服務器RAID技術簡介

1、我們的目標什么是RAID？RAID技術是怎樣實現(xiàn)數(shù)據(jù)保護的？RAID技術帶給用戶什么價值？聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓主要內(nèi)容RAID術語RAID 級別RAID接口技術常用RAID卡產(chǎn)品介紹聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓主要內(nèi)容RAID術語RAID 級別RAID接口技術常用RAID卡產(chǎn)品介紹聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID術語RAID技術定義RAIDRedundant Array of Independent Disks獨立磁盤冗余陣列 （早期又稱Redundant Array of Inexpensive Disks廉價磁盤冗余陣列）RAID是將同一陣列中的多個磁盤視為單一的虛擬磁盤

2、，數(shù)據(jù)是以條帶的方式存放于磁盤陣列中。聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID術語Disk SpanningDisk Spanning 數(shù)據(jù)跨盤技術使多個硬盤像一個硬盤那樣工作用廉價的資源來突破現(xiàn)有硬盤空間限制最大限度的利用磁盤空間不能改善硬盤的可靠性和速度JBOD (Just A Bunch Of Disks)1234File12341200MB300MB400MB400MB100MB聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID術語Disk StripingDisk Striping 將數(shù)據(jù)按照一定大小分成多個數(shù)據(jù)塊，這些數(shù)據(jù)塊可以被分別存放在不同的物理盤上系統(tǒng)在從特定硬盤讀取數(shù)據(jù)時可以通知下個目標

3、盤準備數(shù)據(jù)提高系統(tǒng)讀寫數(shù)據(jù)的性能File12341234聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID術語Disk MirroringDisk Mirroring 將相同的數(shù)據(jù)同時寫入多個硬盤中當某個物理硬盤失效時，提供數(shù)據(jù)資料的保護能力提高系統(tǒng)讀數(shù)據(jù)的性能File123412341234聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID術語Hot SwapHot Swap處于運行狀態(tài)的磁盤陣列子系統(tǒng)當出現(xiàn)單個物理盤失效的情況時，采用新硬盤將失效物理盤在線替換，同時保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行目前只有RAID級別為1、3、5、10、30、50的陣列才提供該功能也被稱為Hot Spare分全局熱備及專屬熱備1234124125

4、41234聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID術語ParityParity來自多個物理磁盤上的數(shù)據(jù)通過異或(XOR)操作運算產(chǎn)生的冗余奇偶數(shù)據(jù)當單個硬盤失效時，這些冗余數(shù)據(jù)能夠通過與其它物理磁盤上的數(shù)據(jù)進行異或(XOR)操作而恢復由于硬盤失效而丟失的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的冗余數(shù)據(jù)可以被存放于一個專作奇偶校驗用的硬盤上，也可以將這些奇偶校驗數(shù)據(jù)分散分布在磁盤陣列的全部硬盤中產(chǎn)生和存儲奇偶校驗數(shù)據(jù)需要一些額外的操作，目前產(chǎn)生奇偶校驗數(shù)據(jù)有兩種方式：硬件生成和軟件計算。聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓主要內(nèi)容RAID術語RAID 級別RAID接口技術常用RAID卡產(chǎn)品介紹聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID

5、級別RAID 0RAID0Striping數(shù)據(jù)以條帶方式放在磁盤陣列中，沒有校驗數(shù)據(jù)。沒有容錯能力能有效提升IO子系統(tǒng)的讀寫能力A0A1A2A3A4A5A6A74N-24N-14N4N-3.磁盤0磁盤2磁盤3磁盤1聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID 級別RAID 1RAID1又稱磁盤鏡像提高磁盤讀取效率，寫入效率略低于單快硬盤（由于有卡和硬盤緩存參與，差異不大）通過數(shù)據(jù)鏡像具有容錯能力A0A0A1A1NN.磁盤0磁盤1聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID 級別RAID 3RAID3固定硬盤做校驗盤，專門存儲校驗信息有校驗數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)容錯能力當有硬盤掉線需要重建時，會產(chǎn)生奇偶盤I/O瓶頸

6、效應A2P1A3A5P24N-24N-14N-3.磁盤0磁盤1磁盤2磁盤3P1A0A1A4PN聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID 級別RAID 5RAID5Striping with Distributed Parity有校驗數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)容錯能力校驗值分散在各個盤的不同位置，相當程度的分散了負載，故有較好的性能，尤其是對小型數(shù)據(jù)。RAID5適用于銀行和股市的聯(lián)機交易系統(tǒng)。最少3塊硬盤A1A2A4A5A64N-24N-14N-3.磁盤0磁盤1磁盤2磁盤3P1A74N.磁盤4P1A0P2PNA3聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID 級別RAID 10兩個RAID1陣列，再做RAID0最多允

7、許兩塊硬盤同時離線，兩塊離線的硬盤不能在同一個RAID1陣列聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID 級別RAID 30兩個RAID3陣列，再做RAID0最多允許兩塊硬盤同時離線，兩塊離線的硬盤不能在同一個RAID3陣列聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID 級別RAID 50兩個RAID5陣列，再做RAID0最多允許兩塊硬盤同時離線，兩塊離線的硬盤不能在同一個RAID5陣列聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓RAID 級別RAID 6RAID6采用P+Q的二維校驗方式，其中P為XOR校驗，而Q校驗采用MDS編碼允許任兩塊硬盤同時離線聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓主要內(nèi)容RAID術語RAID 級別RA

8、ID接口技術常用RAID卡產(chǎn)品介紹聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術硬件RAID的優(yōu)勢 用戶對磁盤系統(tǒng)的六大要求增加磁盤I/O存取速度數(shù)據(jù)安全性要求，及容錯（Fault tolerance）的能力有效的利用磁盤空間分擔主機CPU的I/O事務降低內(nèi)存及磁盤的性能差異提高計算機的整體工作性能聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術SATA RAID基于SATA（串行ATA）接口的RAID 稱為SATA RAID與SCSI RAID相比有極具競爭力的性價比 為中低端應用的服務器產(chǎn)品提供更強的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保護以及較高的性能價格比目前廣泛在主板集成支持RAID 0，1，0+1，5

9、(部分支持)支持Hotspare、熱插拔等功能（需硬件及軟件支持）聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術S-ATA RAID卡接口為S-ATA接口具有可管理性，在操作系統(tǒng)支持下，管理軟件可監(jiān)控陣列的狀態(tài)，添加和刪除陣列，在線數(shù)據(jù)恢復等；最多支持4個硬盤，可實現(xiàn)RAID 0、1、10、5T100、T168應用了S-ATA RAID卡.在T220/270等中端兩路服務器及Rack服務器上也廣泛采用聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術SCSI RAID 基于SCSI接口的RAID 稱為SCSI RAID多個I/O并行操作，設備傳輸速度快；可擴展性好，最多可連接15個外部SCSI

10、設備；支持RAID級別多，RAID0、RAID1、RAID10、RAID3、RAID5、RAID30、RAID50、JBOD等；支持Hot spare，在線熱插拔，性能更穩(wěn)定、可靠性更好；聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術SCSI RAID卡將若干硬盤做成一個或幾個陣列盤，提高了系統(tǒng)中磁盤I/O的性能，并且使磁盤系統(tǒng)具有容錯的安全保護功能。通過磁盤Cache的運用，提高系統(tǒng)的存取速度。結合SAF-TE （SCSI Access Fault Tolerant Enclosure）對磁盤陣列中的磁盤進行監(jiān)控管理，管理的人機接口有1）RAID卡本身的指示報警；2）具有SAF-TE功能的

11、熱插拔背板；3）操作系統(tǒng)上安裝的監(jiān)控軟件聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術SCSI RAID卡結構SCSI控制器RAID處理器FirmwareCACHE MEMORY指示報警電池通 道 B通 道 APCI 總 線SCSI終結器RAID卡提高磁盤讀寫性能的另一手段是RAID CACHE。CPU系統(tǒng)CACHEMemoryMemory 控制器RAID CPU 磁盤CACHESCSI控制器SCSI硬盤聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術RAID CACHERAID卡CACHE的兩大工作：磁盤I/O從磁盤讀寫入磁盤首先從CACHE讀首先往CACHE寫無CACHE有CACHE預讀

12、回寫聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術RAID CACHE（續(xù)）Read Ahead Pre-Fetch 預讀的兩種方式聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術預讀CACHE預讀提高了計算機系統(tǒng)中的硬盤讀的功能，尤其是在讀取含有大量文件碎片的文件時。具有良好預讀功能的RAID卡能在看起來很隨機的讀訪問中，識別出讀取磁盤的規(guī)律， 通過這個規(guī)律提前將系統(tǒng)要讀取的數(shù)據(jù)放在CACHE中。聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術預讀（續(xù)）Read ahead由于硬盤數(shù)據(jù)經(jīng)常是以一族連續(xù)的硬盤扇區(qū)組織起來的，所以有時侯如把系統(tǒng)所請求的扇區(qū)隨后的一個扇區(qū)里的數(shù)據(jù)同時讀進來會減少

13、尋道時間，提高讀效率。對于數(shù)據(jù)文件的讀取有利,特別是系統(tǒng)CPU的性能低時.Pre-Fetch當RAID卡發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)要讀的是先前已經(jīng)讀過的數(shù)據(jù)時，在這一次，便將這一個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)寫到CACHE里。 對于程序文件的讀取有利聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術回寫（write back）回寫是通過暫時將數(shù)據(jù)存在CACHE里，從而推遲將數(shù)據(jù)寫到慢設備（如硬盤、磁帶機）的一種工作方式。需要寫入的數(shù)據(jù)讀入RAID卡內(nèi)存后，RAID卡標記寫周期結束，同時釋放占用的系統(tǒng)進程，在隨后系統(tǒng)資源空閑時，再寫到硬盤中。與之相對應的寫入方式為直寫或稱通寫（write through)，數(shù)據(jù)直接寫入硬盤，以數(shù)據(jù)

14、完成操作后為一個寫周期。使用Write Back方式時，推薦RAID卡使用后備電池。系統(tǒng) block7 block1 block5 block3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 block1 block3 block5 block7 注：回寫需要加電池給CACHE供電，以免數(shù)據(jù)在寫到硬盤之前系統(tǒng)斷電導致硬盤數(shù)據(jù)丟失。 電梯式回寫 聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術電梯式回寫系統(tǒng) block7 block1 block5 block3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術通寫(write through)通寫模式下，所有數(shù)據(jù)在以命

15、令完成狀態(tài)返回到計算機之前，直接寫到硬盤。 聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術RAID Cache性能分析容量增加CACHE大小對于預讀來說，為系統(tǒng)提供了更多的來自CACHE的可供讀取的記錄。 對于回寫來說，允許控制卡保存更多的記錄留待后期寫磁盤。特別是對于電梯式回寫，使得連續(xù)的回寫段之間有更近的間隔，降低硬盤寫操作的平均訪時間并提高了吞吐率。1、當用戶數(shù)很多而且不是都訪問相同的數(shù)據(jù)。2、當數(shù)據(jù)文件很大時。 大容量cacheH O S TRAID 處理器FirmwareCache MemorySCSI主控制器ID=7SCSI ID=0SCSI ID=5終結器終結器SCSI 總線背

16、板 HSC ID=6聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術系統(tǒng)硬件框圖聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓 RAID接口技術 RAID 處理器是一個PCI從設備，接受并執(zhí)行來自系統(tǒng)的命令。同時占用PCI中斷，代表SCSI磁盤子系統(tǒng)向系統(tǒng)。提出中斷請求，請求占用PCI總線，返回對系統(tǒng)。命令的響應，如輸送SCSI硬盤上的數(shù)據(jù)。作為RAID卡的CPU，通過執(zhí)行閃存中的Firmware，控制SCSI控制器、Cache Memory以及指示報警電路，來實現(xiàn)RAID卡的功能，運作流程如流程圖所示。初始化RAID卡寄存器發(fā)送配置提示、響應 HOST 命令進入配置界面提供配置菜單、將用戶提供的RAID卡參

17、數(shù)、RAID參數(shù)存入NVRAM根據(jù)RAID參數(shù)，通過SCSI控制器對硬盤進行初始化寫操作完成配置讀取NVRAM內(nèi)的上次RAID參數(shù)，與硬盤實際信息進行比較，顯示結果等待Host發(fā)出讀寫操作命令處理器運作流程簡圖RAID聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓主要內(nèi)容RAID術語RAID 級別RAID接口技術常用RAID卡產(chǎn)品簡介聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓Ultra 320 SCSI RAIDLSI MegaRAID系列LSI MegaRAID320-0 零通道Ultra 320 SCSI RAID intel 80302/ 64bits/66MHz 板載64MB內(nèi)存LSI MegaRAID320-1單通道Ultra320 SCSI RAIDIntel 80302/ 64bits/66MHz板載64MB內(nèi)存LSI 53C1020 SCSI chipLSI MegaRAID320-2雙通道Ultra320 SCSI RAIDIntel 80303/ 64bits/66MHz外插128MB內(nèi)存（最大支持256MB）LSI 53C1030 SCSI chip聯(lián)想萬全服務器RAID技術培訓Ultra 320 SCSI RAIDAdaptec RAID系列Ada