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第第7章章 RAID技术基础知识技术基础知识ISSUE 1.0日期：杭州华三通信技术有限公司 版权所有，未经授权不得使用与传播眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观n 计算机和网络技术的高速发展对存储性能和数据可计算机和网络技术的高速发展对存储性能和数据可靠性的要求不断的提高。使用靠性的要求不断的提高。使用RAID技术是很好的解技术是很好的解决途径。决途径。引入引入眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观n 了解了解RAID的定义与特点的定义与特点n 理解理解RAID数据组织方式和冗余原理数据组织方式和冗余原理n 熟练掌握各熟练掌握各RAID级别的原理及特性级别的原理及特性n 了解了解RAID的实现方式的实现方式课程目标课程目标学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观n RAID的基本概念的基本概念n RAID级别级别n RAID的实现方式和运行状态的实现方式和运行状态目录目录5眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID的定义的定义lRAID的全称的全称廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks）lRAID的定义的定义多个独立的物理硬盘按照不同的方式组合起来，形成一个虚拟的硬盘6眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID的优势的优势lRAID在容量和管理上的优势在容量和管理上的优势易于灵活的进行容量扩展“虚拟化”使可管理性极大的增强lRAID在性能上的优势在性能上的优势“磁盘分块”技术带来性能的提高lRAID在可靠性和可用性上的优势在可靠性和可用性上的优势通过冗余技术和热备、热换提升了可靠性7眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID组织数据的基本方式组织数据的基本方式分块分块分块分块分块分块分块分块条带条带1磁盘磁盘2磁盘磁盘3磁盘磁盘1磁盘磁盘4分区分区0分区分区1分区分区0分区分区0分区分区1分区分区0分区分区1分块分块分块分块分块分块分块分块分块分块分块分块分块分块分块分块条带条带2条带条带8眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID存取数据的基本方式存取数据的基本方式l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l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9眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观镜像冗余的概念镜像冗余的概念l镜像冗余使用了磁盘镜像技术镜像冗余使用了磁盘镜像技术l磁盘镜像是一个简单的设备虚拟化技术，磁盘镜像是一个简单的设备虚拟化技术，每个每个I/O操作都会在两个磁盘上执行，两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个磁盘看起来就像一个磁盘一样l镜像冗余可以提高磁盘的读性能镜像冗余可以提高磁盘的读性能10眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观镜像冗余的实现方式镜像冗余的实现方式卷管理器卷管理器系统总线系统总线I/O总线总线子系统子系统主机主机I/O控制器控制器设备设备设备驱动程序设备驱动程序文件系统文件系统I/O请求请求镜像器镜像器镜像镜像I/O路径路径主磁盘主磁盘镜像磁盘镜像磁盘11眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观校验冗余的概念校验冗余的概念l根据冗余算法计算阵列中成员磁盘上数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据的校验信息，将校验信息保存在其他的磁盘资源上的磁盘资源上l保证数据可靠性保证数据可靠性l和镜像冗余相比较，校验冗余的开销更和镜像冗余相比较，校验冗余的开销更小小12眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观XOR算法算法l相同为假，不同为真相同为假，不同为真lXOR的逆操作是的逆操作是XOR操作数操作数1操作数操作数2XOR结果结果假假假假假假假假真真真真真真假假真真真真真真假假13眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观热备和热换热备和热换l热备是指在不干扰当前系统的正常使用热备是指在不干扰当前系统的正常使用的情况下，用系统中另外一个正常的备的情况下，用系统中另外一个正常的备用磁盘顶替失效磁盘用磁盘顶替失效磁盘l热换是指在不影响系统正常运转的情况热换是指在不影响系统正常运转的情况下，用正常的磁盘物理替换下，用正常的磁盘物理替换RAID阵列中阵列中的失效磁盘的失效磁盘 眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观n RAID的基本概念的基本概念n RAID级别级别n RAID的实现方式和运行状态的实现方式和运行状态目录目录15眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID级别级别l组成组成RAID阵列的不同方式称为阵列的不同方式称为RAID级级别别l不同的不同的RAID级别级别不同的存储性能不同的数据可靠性不同的存储成本 16眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID0的工作原理的工作原理lRAID0是以条带的形式将数据均匀分布是以条带的形式将数据均匀分布在阵列的各个磁盘上在阵列的各个磁盘上D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11物理磁盘物理磁盘0物理磁盘物理磁盘1物理磁盘物理磁盘2物理磁盘物理磁盘3条带条带0条带条带1条带条带2D8D4D0D11D7D3D10D6D2D9D5D1D17眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID0的特性的特性所需成员磁盘数所需成员磁盘数2个或更多，最低为个或更多，最低为2个个优点优点极高的磁盘读写效率极高的磁盘读写效率不存在校验，不会占用太多不存在校验，不会占用太多CPU资源资源设计、使用和配置比较简单设计、使用和配置比较简单缺点缺点无冗余，不能用于对数据安全性要求高的环境无冗余，不能用于对数据安全性要求高的环境适用领域适用领域视频生成和编辑、图像编辑视频生成和编辑、图像编辑其他需要大的传输带宽的操作其他需要大的传输带宽的操作18眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID1的工作原理的工作原理lRAID1以镜像为冗余方式，对虚拟磁盘以镜像为冗余方式，对虚拟磁盘上的数据做多份拷贝，放在成员磁盘上上的数据做多份拷贝，放在成员磁盘上物理磁盘物理磁盘05物理磁盘物理磁盘1D3D2D0D1D3D2D0D1D0D1D2D3D19眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID1的特性的特性所需成员磁盘数所需成员磁盘数2N个，（个，（N1），最低为），最低为2个个优点优点具有具有100数据冗余，提供最高的数据安全保障数据冗余，提供最高的数据安全保障理论上可以实现理论上可以实现2倍的读取效率倍的读取效率设计和使用比较简单设计和使用比较简单缺点缺点开销大，空间利用率只有开销大，空间利用率只有50在写性能方面提升不大在写性能方面提升不大适用领域适用领域财务、金融等高可用、高安全的数据存储环境财务、金融等高可用、高安全的数据存储环境20眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID2l采用校验冗余采用校验冗余把数据分散为位或块，加入汉明码，间隔写入到磁盘阵列的每个磁盘中在成员磁盘上的地址都一样l采用了并行存取方式采用了并行存取方式l花费大，成本昂贵花费大，成本昂贵21眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID3的工作原理的工作原理l在在RAID3中，数据块被分为更小的块并中，数据块被分为更小的块并行传输到各个成员磁盘上，同时计算行传输到各个成员磁盘上，同时计算XOR校验数据存放到专用的校验磁盘上校验数据存放到专用的校验磁盘上D0D1D2D3D0.物理磁盘物理磁盘0物理磁盘物理磁盘1物理磁盘物理磁盘2校验磁盘校验磁盘3D30D20D10D00P3P2P1P0D32D22D12D02D31D21D11D22眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID3的特性的特性所需成员磁盘数所需成员磁盘数3个或更多，最低为个或更多，最低为3个个优点优点读写性能都比较好读写性能都比较好当有磁盘损坏时，对整体吞吐量影响较小当有磁盘损坏时，对整体吞吐量影响较小减少了开销减少了开销缺点缺点控制器设计复杂控制器设计复杂采用并行存取方式，主轴同步时吞吐量没有提高采用并行存取方式，主轴同步时吞吐量没有提高校验磁盘的写性能有瓶颈校验磁盘的写性能有瓶颈适用领域适用领域视频生成和图像、视频编辑等视频生成和图像、视频编辑等需要高吞吐量的应用环境需要高吞吐量的应用环境23眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID4的工作原理的工作原理l在在RAID4中，数据被分为更大的块并行中，数据被分为更大的块并行传输到各个成员磁盘上，同时计算传输到各个成员磁盘上，同时计算XOR校验数据存放到专用的校验磁盘上校验数据存放到专用的校验磁盘上物理磁盘物理磁盘0物理磁盘物理磁盘1物理磁盘物理磁盘2校验磁盘校验磁盘3D9D6D3D0P3P2P1P0D11D8D5D2D10D7D4D1D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11条带条带0条带条带1条带条带2D0.条带条带24眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID4lRAID4采用独立存取方式，将条带由采用独立存取方式，将条带由RAID3的小数据块改为更大的数据块，的小数据块改为更大的数据块，这是这是RAID4和和RAID3最大的不同最大的不同lRAID4的校验较为迅速，可以获得相对的校验较为迅速，可以获得相对于于RAID3更高的读取速度，但写入速度更高的读取速度，但写入速度极差，控制器的设计更加复杂极差，控制器的设计更加复杂25眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID5的工作原理的工作原理lRAID5采用独立存取的阵列方式，校验采用独立存取的阵列方式，校验信息被均匀的分散到阵列的各个磁盘上信息被均匀的分散到阵列的各个磁盘上D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11物理磁盘物理磁盘0物理磁盘物理磁盘1物理磁盘物理磁盘2物理磁盘物理磁盘3条带条带0条带条带1条带条带2P3D6D3D05D11D8D5P0D10D7P1D2D9P2D4D1D0.条带条带26眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID5的特性的特性所需成员磁盘数所需成员磁盘数3个或更多，最低为个或更多，最低为3个个优点优点读性能比较高读性能比较高中等的写性能中等的写性能校验信息的分布式存取，避免出现写操作的瓶颈校验信息的分布式存取，避免出现写操作的瓶颈缺点缺点控制器设计复杂控制器设计复杂磁盘重建的过程比较复杂磁盘重建的过程比较复杂适用领域适用领域文件服务器、文件服务器、Email服务器、服务器、Web服务器等环境服务器等环境数据库应用数据库应用27眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID6lRAID6是指带有两种分布存储的检验信是指带有两种分布存储的检验信息的磁盘阵列，它是对息的磁盘阵列，它是对RAID5的扩展，的扩展，主要是用于要求数据绝对不能出错的场主要是用于要求数据绝对不能出错的场合，使用了二种奇偶校验方法，需要合，使用了二种奇偶校验方法，需要N+2个磁盘个磁盘l常用的常用的RAID6技术技术:RAID6 PQRAID6 DP28眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID6 P+QlRAID6 P+Q会根据公式计算出会根据公式计算出P和和Q的值，的值，当有两个数据同时丢失时，仍可以计算当有两个数据同时丢失时，仍可以计算出原数据出原数据磁盘磁盘1磁盘磁盘2磁盘磁盘3磁盘磁盘4磁盘磁盘5条带条带1数据数据1a数据数据1b数据数据1cP1Q1条带条带2数据数据2d数据数据2eP2Q2数据数据2f条带条带3数据数据3gP3Q3数据数据3h数据数据3i条带条带4P4Q4数据数据4j数据数据4k数据数据4l条带条带5Q5数据数据5m数据数据5n数据数据5oP29眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID6 DPl RAID6 DP中的中的DP指指Double Parity，它在，它在RAID4的基础上不仅有行的校验，还增加了的基础上不仅有行的校验，还增加了一个用来存放斜向校验信息的磁盘一个用来存放斜向校验信息的磁盘数据磁盘数据磁盘1数据磁盘数据磁盘2数据磁盘数据磁盘3数据磁盘数据磁盘4横向校验横向校验磁盘磁盘斜向校验斜向校验磁盘磁盘数据数据a数据数据b数据数据c数据数据dP1DP1数据数据e数据数据f数据数据g数据数据hP2DP2数据数据i数据数据j数据数据k数据数据lP3DP3数据数据m数据数据n数据数据o数据数据pP4DP4DP30眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID7lRAID7是一种新的是一种新的RAID标准，它与以前标准，它与以前见到的见到的RAID级别有明显的区别，可以理级别有明显的区别，可以理解成一个独立的解成一个独立的“存储计算机存储计算机”lRAID7自身带有智能化实时操作系统和自身带有智能化实时操作系统和用于存储管理的软件工具，可以完全独用于存储管理的软件工具，可以完全独立与主机运行，不占用主机立与主机运行，不占用主机CPU资源资源31眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观组合不同级别的组合不同级别的RAIDl组合不同级别组合不同级别RAID的目的的目的从RAID0到RAID6，不同级别的RAID在性能、冗余、价格等方面做了不同程度的折中组合不同级别的RAID，目的是扬长避短，产生具有优势特性的混合RAID级别l重点介绍重点介绍RAID 10RAID 32眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID10的工作原理的工作原理lRAID10结合结合RAID1和和RAID0，先镜像，先镜像，再条带化再条带化D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11物理磁盘物理磁盘0物理磁盘物理磁盘1物理磁盘物理磁盘2 物理磁盘物理磁盘3条带条带0条带条带1条带条带2D6D4D2D0D7D5D3D1D7D5D3D1D6D4D2D0D0.条带条带33眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID10的特性的特性所需成员磁盘数所需成员磁盘数2N个，（个，（N2），最低为），最低为4个个优点优点读性能很高读性能很高写性能比较好写性能比较好数据安全性好，允许同时有数据安全性好，允许同时有N个磁盘失效个磁盘失效缺点缺点空间利用率只有空间利用率只有50开销大开销大适用领域适用领域多用于要求高可用性和高安全性的数据库应用多用于要求高可用性和高安全性的数据库应用34眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID50的工作原理的工作原理lRAID50是是RAID5和和RAID0的结合，先实的结合，先实现现RAID5，再条带化，再条带化D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D0.D12D13磁盘磁盘0 磁盘磁盘1磁盘磁盘3 磁盘磁盘4D12P20D4D0P31D11D7P01D14P21D6D2P30D9D5P00条带条带0条带条带1条带条带2条带条带3D13D8P10D1D15D10P11D3磁盘磁盘2磁盘磁盘35眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID50的特性的特性所需成员磁盘数所需成员磁盘数6个或更多，最低为个或更多，最低为6个个优点优点比比RAID5有更好的读性能有更好的读性能比相同容量的比相同容量的RAID5重建时间更短重建时间更短可以容许可以容许N个磁盘同时失效个磁盘同时失效缺点缺点设计复杂，比较难实现设计复杂，比较难实现同一个同一个RAID5组内的两个磁盘失效会导致整个阵组内的两个磁盘失效会导致整个阵列的失效列的失效适用领域适用领域大型数据库服务器、应用服务器、文件服务器等大型数据库服务器、应用服务器、文件服务器等应用应用36眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观常用常用RAID级别的比较级别的比较RAID级别级别RAID0RAID1RAID3RAID5RAID10别名别名条带条带镜像镜像专用奇偶专用奇偶位条带位条带分布奇偶位分布奇偶位条带条带镜像阵列条镜像阵列条带带容错性容错性无无有有有有有有有有冗余类型冗余类型无无镜像镜像奇偶校验奇偶校验奇偶校验奇偶校验镜像镜像备盘备盘无无有有有有有有有有读性能读性能高高低低高高高高中间中间随机写性能随机写性能高高低低最低最低低低中间中间连续写性能连续写性能高高低低低低低低中间中间需要的磁盘需要的磁盘数数2个或更多个或更多2个或个或2N个个3个或更多个或更多3个或更多个或更多4个或个或2N（N2）可用容量可用容量总的磁盘容总的磁盘容量量磁盘容量的磁盘容量的50磁盘容量磁盘容量的（的（N-1）/N磁盘容量的磁盘容量的（N-1）/N磁盘容量的磁盘容量的37眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观思考题思考题l常用常用RAID级别中：级别中：哪种RAID级别性能最好？哪种RAID级别冗余程度最高？相同可用容量下，哪种RAID级别开销最高？38眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观解答解答l常用常用RAID级别中：级别中：RAID0的性能最好；RAID1的冗余程度最高；相同可用容量下，RAID1和RAID 10的开销最高。眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观n RAID的基本概念的基本概念n RAID级别级别n RAID的实现方式和运行状态的实现方式和运行状态目录目录40眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观软件软件RAID和硬件和硬件RAIDl软件软件RAID功能都依赖于主机CPU完成,没有第三方的控制处理器和I/O芯片l硬件硬件RAID有专门的RAID控制处理器和I/O处理芯片来处理RAID任务，不需占用主机CPU资源41眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观RAID的运行状态的运行状态l建立（建立（Create）l正常（正常（Normal） l降级降级/临界（临界（Degrade/Critical）l重建（重建（Rebuild/Recover）l重构（重构（Reconstruct）l失效（失效（Failed）42眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观思考题思考题l若若RAID5的一块磁盘失效，则：的一块磁盘失效，则：目前该RAID阵列运行在什么状态之下？若又有一块磁盘发生故障，会进入什么状态？43眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观解答解答l若若RAID5的一块磁盘失效，则的一块磁盘失效，则目前处在降级/临界状态下再有一块磁盘发生故障，将进入失效状态44眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观l分块、分区、分条是分块、分区、分条是RAID组织数据的组织数据的重要概念重要概念lRAID的冗余方式有镜像冗余和校验冗的冗余方式有镜像冗余和校验冗余余l常用常用RAID级别有级别有RAID1、RAID5和和RAID10等等本章总结本章总结杭州华三通信技术有限公司眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观