MSTE04_RAID及CRAID技术V4.3.pdf

第四章第四章RAIDRAID及及CRAIDCRAID技术技术——MSTE认证系列教程培训培训目标目标 了解RAID的定义 理解RAID数据组织方式和冗余原理 熟练掌握各RAID级别的原理及特性 了解RAID的实现方式及状态 了解CRAID技术学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：目录目录RAID基本概念RAID级别RAID比较和选择RAID的运行状态及硬盘失效处理CRAID技术简述RAID基本概念基本概念————定义定义RAID （Redundant Array of Independent Disks）即独立磁盘冗余阵列RAID 0RAID 0数据条带化，无校验数据条带化，无校验RAID 1RAID 1数据镜像，无校验数据镜像，无校验RAID 2RAID 2海明码错误校验及校正海明码错误校验及校正RAID 3RAID 3数据条带化读写，校验信息存放于专用硬盘数据条带化读写，校验信息存放于专用硬盘RAID 4RAID 4单次写数据采用单个硬盘，校验信息存放于专用硬盘单次写数据采用单个硬盘，校验信息存放于专用硬盘RAID 5RAID 5数据条带化，校验信息分布式存放数据条带化，校验信息分布式存放RAID 6RAID 6数据条带化，分布式校验并提供两级冗余数据条带化，分布式校验并提供两级冗余RAID 0+1RAID 0+1先做先做RAID 0RAID 0，后做，后做RAID 1RAID 1，同时提供数据条带化和镜像，同时提供数据条带化和镜像RAID 10RAID 10类似于类似于RAID 0+1RAID 0+1，区别在于先做，区别在于先做RAID 1RAID 1，后做，后做RAID 0RAID 0RAID 50RAID 50先做先做RAID 5RAID 5，后做，后做RAID 0RAID 0，能有效提高，能有效提高RAID 5RAID 5的性能的性能RAID基本概念 ——条带条块分条条带硬盘0硬盘2硬盘1硬盘3RAIDRAID组织数据方式组织数据方式并行存取方式并行存取方式–适用于大型的、以长时间顺序访问数据为特征的应用独立存取方式独立存取方式–适用于数据存取频繁，每笔存取数据量较小的应用组织数据基本方式组织数据基本方式A0A1A2A3B0B1B2B3C3C2C1C0条块条带磁盘1 磁盘2 磁盘3 磁盘4D0D1D2D3A0B0C0D0A1……数据独立存取A0A1A2A3B0……数据并行存取RAID基本概念 ——XORXOR算法算法数据盘数据盘1 1数据盘数据盘2 2XORXOR结果结果0 00 00 00 01 11 11 10 01 11 11 10 0相同为相同为0 0，不同为，不同为1 1数据A0和A1通过异或运算 进行奇偶校验得到P1,P1 再与 A2异或运算进行奇偶校验得 到P异或运算A1A0P数据盘数据盘校验盘A2数据盘XORA0A1XORP1A2PRAID组RAID概念概念——同步同步数据盘定义：创建完RAID组，立刻将所有数据盘中的数据进行异或算法，得到的结果写入校验盘，这个过程就是同步。

P4D0C0B0A0E0P3C1B1A1E1D1P2B2A2E2D2C2P1A3E3D3C3B3P0数据盘数据盘数据盘数据盘RAID基本概念 ——重建（Rebuild）数据盘A1A0PA0A1PXOR故障数据盘校验盘A2A2XOR数据盘更换镜像冗余使用了磁盘镜像技术磁盘镜像是一个简单的设备虚拟化技术，每个I/O操作都会 在两个磁盘上执行，两个磁盘看起来就像一个磁盘一样镜像冗余可以提高磁盘的读性能镜像冗余镜像冗余根据冗余算法计算阵列中成员磁盘上数据的校验信息，将 校验信息保存在其他的磁盘资源上保证数据可靠性和镜像冗余相比较，校验冗余的开销更小校验冗余校验冗余镜像及校验冗余的概念镜像及校验冗余的概念RAID基本概念——物理卷和逻辑卷RAID10RAID5•RAID由几个硬盘组成 ，从整体上看相当于一个物理卷•在物理卷的基础上可以按照指定容量创建一个或多个逻辑卷，通过LUN（Logic Unit Number）来标识物理卷物理卷逻辑卷逻辑卷单个物理卷上创建1个逻辑卷单个物理卷上创建2个逻辑卷LUN1LUN2LUN3RAID、逻辑卷的形成过程物理磁盘物理卷 （RAID）RAID、逻辑卷的形成过程物理磁盘逻辑卷物理卷 （RAID）LUN1LUN2LUN3分割目录目录RAID基本概念RAID级别RAID比较和选择RAID的运行状态及硬盘失效处理CRAID技术简述RAID级别级别组成组成RAIDRAID阵列的不同方式称为阵列的不同方式称为RAIDRAID级别级别− RAID0− RAID1− RAID5− RAID10不同的不同的RAIDRAID级别级别− 不同的性能− 不同的容量− 不同的成本RAID级别级别 ———— RAID 0 定义：RAID0即没有容错设计的条带硬盘阵列（Striped Disk Array without Fault Tolerance），以条带形式将RAID组的数据均匀分布在各个硬盘中A3B3C3A2B2C2A1B1C1A0A1A2A3B0B1B2B3数据……A0B0C0RAID级别级别 ———— RAID 0 优点优点极高的读写效率极高的读写效率速度快，由于不存在校验，所以不占用速度快，由于不存在校验，所以不占用CPU资源资源部署简单部署简单缺点缺点无冗余，通常和其他无冗余，通常和其他RAID级别混合使用级别混合使用不适合用于关键数据环境不适合用于关键数据环境最小硬盘数最小硬盘数2 2RAID 0小结：小结：RAID级别级别 —— RAID 1 定义：RAID 1又称镜像（Mirror），数据同时一致写到主硬盘和镜像硬 盘E0D0C0B0A0E0D0C0B0A0A0B0C0D0E0……=数据RAID级别级别 ———— RAID 1 优点优点提供了很高的数据安全性和可用性提供了很高的数据安全性和可用性100100％的数据冗余％的数据冗余设计、使用简单设计、使用简单不作校验计算，不作校验计算，CPUCPU占用资源少占用资源少缺点缺点空间利用率只有空间利用率只有1/21/2相对于单个硬盘，无法提高写性能相对于单个硬盘，无法提高写性能硬盘数硬盘数2 2RAID 1RAID 1小结：小结：A0B0C0D0ECC/AxECC/BxECC/CxECC/DxECC/AyECC/ByECC/CyECC/DyRAID级别级别 ———— RAID 2 定义：RAID 2 采用早期的海明码校验组成硬盘阵列，RAID中第1个、第2个、第4个……第2的n次幂个硬盘都是校验盘。

RAID2的硬盘利用率很低，目前基本不再使用A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3ECC/AzECC/BzECC/CzECC/DzA0A1A2A3B0B1B2B3C0C1C2数据盘校验盘RAID级别级别 ———— RAID 3 定义：RAID 3即带有校验的并行数据传输阵列（Paralleled transfer with parity），数据条带化分布在数据盘中，同时使用专用校验硬盘存放校验数据D0C0B0A0D1C1A1B1D2C2A2B2P 4P 3P 1P 2异或运算数据盘校验盘A0A1A2B0B1B2C0……RAID级别级别 ———— RAID 3 优点优点数据分布式存储在连续的硬盘上，具有较高的读速率，数据分布式存储在连续的硬盘上，具有较高的读速率，适合大文件连续读操作的应用适合大文件连续读操作的应用如果有一个硬盘损坏，数据的有效性没有影响如果有一个硬盘损坏，数据的有效性没有影响缺点缺点校验盘是整个硬盘阵列系统的瓶颈校验盘是整个硬盘阵列系统的瓶颈 有数据盘故障时，每次读操作时都需要进行校验计算，有数据盘故障时，每次读操作时都需要进行校验计算，读性能大幅度下降读性能大幅度下降最小硬盘数最小硬盘数3 3RAID 3RAID 3小结：小结：RAID级别级别 ————RAID 4 定义：RAID 4是带有共享校验硬盘的独立数据盘（ Independent data disks with shared parity disk），与RAID 3类似，不同在于对数据访问是每次一个盘，而RAID 3是每次一个条带，RAID4的读写性能较差，目前较少使用异或运算A0A1A2A3B0B1B2B3C0C1C2C3D0D1D2D3P0P1P2P3A0B0C0D0A1B1C1D1A2……数据盘校验盘RAID级别级别 ———— RAID 5 定义：RAID 5与RAID 3机制类似，但校验数据均匀分布在各数据硬盘 上，RAID成员硬盘上同时保存数据和校验信息，数据块和对应的校 验信息保存在不同硬盘上。

RAID 5是最常用的RAID方式之一……P4D0C0B0A0E0P3C1B1A1E1D1P2B2A2E2D2C2P1A3E3D3C3B3P0异或运算A0A1A2A3B0B1B2B3C0C1C2校验信息Px分布式存储数据RAID级别级别 ———— RAID 5 优点优点高读取速率，中等写速率高读取速率，中等写速率提供一定程度的数据安全提供一定程度的数据安全缺点缺点RAIDRAID组里单块硬盘的故障，会导致其他硬盘读写性能组里单块硬盘的故障，会导致其他硬盘读写性能大幅度下降大幅度下降最小硬盘数最小硬盘数3 3RAID 5RAID 5小结：小结：RAID级别级别 ———— RAID 6 DPA0A2A1A3B2C1B3B0C0D0B1D2C2C3D3异或运算A0A1A2A3B0B1B2B4……横向校验盘中P1—P4为各个数据盘中横向数据的校验信息 例：P1=A0 XOR A1 XOR A2 XOR A3 斜向校验盘中DP1—DP4为各个数据盘及横向校验盘的斜向数据的校验信息 例：DP1=A0 XOR B1 XOR C2 XOR D3P1P2P3P4横向校验盘斜向校验盘数据盘B3DP1DP2DP3DP4D1DP5 工作原理：− DP：Double Parity− RAID DP在RAID4所使用的一个行xor检验磁盘的基础上，又增加了一个磁盘，用于存放斜XOR校验信息。

Data Disk1Data Disk2Data Disk3Data Disk4Data Disk5D11 D21 D31 D41D12 D22 D32 D42D13 D23 D33 D43D14 D24 D34 D44P11 P21 P31 P41Dual Parity DiskxorRAID DPD11 D22 D33 D44DP1DP5D12 D23 D34 P41DP2D13 D24 D31 D41DP3D14 D21 D31 D42DP4RAID级别——RAID6 DPRAID组合级别组合级别 ———— RAID 10 定义：RAID 10是将镜像和条带进行两级组合的RAID级别，第一级是RAID1镜像对，第二级为RAID 0RAID10也是一种应用比较广泛的RAID级别A0A1B0B1C0C1D0D1A0A0B0A1A1B0B1B1C0C0C1C1D0D0D1D1RAID级别级别———— RAID 10 优点优点高读取速率高读取速率高写速率，较校验高写速率，较校验RAIDRAID而言，写开销最小而言，写开销最小至多可以容许至多可以容许n n个硬盘同时损坏（个硬盘同时损坏（2N2N个硬盘组成的个硬盘组成的RAID10RAID10阵列）阵列）缺点缺点只有只有1/21/2的硬盘利用率的硬盘利用率最小硬盘数最小硬盘数4 4RAID 10RAID 10小结：小结：RAID组合中还有像RAID0+1、RAID50。

目录目录RAID基本概念RAID级别RAID比较和选择RAID的运行状态及硬盘失效处理CRAID技术简述常用常用RAIDRAID比较比较RAIDRAID级别级别RAID 0RAID 0RAID 1RA。