAID10，50，60.RAIDx0使用跨越邏輯盤

16、。操作系統(tǒng)在識別跨越邏輯盤時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在一個邏輯盤中不能多于16個物理硬盤。然而，RAID10,50,60支持128個硬盤。RAIDx0需要最少4個硬盤最多支持128個硬盤。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，最大的硬盤個數(shù)為12個，所以對應(yīng)的最大子陣列數(shù)為：RAID106, RAID504, RAID603以下是RAID10的

17、原理圖解：由六個物理硬盤開始創(chuàng)建三個邏輯盤（標(biāo)示為A，B，C），每個邏輯盤使用兩個物理硬盤。然后創(chuàng)建一個跨越邏輯盤（標(biāo)為*）來跨越三個邏輯盤。一個子邏輯盤會在每一個邏輯盤(A, B, C)內(nèi)部被創(chuàng)建。然后數(shù)據(jù)會貫穿所有的物理硬盤，創(chuàng)建塊。注意到在每一個邏輯盤中，右邊盤的數(shù)據(jù)是左邊盤的備份。這是因為子邏輯盤(A, B, C)是RAID10中的RAID1，如下圖所示：然后，跨越邏輯盤來創(chuàng)建一個邏輯盤（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，因為邏輯盤是RAIDx0中的RAID0。如下圖所示：跨越陣列中的子邏輯盤陣列級別和跨越陣列級別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物理硬盤壞了，ServeRAID陣列卡會將讀寫操作系統(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：優(yōu)點支持多達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陣列卡認為它是就緒可用的硬盤。Verifying(校驗）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)建一個邏輯盤后清除動作一般是自動進行的。清除邏輯盤會擦除硬盤上最初的1024個扇區(qū)的數(shù)據(jù)。注意：在進行擦除動作時不能做數(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