数据恢复技术案例教程 教学课件 ppt 作者 赵振洲 第7章磁盘阵列数据恢复
第7章磁盘阵列数据恢复,磁盘阵列（Redundant Arrays of Inexpensive Disks，RAID），有“价格便宜且多余的磁盘阵列”之意。原理是利用数组方式来作磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性。磁盘阵列是由很多便宜、容量较小、稳定性较高、速度较慢磁盘，组合成一个大型的磁盘组，如图7-1所示。利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。同时利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。磁盘阵列还能利用同位检查（Parity Check）的观念，在数组中任一颗硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将数据经计算后重新置入新硬盘中。,7.1 RAID基础知识介绍,由加利福尼亚大学伯克利分校（University of California-Berkeley）在1987年，发表的文章：“A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks”。文章中，谈到了RAID这个词汇，而且定义了RAID的5层级。柏克莱大学研究其研究目的为，反应当时CPU快速的性能。CPU效能每年大约成长3050%，而硬磁机只能成长约7%。研究小组希望能找出一种新的技术，在短期内，立即提升效能来平衡计算机的运算能力。在当时，柏克莱研究小组的主要研究目的是效能与成本。另外，研究小组也设计出容错（fault-tolerance），逻辑数据备份（logical data redundancy），而产生了RAID理论。研究初期，便宜（Inexpensive）的磁盘也是主要的重点，但后来发现，大量便宜磁盘组合并不能适用于现实的生产环境，后来Inexpensive被改为independence，许多独立的磁盘组。,7.1.1 RAID的由来,提高传输速率 通过数据校验提供容错功能,7.1.2 RAID的优点,RAID 0 RAID 1 RAID 0+1 RAID 2 RAID 3 RAID 4 RAID 5 RAID 6 RAID 7 RAID 5E RAID 5EE,7.1.3 RAID类型,软件阵列 硬件阵列,7.1.4 RAID实现方式,7.2.1 RAID 0介绍 RAID 0又称为Stripe或Striping，它代表了所有RAID级别中最高的存储性能。RAID 0提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取，这样，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求，其结构如图7-2所示。这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能。,7.2 RAID级别详解,RAID 1磁盘阵列级，是一种镜像磁盘阵列，其原理就是将一块硬盘的数据以相同位置指向另一块硬盘的位置。RAID 1又称为Mirror或Mirroring，它的宗旨是最大限度的保证用户数据的可用性和可修复性。,7.2.2 RAID 1介绍,正如其名字一样RAID 0+1是RAID 0和RAID 1的组合形式，也称为RAID 10。 以四个磁盘组成的RAID 0+1为例，其数据存储方式如图7-4所示：RAID 0+1是存储性能和数据安全兼顾的方案。它在提供与RAID 1一样的数据安全保障的同时，也提供了与RAID 0近似的存储性能。,7.2.3 RAID 0+1介绍,RAID 1+0阵列和RAID 0+1阵列非常类似，只是数据的排列位置不同而已。其结构如图7-5所示。,7.2.4 RAID 1+0介绍,将数据条块化地分布于不同的硬盘上，条块单位为位或字节，并使用称为“加重平均纠错码（海明码）”的编码技术来提供错误检查及恢复，其结构如图7-6所示。这种编码技术需要多个磁盘存放检查及恢复信息，使得RAID 2技术实施更复杂，因此在商业环境中很少使用。,7.2.5 RAID 2介绍,RAID 3是把数据分成多个“块”，按照一定的容错算法，存放在N+1个硬盘上，实际数据占用的有效空间为N个硬盘的空间总和，而第N+1个硬盘上存储的数据是校验容错信息，当这N+1个硬盘中的其中一个硬盘出现故障时，从其它N个硬盘中的数据也可以恢复原始数据，这样，仅使用这N个硬盘也可以带伤继续工作（如采集和回放素材），当更换一个新硬盘后，系统可以重新恢复完整的校验容错信息，其结构如图7-7所示。,7.2.6 RAID 3介绍,RAID4和RAID3很像，不同的是，它对数据的访问是按数据块进行的，每次是按磁盘进行。可以这么看，RAID3是一次一横条，而RAID4一次一竖条。但每次的数据存取都必须从同位元检查的那个硬盘中取出对应的同位元数据进行核对，由于过于频繁的使用，所以对硬盘的损耗可能会提高。其结构如图7-8所示。,7.2.7 RAID 4介绍,RAID5是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。以四个硬盘组成的RAID5为例，其数据存储方式如图7-9所示：图中，AP为A1，A2和A3的奇偶校验信息，其它以此类推。由图中可以看出，RAID5不对存储的数据进行备份，而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。,7.2.8 RAID 5介绍,RAID5E是RAID磁盘存储中的一个高的级别，RAID 5E(RAID 5 Enhancement)是在 RAID 5级别基础上的改进，与RAID 5类似，数据的校验信息均匀分布在各硬盘上，但是在每个硬盘上都保留了一部分未使用的空间，这部分空间没有进行条带化，最多允许两块物理硬盘出现故障。看起来，RAID 5E和RAID 5加一块热备盘好象差不多，其实由于RAID 5E是把数据分布在所有的硬盘上，性能会与RAID5 加一块热备盘要好。当一块硬盘出现故障时，有故障硬盘上的数据会被压缩到其它硬盘未使用的空间，逻辑盘保持RAID 5级别。其结构如图7-10所示。,7.2.9 RAID 5E介绍,RAID 5EE提供了一个完善的替代“RAID5+HotSpare“盘的解决办法。原来的一块单独HotSpare热备份盘也进行Stripe条带化，并且平均分配到了5块磁盘中。这样，在RAID 5EE读写的时候，5块磁盘同时参与I/O，相比于4块磁盘+HotSpare盘的情况，多了一个磁盘的读写带宽，提高了性能。,7.2.10 RAID 5EE介绍,RADI6技术是在RAID 5基础上，为了进一步加强数据保护而设计的一种RAID方式，实际上是一种扩展RAID 5等级。与RAID 5的不同之处于除了每个硬盘上都有同级数据XOR校验区外，还有一个针对每个数据块的XOR校验区。当然，当前盘数据块的校验数据不可能存在当前盘而是交错存储的，具体形式见图。这样一来，等于每个数据块有了两个校验保护屏障（一个分层校验，一个是总体校验），因此RAID 6的数据冗余性能相当好。但是，由于增加了一个校验，所以写入的效率较RAID 5还差，而且控制系统的设计也更为复杂，第二块的校验区也减少了有效存储空间。其结构如图7-12所示。,7.2.11 RAID 6介绍,RAID 7等级是至今为止，理论上性能最高的RAID模式，因为它从组建方式上就已经和以往的方式有了重大的不同。基本形式如图7-13所示，你会发现在，以往一个硬盘是一个组成阵列的“柱子”，而在RAID7中，多个硬盘组成一个“柱子”，它们都有各自的通道，也正因为如此，你可以把这个图分解成一个个硬盘连接在主通道上，只是比以前的等级更为细分了。这样做的好处就是在读/写某一区域的数据时，可以迅速定位，而不会因为以往因单个硬盘的限制同一时间只能访问该数据区的一部分，在RAID7中，以前的单个硬盘相当于分割成多个独立的硬盘，有自己的读写通道，效率也就不言自明了。,7.2.12 RAID 7介绍,7.3.1.1软RAID的创建 常见的软RAID级别： 简单卷 镜像卷 跨区卷 带区卷 RAID-5卷,7.3 RAID恢复技术介绍,下面我们以用2块盘组成带区卷为例介绍软Raid的制作：,7.3.1.2硬RAID的创建,1物理盘 物理盘是指创建RAID所用的每块独立的物理硬盘，创建为RAID之后，它们就称为RAID的成员盘。 2逻辑盘 多块物理盘经RAID卡或者软RAID程序配置为RAID之后，多块物理盘就组成了一块新的硬盘，这个硬盘是由RAID控制器或RAID程序虚拟出来的，称为逻辑盘，也称作虚拟盘或容器。 3逻辑卷 RAID中的逻辑卷是由逻辑盘形成的虚拟空间，也称为逻辑分区。 4热备盘 热备盘是指RAID中空闲、加电并待机的硬盘，当RAID中某个成员盘发生故障后，RAID控制器能够自动用热备盘代替故障磁盘，并通过算法把原来储存在故障磁盘上的数据重建到热备盘上，保证RAID的完整性。 另外，系统管理员可以更换发生故障的硬盘，并把更换后的硬盘指定为新的热备盘。 5去RAID化 RAID出现故障后，逻辑盘就无法被系统识别，这个时候物理盘可能部分有故障，也可能完全没有故障，为了恢复RAID中的数据，需要把物理盘从服务器的槽位上取下来进行检测和分析，物理盘离开了服务器的槽位，也就离开了RAID控制器，这些物理盘就被“去RAID化”了。 6盘序 多块物理盘在创建RAID时，配置程序会为这些物理盘安排一个先后顺序，RAID创建完成之后，这个顺序就被确定下来，不会再改变，这就是RAID的盘序。 7条带 在RAID创建过程中，配置程序把每块物理盘分割为一个一个的单元，每个单元的大小为2的N次方扇区，N取整数，是一个可变量，这个单元就是RAID的条带（Stripe），它是RAID处理数据的基本单位。在RAID配置时可以让配置程序默认条带大小，也可以手动选择条带大小。 8盘数 构成RAID的物理盘的个数称为“盘数”，也称为“条带数”。,7.3.2 RAID专业术语详解,7.3.3 RAID起始扇区的分析方法,7.3.4 RAID条带大小的分析方法,7.3.5 RAID成员盘的盘序分析,7.3.6 RAID 5四种类型介绍,7.3.7 RAID 5校验方向的分析方法,
