廉價磁盤冗余陣列RAID課件

6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

◆廉價磁盤冗余陣列RedundantArrayofInexpensiveDisks◆獨立磁盤冗余陣列RedundantArrayofIndependentDisks◆簡稱盤陣列技術(shù) 1988年，Patterson教授首先提出。 ◆優(yōu)點容量大、速度快、可靠性高、造價低廉第六章輸入/輸出系統(tǒng)6.4廉價磁盤冗余陣列RAID◆廉價磁盤冗余陣列第六章1.各級RAID的結(jié)構(gòu)特點RAID級數(shù)據(jù)磁盤數(shù)可正常工作的最多失效盤數(shù)檢測磁盤數(shù)0非冗余8001鏡像8182存儲器式ECC8143位交叉奇偶校驗8114塊交叉奇偶校驗8115塊交叉分布奇偶校驗8116P+Q冗余8227Cache+異步8221.各級RAID的結(jié)構(gòu)特點RAID級數(shù)據(jù)磁盤數(shù)可正常工作的2.各級RAID的共性◆RAID由一組物理磁盤驅(qū)動器組成，操作系統(tǒng)視之為一個邏輯驅(qū)動器；◆數(shù)據(jù)分布在一組物理磁盤上；◆冗余信息被存儲在冗余磁盤空間中，保證磁 盤在萬一損壞時可以恢復(fù)數(shù)據(jù)；◆其中第2、3個特性在不同的RAID級別中的表 現(xiàn)不同，RAID0不支持第3個特性。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

2.各級RAID的共性6.4廉價磁盤冗余陣列RAID3.有關(guān)RAID的幾個問題(1)關(guān)鍵問題：如何發(fā)現(xiàn)磁盤的失效

磁盤技術(shù)提供了故障檢測操作的信息。(2)設(shè)計的另一個問題

如何減少平均修復(fù)時間MTTR典型的做法：在系統(tǒng)中增加熱備份盤(3)熱切換技術(shù)與熱備份盤相關(guān)的一種技術(shù)6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

3.有關(guān)RAID的幾個問題6.4廉價磁盤冗余陣列RAID6.4.1RAID0◆數(shù)據(jù)分塊，即把數(shù)據(jù)分布在多個盤上?！舴侨哂嚓嚵?、無冗余信息?！魢?yán)格地說，它不屬于RAID系列。MNOetc...IJKLEFGHABCD6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.1RAID0MNOetc...IJKLEFGHAB陣列管理條帶0條帶1條帶1條帶2條帶3條帶4條帶5條帶6條帶7條帶8條帶9條帶10條帶11條帶0條帶2條帶3條帶4條帶5條帶6條帶7條帶8條帶9條帶10條帶11邏輯盤物理盤0物理盤1物理盤2物理盤3◆RAID0中的數(shù)據(jù)映射陣列管理條帶0條帶1條帶1條帶2條帶3條帶4條帶5條帶6條帶6.4.2RAID1亦稱鏡像盤，使用雙備份磁盤。每當(dāng)數(shù)據(jù)寫入一個磁盤時，將該數(shù)據(jù)也寫到另一個冗余盤，形成信息的兩份復(fù)制品。GGHHEEFFCCDDAABB==6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.2RAID1GGHHEEFFCCDDAABB==61.RAID1的特點◆讀性能好 RAID1的性能能夠達(dá)到RAID0性能的兩倍?！魧懶阅苡蓪懶阅茏畈畹拇疟P決定。相對以后 各級RAID來說，RAID1的寫速度較快。◆可靠性很高◆最昂貴的解決方法，物理磁盤空間是邏輯磁 盤空間的兩倍。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

1.RAID1的特點6.4廉價磁盤冗余陣列RAID2.RAID1中的鏡像和分塊如何相互作用？◆RAID0+1先分塊后鏡像MNOetc...IJKLEFGHABCDMNOetc...IJKLEFGHABCD6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

2.RAID1中的鏡像和分塊如何相互作用？MNOetc..◆RAID1+0先鏡像后分塊NJFBOKGCetc...LHDMIEANJFBOKGCetc...LHDMIEA6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

◆RAID1+0先鏡像后分塊NJFBOKGCetc.6.4.3RAID21.位交叉式海明編碼陣列2.各個數(shù)據(jù)盤上的相應(yīng)位計算海明校驗碼，編碼位被存放在多個校驗（Ecc）磁盤的對應(yīng)位上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3Ecc/AxEcc/BxEcc/CxEcc/DxEcc/AyEcc/ByEcc/CyEcc/DyEcc/AzEcc/BzEcc/CzEcc/Dz6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.3RAID2D0D1D2D3C0C1C2C3B0B3.RAID2特點◆并行存取，各個驅(qū)動器同步工作。◆使用海明編碼來進(jìn)行錯誤檢測和糾正，數(shù)據(jù) 傳輸率高?！粜枰鄠€磁盤來存放海明校驗碼信息，冗余 磁盤數(shù)量與數(shù)據(jù)磁盤數(shù)量的對數(shù)成正比。◆是一種在多磁盤易出錯環(huán)境中的有效選擇。 并未被廣泛應(yīng)用，目前還沒有商業(yè)化產(chǎn)品。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

3.RAID2特點6.4廉價磁盤冗余陣列RAID6.4.4RAID31.位交叉奇偶校驗盤陣列2.單盤容錯并行傳輸：數(shù)據(jù)以位或字節(jié)交叉存儲，奇偶校驗信息存儲在一臺專用盤上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校驗碼B校驗碼C校驗碼D校驗碼校驗碼產(chǎn)生器位或字節(jié)6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.4RAID3D0D1D2D3C0C1C2C3B0B3.RAID3特點◆將磁盤分組，讀寫要訪問組中所有盤，每 組中有一個盤作為校驗盤?！粜ｒ灡P一般采用奇偶校驗。◆簡單理解：先將分布在各個數(shù)據(jù)盤上的一 組數(shù)據(jù)加起來，將和存放在冗余盤上。一 旦某一個盤出錯，只要將冗余盤上的和減 去所有正確盤上的數(shù)據(jù)，得到的差就是出 錯的盤上的數(shù)據(jù)?！羧秉c：恢復(fù)時間較長。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

3.RAID3特點6.4廉價磁盤冗余陣列RAID4.RAID3讀寫特點假定：有4個數(shù)據(jù)盤和一個冗余盤◆讀出數(shù)據(jù)，一共需要5次磁盤讀操作；◆寫數(shù)據(jù)需要3次磁盤讀和2次磁盤寫操作。D0'D0D1D2D3PD1D2D3P'D0'讀操作讀操作讀操作寫操作寫操作異或6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

4.RAID3讀寫特點D0'D0D1D2D3PD1D2D6.4.5RAID41.專用奇偶校驗獨立存取盤陣列2.數(shù)據(jù)以塊（塊大小可變）交叉的方式存于各盤，奇偶校驗信息存在一臺專用盤上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校驗碼B校驗碼C校驗碼D校驗碼校驗碼產(chǎn)生器數(shù)據(jù)塊6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.5RAID4D0D1D2D3C0C1C2C3B0B3.RAID4特點◆冗余代價與RAID3相同◆訪問數(shù)據(jù)的方法與RAID3不同

在RAID3中，一次磁盤訪問將對磁盤陣列 中的所有磁盤進(jìn)行操作。

RAID4出現(xiàn)的原因：希望使用較少的磁盤參與操作，以使磁盤陣列可以并行進(jìn)行多個數(shù)據(jù)的磁盤操作。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

3.RAID4特點在RAID3中，一次磁盤訪問將對磁盤4.RAID4讀寫特點假定:有4個數(shù)據(jù)盤和一個冗余盤◆讀出數(shù)據(jù)，對兩個磁盤的兩次讀操作；◆寫數(shù)據(jù)需要2次磁盤讀和2次磁盤寫操作。D0'D0D1D2D3PD1D2D3P'D0'讀操作讀操作寫操作寫操作異或異或6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

4.RAID4讀寫特點D0'D0D1D2D3PD1D2D6.4.6RAID51.塊交叉分布式奇偶校驗盤陣列2.數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤，無專用冗余盤，奇偶校驗信息均勻分布在所有磁盤上。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.6RAID56.4廉價磁盤冗余陣列RAIDC4D44校驗碼E4A3C3D3A2B2D2A1B1C1A0B0C0D00校驗碼1校驗碼2校驗碼3校驗碼校驗碼產(chǎn)生器E1E2E3B46.4廉價磁盤冗余陣列RAID

C4D44校驗碼E4A3C3D3A2B2D2A1B1C1A03.RAID4和RAID5中的信息分布6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

3.RAID4和RAID5中的信息分布6.4廉價磁盤冗余6.4.7RAID61.雙維奇偶校驗獨立存取盤陣列2.數(shù)據(jù)以塊（塊大小可變）交叉方式存于各盤，檢、糾錯信息均勻分布在所有磁盤上。

C2D3D校驗碼C1D2A2D1A1B1A0B0C00校驗碼1校驗碼B校驗碼3校驗碼校驗碼產(chǎn)生器B22校驗碼C校驗碼A校驗碼6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.7RAID6C2D3D校驗碼C1D2A2D1A1B3.RAID6特點◆寫入數(shù)據(jù)要訪問1個數(shù)據(jù)盤和2個冗余盤；◆可容忍雙盤出錯；◆存儲開銷是RAID5的兩倍，RAID6的寫過 程需要6次磁盤操作。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

3.RAID6特點6.4廉價磁盤冗余陣列RAID6.4.8RAID7◆采用Cache和異步技術(shù)的RAID6◆較高的響應(yīng)速度和傳輸速率C0B0B1A0A1A2實時操作系統(tǒng)A校驗碼B校驗碼C校驗碼B2C1C26.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.8RAID7C0B0B1A0A1A2實時操作系統(tǒng)A6.4.9RAID的實現(xiàn)與發(fā)展1.實現(xiàn)盤陣列的方式主要有三種◆軟件方式：陣列管理軟件由主機來實現(xiàn) 優(yōu)點：成本低 缺點：過多地占用主機時間，并且?guī)捴?標(biāo)上不去。◆陣列卡方式：把RAID管理軟件固化在I/O控制 卡上，從而可不占用主機時間，一般用于工作 站和PC機。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.9RAID的實現(xiàn)與發(fā)展6.4廉價磁盤冗余陣列RA◆子系統(tǒng)方式：這是一種基于通用接口總線 的開放式平臺，可用于各種主機平臺和網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)。2.盤陣列技術(shù)研究的主要熱點問題◆新型陣列體系結(jié)構(gòu)；◆

RAID結(jié)構(gòu)與其所記錄文件特性的關(guān)系；◆在RAID冗余設(shè)計中，綜合平衡性能、可靠性和開銷的問題；◆超大型盤陣列在物理上如何構(gòu)造和連結(jié)的問題。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

◆子系統(tǒng)方式：這是一種基于通用接口總線2.盤陣列技術(shù)研究6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

◆廉價磁盤冗余陣列RedundantArrayofInexpensiveDisks◆獨立磁盤冗余陣列RedundantArrayofIndependentDisks◆簡稱盤陣列技術(shù) 1988年，Patterson教授首先提出。 ◆優(yōu)點容量大、速度快、可靠性高、造價低廉第六章輸入/輸出系統(tǒng)6.4廉價磁盤冗余陣列RAID◆廉價磁盤冗余陣列第六章1.各級RAID的結(jié)構(gòu)特點RAID級數(shù)據(jù)磁盤數(shù)可正常工作的最多失效盤數(shù)檢測磁盤數(shù)0非冗余8001鏡像8182存儲器式ECC8143位交叉奇偶校驗8114塊交叉奇偶校驗8115塊交叉分布奇偶校驗8116P+Q冗余8227Cache+異步8221.各級RAID的結(jié)構(gòu)特點RAID級數(shù)據(jù)磁盤數(shù)可正常工作的2.各級RAID的共性◆RAID由一組物理磁盤驅(qū)動器組成，操作系統(tǒng)視之為一個邏輯驅(qū)動器；◆數(shù)據(jù)分布在一組物理磁盤上；◆冗余信息被存儲在冗余磁盤空間中，保證磁 盤在萬一損壞時可以恢復(fù)數(shù)據(jù)；◆其中第2、3個特性在不同的RAID級別中的表 現(xiàn)不同，RAID0不支持第3個特性。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

2.各級RAID的共性6.4廉價磁盤冗余陣列RAID3.有關(guān)RAID的幾個問題(1)關(guān)鍵問題：如何發(fā)現(xiàn)磁盤的失效

磁盤技術(shù)提供了故障檢測操作的信息。(2)設(shè)計的另一個問題

如何減少平均修復(fù)時間MTTR典型的做法：在系統(tǒng)中增加熱備份盤(3)熱切換技術(shù)與熱備份盤相關(guān)的一種技術(shù)6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

3.有關(guān)RAID的幾個問題6.4廉價磁盤冗余陣列RAID6.4.1RAID0◆數(shù)據(jù)分塊，即把數(shù)據(jù)分布在多個盤上。◆非冗余陣列、無冗余信息?！魢?yán)格地說，它不屬于RAID系列。MNOetc...IJKLEFGHABCD6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.1RAID0MNOetc...IJKLEFGHAB陣列管理條帶0條帶1條帶1條帶2條帶3條帶4條帶5條帶6條帶7條帶8條帶9條帶10條帶11條帶0條帶2條帶3條帶4條帶5條帶6條帶7條帶8條帶9條帶10條帶11邏輯盤物理盤0物理盤1物理盤2物理盤3◆RAID0中的數(shù)據(jù)映射陣列管理條帶0條帶1條帶1條帶2條帶3條帶4條帶5條帶6條帶6.4.2RAID1亦稱鏡像盤，使用雙備份磁盤。每當(dāng)數(shù)據(jù)寫入一個磁盤時，將該數(shù)據(jù)也寫到另一個冗余盤，形成信息的兩份復(fù)制品。GGHHEEFFCCDDAABB==6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.2RAID1GGHHEEFFCCDDAABB==61.RAID1的特點◆讀性能好 RAID1的性能能夠達(dá)到RAID0性能的兩倍?！魧懶阅苡蓪懶阅茏畈畹拇疟P決定。相對以后 各級RAID來說，RAID1的寫速度較快?！艨煽啃院芨摺糇畎嘿F的解決方法，物理磁盤空間是邏輯磁 盤空間的兩倍。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

1.RAID1的特點6.4廉價磁盤冗余陣列RAID2.RAID1中的鏡像和分塊如何相互作用？◆RAID0+1先分塊后鏡像MNOetc...IJKLEFGHABCDMNOetc...IJKLEFGHABCD6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

2.RAID1中的鏡像和分塊如何相互作用？MNOetc..◆RAID1+0先鏡像后分塊NJFBOKGCetc...LHDMIEANJFBOKGCetc...LHDMIEA6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

◆RAID1+0先鏡像后分塊NJFBOKGCetc.6.4.3RAID21.位交叉式海明編碼陣列2.各個數(shù)據(jù)盤上的相應(yīng)位計算海明校驗碼，編碼位被存放在多個校驗（Ecc）磁盤的對應(yīng)位上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3Ecc/AxEcc/BxEcc/CxEcc/DxEcc/AyEcc/ByEcc/CyEcc/DyEcc/AzEcc/BzEcc/CzEcc/Dz6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.3RAID2D0D1D2D3C0C1C2C3B0B3.RAID2特點◆并行存取，各個驅(qū)動器同步工作?！羰褂煤Ｃ骶幋a來進(jìn)行錯誤檢測和糾正，數(shù)據(jù) 傳輸率高。◆需要多個磁盤來存放海明校驗碼信息，冗余 磁盤數(shù)量與數(shù)據(jù)磁盤數(shù)量的對數(shù)成正比?！羰且环N在多磁盤易出錯環(huán)境中的有效選擇。 并未被廣泛應(yīng)用，目前還沒有商業(yè)化產(chǎn)品。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

3.RAID2特點6.4廉價磁盤冗余陣列RAID6.4.4RAID31.位交叉奇偶校驗盤陣列2.單盤容錯并行傳輸：數(shù)據(jù)以位或字節(jié)交叉存儲，奇偶校驗信息存儲在一臺專用盤上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校驗碼B校驗碼C校驗碼D校驗碼校驗碼產(chǎn)生器位或字節(jié)6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.4RAID3D0D1D2D3C0C1C2C3B0B3.RAID3特點◆將磁盤分組，讀寫要訪問組中所有盤，每 組中有一個盤作為校驗盤?！粜ｒ灡P一般采用奇偶校驗。◆簡單理解：先將分布在各個數(shù)據(jù)盤上的一 組數(shù)據(jù)加起來，將和存放在冗余盤上。一 旦某一個盤出錯，只要將冗余盤上的和減 去所有正確盤上的數(shù)據(jù)，得到的差就是出 錯的盤上的數(shù)據(jù)?！羧秉c：恢復(fù)時間較長。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

3.RAID3特點6.4廉價磁盤冗余陣列RAID4.RAID3讀寫特點假定：有4個數(shù)據(jù)盤和一個冗余盤◆讀出數(shù)據(jù)，一共需要5次磁盤讀操作；◆寫數(shù)據(jù)需要3次磁盤讀和2次磁盤寫操作。D0'D0D1D2D3PD1D2D3P'D0'讀操作讀操作讀操作寫操作寫操作異或6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

4.RAID3讀寫特點D0'D0D1D2D3PD1D2D6.4.5RAID41.專用奇偶校驗獨立存取盤陣列2.數(shù)據(jù)以塊（塊大小可變）交叉的方式存于各盤，奇偶校驗信息存在一臺專用盤上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校驗碼B校驗碼C校驗碼D校驗碼校驗碼產(chǎn)生器數(shù)據(jù)塊6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.5RAID4D0D1D2D3C0C1C2C3B0B3.RAID4特點◆冗余代價與RAID3相同◆訪問數(shù)據(jù)的方法與RAID3不同

在RAID3中，一次磁盤訪問將對磁盤陣列 中的所有磁盤進(jìn)行操作。

RAID4出現(xiàn)的原因：希望使用較少的磁盤參與操作，以使磁盤陣列可以并行進(jìn)行多個數(shù)據(jù)的磁盤操作。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

3.RAID4特點在RAID3中，一次磁盤訪問將對磁盤4.RAID4讀寫特點假定:有4個數(shù)據(jù)盤和一個冗余盤◆讀出數(shù)據(jù)，對兩個磁盤的兩次讀操作；◆寫數(shù)據(jù)需要2次磁盤讀和2次磁盤寫操作。D0'D0D1D2D3PD1D2D3P'D0'讀操作讀操作寫操作寫操作異或異或6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

4.RAID4讀寫特點D0'D0D1D2D3PD1D2D6.4.6RAID51.塊交叉分布式奇偶校驗盤陣列2.數(shù)據(jù)以塊交叉的方式存于各盤，無專用冗余盤，奇偶校驗信息均勻分布在所有磁盤上。6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

6.4.6RAID56.4廉價磁盤冗余陣列RAIDC4D44校驗碼E4A3C3D3A2B2D2A1B1C1A0B0C0D00校驗碼1校驗碼2校驗碼3校驗碼校驗碼產(chǎn)生器E1E2E3B46.4廉價磁盤冗余陣列RAID

C4D44校驗碼E4A3C3D3A2B2D2A1B1C1A03.RAID4和RAID5中的信息分布6.4廉價磁盤冗余陣列RAID

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