廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID教學(xué)省公開課一等獎(jiǎng)全國示范課微課金獎(jiǎng)

6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

◆廉價(jià)磁盤冗余陣列RedundantArrayofInexpensiveDisks◆獨(dú)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(diǎn)容量大、速度快、可靠性高、造價(jià)低廉第六章輸入/輸出系統(tǒng)第1頁1.各級(jí)RAID結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RAID級(jí)數(shù)據(jù)磁盤數(shù)可正常工作最多失效盤數(shù)檢測磁盤數(shù)0非冗余8001鏡像8182存放器式ECC8143位交叉奇偶校驗(yàn)8114塊交叉奇偶校驗(yàn)8115塊交叉分布奇偶校驗(yàn)8116P+Q冗余8227Cache+異步822第2頁2.各級(jí)RAID共性◆RAID由一組物理磁盤驅(qū)動(dòng)器組成，操作系統(tǒng)視之為一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器；◆數(shù)據(jù)分布在一組物理磁盤上；◆冗余信息被存放在冗余磁盤空間中，確保磁 盤在萬一損壞時(shí)能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)；◆其中第2、3個(gè)特征在不一樣RAID級(jí)別中表 現(xiàn)不一樣，RAID0不支持第3個(gè)特征。6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第3頁3.相關(guān)RAID幾個(gè)問題(1)關(guān)鍵問題：怎樣發(fā)覺磁盤失效

磁盤技術(shù)提供了故障檢測操作信息。(2)設(shè)計(jì)另一個(gè)問題

怎樣降低平均修復(fù)時(shí)間MTTR經(jīng)典做法：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)一個(gè)技術(shù)6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第4頁6.4.1RAID0◆數(shù)據(jù)分塊，即把數(shù)據(jù)分布在多個(gè)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(jià)磁盤冗余陣列RAID

第5頁陣列管理?xiàng)l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中數(shù)據(jù)映射第6頁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(gè)磁盤時(shí)，將該數(shù)據(jù)也寫到另一個(gè)冗余盤，形成信息兩份復(fù)制品。GGHHEEFFCCDDAABB==6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第7頁1.RAID1特點(diǎn)◆讀性能好 RAID1性能能夠到達(dá)RAID0性能兩倍?！魧懶阅苡蓪懶阅茏畈畲疟P決定。相對(duì)以后 各級(jí)RAID來說，RAID1寫速度較快?！艨煽啃院芨摺糇畎嘿F處理方法，物理磁盤空間是邏輯磁 盤空間兩倍。6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第8頁2.RAID1中鏡像和分塊怎樣相互作用？◆RAID0+1先分塊后鏡像MNOetc...IJKLEFGHABCDMNOetc...IJKLEFGHABCD6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第9頁◆RAID1+0先鏡像后分塊NJFBOKGCetc...LHDMIEANJFBOKGCetc...LHDMIEA6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第10頁6.4.3RAID21.位交叉式海明編碼陣列2.各個(gè)數(shù)據(jù)盤上對(duì)應(yīng)位計(jì)算海明校驗(yàn)碼，編碼位被存放在多個(gè)校驗(yàn)（Ecc）磁盤對(duì)應(yīng)位上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3Ecc/AxEcc/BxEcc/CxEcc/DxEcc/AyEcc/ByEcc/CyEcc/DyEcc/AzEcc/BzEcc/CzEcc/Dz6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第11頁3.RAID2特點(diǎn)◆并行存取，各個(gè)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)工作?！羰褂煤Ｃ骶幋a來進(jìn)行錯(cuò)誤檢測和糾正，數(shù)據(jù) 傳輸率高?！粜枰鄠€(gè)磁盤來存放海明校驗(yàn)碼信息，冗余 磁盤數(shù)量與數(shù)據(jù)磁盤數(shù)量對(duì)數(shù)成正比。◆是一個(gè)在多磁盤易犯錯(cuò)環(huán)境中有效選擇。 并未被廣泛應(yīng)用，當(dāng)前還沒有商業(yè)化產(chǎn)品。6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第12頁6.4.4RAID31.位交叉奇偶校驗(yàn)盤陣列2.單盤容錯(cuò)并行傳輸：數(shù)據(jù)以位或字節(jié)交叉存放，奇偶校驗(yàn)信息存放在一臺(tái)專用盤上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校驗(yàn)碼B校驗(yàn)碼C校驗(yàn)碼D校驗(yàn)碼校驗(yàn)碼產(chǎn)生器位或字節(jié)6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第13頁3.RAID3特點(diǎn)◆將磁盤分組，讀寫要訪問組中全部盤，每 組中有一個(gè)盤作為校驗(yàn)盤?！粜ｒ?yàn)盤普通采取奇偶校驗(yàn)?！艉唵瘟私猓合葘⒎植荚诟鱾€(gè)數(shù)據(jù)盤上一 組數(shù)據(jù)加起來，將和存放在冗余盤上。一 旦某一個(gè)盤犯錯(cuò)，只要將冗余盤上和減 去全部正確盤上數(shù)據(jù)，得到差就是出 錯(cuò)盤上數(shù)據(jù)?！羧秉c(diǎn)：恢復(fù)時(shí)間較長。6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第14頁4.RAID3讀寫特點(diǎn)假定：有4個(gè)數(shù)據(jù)盤和一個(gè)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(jià)磁盤冗余陣列RAID

第15頁6.4.5RAID41.專用奇偶校驗(yàn)獨(dú)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，奇偶校驗(yàn)信息存在一臺(tái)專用盤上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校驗(yàn)碼B校驗(yàn)碼C校驗(yàn)碼D校驗(yàn)碼校驗(yàn)碼產(chǎn)生器數(shù)據(jù)塊6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第16頁3.RAID4特點(diǎn)◆冗余代價(jià)與RAID3相同◆訪問數(shù)據(jù)方法與RAID3不一樣

在RAID3中，一次磁盤訪問將對(duì)磁盤陣列 中全部磁盤進(jìn)行操作。

RAID4出現(xiàn)原因：希望使用較少磁盤參加操作，以使磁盤陣列能夠并行進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)磁盤操作。6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第17頁4.RAID4讀寫特點(diǎn)假定:有4個(gè)數(shù)據(jù)盤和一個(gè)冗余盤◆讀出數(shù)據(jù)，對(duì)兩個(gè)磁盤兩次讀操作；◆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(jià)磁盤冗余陣列RAID

第18頁6.4.6RAID51.塊交叉分布式奇偶校驗(yàn)盤陣列2.數(shù)據(jù)以塊交叉方式存于各盤，無專用冗余盤，奇偶校驗(yàn)信息均勻分布在全部磁盤上。6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第19頁C4D44校驗(yàn)碼E4A3C3D3A2B2D2A1B1C1A0B0C0D00校驗(yàn)碼1校驗(yàn)碼2校驗(yàn)碼3校驗(yàn)碼校驗(yàn)碼產(chǎn)生器E1E2E3B46.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第20頁3.RAID4和RAID5中信息分布6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第21頁6.4.7RAID61.雙維奇偶校驗(yàn)獨(dú)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(cuò)信息均勻分布在全部磁盤上。

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

第22頁3.RAID6特點(diǎn)◆寫入數(shù)據(jù)要訪問1個(gè)數(shù)據(jù)盤和2個(gè)冗余盤；◆可容忍雙盤犯錯(cuò)；◆存放開銷是RAID5兩倍，RAID6寫過 程需要6次磁盤操作。6.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第23頁6.4.8RAID7◆采取Cache和異步技術(shù)RAID6◆較高響應(yīng)速度和傳輸速率C0B0B1A0A1A2實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)A校驗(yàn)碼B校驗(yàn)碼C校驗(yàn)碼B2C1C26.4廉價(jià)磁盤冗余陣列RAID

第24頁6.4.9RAID實(shí)現(xiàn)與發(fā)展1.實(shí)現(xiàn)盤陣列方式主要有三種◆軟件方式：陣列管理軟件由主機(jī)來實(shí)現(xiàn) 優(yōu)點(diǎn)：成本低 缺點(diǎn)：過多地占用主機(jī)時(shí)間，而且?guī)捴?標(biāo)上不去?！絷嚵锌ǚ绞剑喊裄AID管理軟件固化在I/O控制 卡上，從而可不占用主機(jī)時(shí)間，普通用于工作 站和PC機(jī)。6.4廉價(jià)磁盤