2022年RAID-6.docx

为什么需要 RAID 6在经过多年的安静之后， RAID 6 技术随着大容量 ATA硬盘的广泛采纳又重新引起了业界的重视；相对于 RAID5 来说，用户对 RAID6 的明白比较少，依据HDS的技术白皮书采纳 RAID-6 技术，增强数据爱护改编成此文与大家共享；为了较为完整地说明问题，编者保留了一些与详细产品配置相关的内容；RAID 5 是在储备系统中广泛采纳的数据爱护技术；该技术是通过把应用数据分成数段， 连同这些数据段的校验信息写入一组磁盘来实现的；假如其中有个磁盘显现了故障， 就会利用其余的磁盘中的数据和检验信息把故障盘中的数据复原到热备盘中以保证数据不会丢失；这样RAID 5 就存在一种风险，假如在数据重建的过程中， RAID组中的其次块硬盘显现故障，就会显现数据丢失；以前，两块盘同时坏的情形是小概率大事， 几乎不行能发生； 但是近来随着光纤FC 盘和 SATA盘的容量和密度不断增加， 使得 RAID5 的重建时间也不断增加；这样两块盘同时坏的概率也增加了， 在企业级储备上， 这种风险必需得到重视；为了应对这种情形，储备厂商的RAID 6 技术就是可以保证两块盘同时出故障而不会丢失数据的新技术； 日立数据系统 HDS公司的 TagmaStore 全线储备系统除了支持 RAID 5，RAID 1 技术以外仍可以支持 RAID 6 爱护技术，供应应用户多种爱护方式的挑选；RAID 6 技术背景和简介RAID技术是为了防止储备系统由于磁盘故障而丢失数据而研发出来的；该 技术把数据和校验信息分布到一组盘中RAID 组 ，当有盘坏的时候，丢失的那部分数据可以通过其他盘上的数据和校验信息运算复原；这样就增强了储备系统的牢靠性；HDS公司的 TagmaStore全线储备系统可以支持 RAID 0，RAID 1，RAID 5 和RAID 6 技术，所以 HDS的储备系统不但可以供应更好的牢靠性，而且也可以比以往的储备系统有更杰出的性能；HDS的高端储备系统一般以4 个磁盘为一个组，称为Array Group，而一个 RAID 组就包含一个或者多个Array Group ；例如:RAID 1 镜像 可以是 2D + 2P 或者4D + 4P 的配置，也就是说 2 块数据盘， 2 块镜像盘，或者 4 块数据盘和 4 块镜像盘的配置； RAID5 带校验的条带化 可以是 3D + 1P 的配置，其中 3 块数据盘， 1 块检验盘，或者是 7D + 1P 的配置，其中 7 块数据盘， 1 块检验盘的配置；实际上， RAID 5 的数据和校验都是条带化后分散在RAID组中的各个磁盘中的；RAID-1 供应了最高的牢靠性， 一块盘上的数据都镜像到 RAID组中的另外一块磁盘上；但是这种方式对磁盘的利用率不高， 只有一半的磁盘空间能够存放数据，存放同样的数据要多买一倍的磁盘；RAID 5 改善了利用率的问题，但是由于要运算校验信息而使得写性能有所下降；HDS TagmaStore系列储备中的模块化产品也能支持 RAID 0 技术 没有校验的条带化 ， RAID 0 技术有很好的性能表现，但是 RAID 0 没有冗余爱护功能， RAID组中任何一块磁盘的损坏都会造成数据的丢失；因此 HDS只在中端模块化阵列的光纤盘上支持RAID 0 技术，在 SATA 盘上不支持 RAID 0，同时 HDS建议用户不要在关键数据上采纳RAID 0 技术；当采纳 RAID1 或者 RAID 5 技术的时候，假如其中有个磁盘显现了故障，就会利用 RAID组中其余的磁盘中的数据和检验信息把故障盘中的数据复原到热备盘中以保证数据不会丢失； 工程师用新盘替换坏掉的磁盘， 这时候储备系统会把热备盘中的数据拷贝回新换上的盘中 HDS的 WMS/AM中S 端模块化储备可以支持不回拷 ；当回拷完成后， 系统又回到了正常工作状态， 可以再次抵挡磁盘故障；如今磁盘的容量和密度一再变大，显现了300GB的光纤盘和 500GB的 SATA盘，每个盘中存放的数据比以往大了许多，磁盘故障影响的数据量也跟着增加； 这样从磁盘故障， 到磁盘系统复原正常状态的时间也会比以往长许多，这个过程中同一个 RAID组里面其次块磁盘显现故障而导致数据丢失的可能性也变大；为了防止两块磁盘故障而引起的数据丢失，HDS TagmaStore储备系统现在支持 RAID 66D + 2P ；和 RAID 5 相像的是， RAID 6 采纳了校验数据，和 RAID 5 不同的是 RAID6 有两份检验数据， 可以保证同一 RAID组中两块磁盘同时故障而不丢失数据；RAID 66D + 2P 原理和 RAID 5 相像， RAID 66D + 2P 依据条带化的数据生成校验信息，条带化数据和校验数据一起分散储备到RAID组的各个磁盘上；在图 1 中，D0，D1，D2， D3，D4和 D5是条带化的数据， P 代表校验数据， Q是其次份校验数据；图 1:RAID 66D + 2P 依据条带化的数据生成校验信息，条带化数据和校验数据一起分散储备到 RAID组的各个磁盘上RAID 6 校验数据生成公式 P 和 Q: P的生成用了异或P = D0 XOR D1 XOR D2 XOR D3 XOR D4 XOR D5Q的生成用了系数和异或Q = A0*D0 XOR A0*D1 XOR A0*D2 XOR A0*D3 XOR A0*D4 XOR A0*D5D0 D5:条带化数据A0 A5: 系数XOR:异或*: 乘在 RAID 6 中，当有 1 块磁盘出故障的时候，利用公式1 复原数据，这个过程是和 RAID 5 一样的；而当有 2 块磁盘同时出故障的时候，就需要同时用公式1 和公式 2 来复原数据了；在图 1 中，各系数 A0A5 是线性无关的系数，在 D0，D1，D2，D3，D4，D5， P，Q中有两个未知数的情形下，也可以联列求解两个方程得出两个未知数的值；这样在一个 RAID组中有两块磁盘同时坏的情形下，也可以复原数据；上面描述的是校验数据生成的算法；其实RAID 6 的核心就是有两份检验数据，以保证两块磁盘同时出故障的时候，也能保证数据的安全；数据分布如图 2 所示，通过条带化，把应用数据和校验数据打散到一个RAID组的 8个磁盘中，可以充分保证读写性能和数据的安全性；图 2:RAID 6 的数据分布RAID 6 可以保证同一个 RAID组中两块磁盘故障的情形下的数据安全；RAID 6 的数据复原从 1 块磁盘故障中复原数据当有 1 块磁盘出故障的时候， 利用公式 1 复原数据， 这个过程不需要 Q这部分校验数据，如图 3 所示，这个过程是和 RAID 5 一样的；图 3: 在 RAID 66D + 2P中复原 D3 数据，展现了存放 D3 数据的盘显现故障的恢复过程公式:D3 = D0 XOR D1 XOR D2 XOR P XOR D4 XOR D5从 2 块磁盘故障中复原数据当同时有 2 块磁盘故障的时候，需要同时用到公式如图 4 所示；1 和公式 2 来复原数据，图 4: 在 RAID 66D + 2P中复原 D3 和 D4数据，展现了存放 D3 和 D4 数据的盘显现故障的复原过程公式 1 和公式 2:P = D0 XOR D1 XOR D2 XOR D3 XOR D4 XOR D5Q = A0*D0 XOR A0*D1 XOR A0*D2 XOR A0*D3 XOR A0*D4 XOR A0*D5D3和 D4由解以上两个联立的方程得出结果各种 RAID类型之间的比较空间的利用率表 1 说明白在 RAID 1、RAID 5 和 RAID 6 下有多少磁盘空间是可以给用户数据使用的；表 1: 不同 RAID类型的磁盘利用率比较性能之间的比较表 2 说明白在足够磁盘数据的情形下各种+ 2D 作为基准 100%；RAID类型的性能比较， RAID1 2D表 2: 不同 RAID类型的性能比较比较 RAID 5 7D + 1D和 RAID 6 6D + 2D随机写如表 2 中所示， RAID 6 在增加了牢靠性的同时，牺牲了部分随机写性能；在随机写操作中，在同样多的磁盘的RAID组中， RAID6 所花费的时间是 RAID5 的的 1.5 倍；每次 RAID 5 7D + 1D进行一次随机写操作，实际上产生了4 个I/O: 读老的应用数据， 读老的校验数据， 写新的应用数据和写新的校验数据 P ；而 RAID 6 做同样一个随机写操作，实际上需要6 个 I/O ，读老的用户数据，读老的校验数据 P，读老的校验数据 Q，写新的用户数据，写新的校验数据P，写新的校验数据 Q；这样就造成了 RAID 5 7D + 1D 和 RAID 6 6D + 2D 随机写的 33%性能差异；RAID挑选中的留意事项在挑选采纳何种 RAID类型的时候，必需留意以下事项 :用户数据需要多少空间 校验带来的磁盘空间缺失应用的性能要求在磁盘故障时，磁盘的重建时间随着用户数据的不断增长， 用户采纳大容量磁盘的可能性也与日俱增， 但是在使用大容量硬盘的时候，必需要考虑过长的重建时间而引起的数据丢失风险； 在某些情形下，数据重建会特别困难或者对系统性能的冲击会很大，如: 大交易量，大量写操作的数据库应用，建议采纳RAID 6 技术，这样可以给用户数据带来更好的爱护；总结RAID 5 技术是许多储备系统数据爱护的基础；但是采纳RAID 5 技术需要承担在第一块故障盘重建的过程中，其次块磁盘发生故障而导致数据丢失的风险； 而 RAID 6 技术的推出访得数据可以在两块磁盘同时故障的情形下也不会丢失；