iSCSI(互聯(lián)網(wǎng)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)是一種在TCPIP上進(jìn)行

1、1.1 iSCSIiSCSI（互聯(lián)網(wǎng)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）是一種在TCP/IP上進(jìn)行數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。它是由Cisco和IBM兩家發(fā)起的，并且得到了各大存儲(chǔ)廠商的大力支持。iSCSI可以實(shí)現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行SCSI協(xié)議，使其能夠在諸如高速千兆以太網(wǎng)上進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)存取備份操作。iSCSI標(biāo)準(zhǔn)在2003年2月11日由IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）認(rèn)證通過。iSCSI繼承了兩大最傳統(tǒng)技術(shù)：SCSI和TCP/IP協(xié)議。這為iSCSI的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；趇SCSI的存儲(chǔ)系統(tǒng)只需要不多的投資便可實(shí)現(xiàn)SAN存儲(chǔ)功能，甚至直接利用現(xiàn)有的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于以往的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，它解決了開放性、容量、傳

2、輸速度、兼容性、安全性等問題，其優(yōu)越的性能使其備受始關(guān)注與青睞。 iSCSI的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)：工作流程：iSCSI系統(tǒng)由SCSI適配器發(fā)送一個(gè)SCSI命令。命令封裝到TCP/IP包中并送入到以太網(wǎng)絡(luò)。接收方從TCP/IP包中抽取SCSI命令并執(zhí)行相關(guān)操作。把返回的SCSI命令和數(shù)據(jù)封裝到TCP/IP包中，將它們發(fā)回到發(fā)送方。系統(tǒng)提取出數(shù)據(jù)或命令，并把它們傳回SCSI子系統(tǒng)。安全性描述： iSCSI協(xié)議本身提供了QoS及安全特性。可以限制initiator僅向target列表中的目標(biāo)發(fā)登錄請(qǐng)求，再由target確認(rèn)并返回響應(yīng)，之后才允許通信；通過IPSec將數(shù)據(jù)包加密之后傳輸，包括數(shù)據(jù)完整性、確定性

3、及機(jī)密性檢測(cè)等；iSCSI的優(yōu)勢(shì)（1）廣泛分布的以太網(wǎng)為iSCSI的部署提供了基礎(chǔ)。（2）千兆/萬兆以太網(wǎng)的普及為iSCSI提供了更大的運(yùn)行帶寬。 （3）以太網(wǎng)知識(shí)的普及為基于iSCSI技術(shù)的存儲(chǔ)技術(shù)提供了大量的管理人才。（4）由于基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，完全解決數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程復(fù)制（Data Replication）及災(zāi)難恢復(fù)（Disaster Recover）等傳輸距離上的難題。（5）得益于以太網(wǎng)設(shè)備的價(jià)格優(yōu)勢(shì)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的開放性和便利的管理性，設(shè)備擴(kuò)充和應(yīng)用調(diào)整的成本付出小。1.2 iSCSI與光纖通道的比較從傳輸層看，光纖通道的傳輸采用其FC協(xié)議，iSCSI采用TCP/IP協(xié)議。FC協(xié)議與

4、現(xiàn)有的以太網(wǎng)是完全異構(gòu)的，兩者不能相互接駁。因此光纖通道是具有封閉性的，而且不僅與現(xiàn)有的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）接入，也與其他不同廠商的光纖通道網(wǎng)絡(luò)接入（由于廠家對(duì)FC標(biāo)準(zhǔn)的理解的異樣，F(xiàn)C設(shè)備的兼容性是一個(gè)巨大的難題）。因此，對(duì)于以后存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展由于兼容性的問題而成為了難題。而且，F(xiàn)C協(xié)議由于其協(xié)議特性，網(wǎng)絡(luò)建完后，加入新的存儲(chǔ)子網(wǎng)時(shí)，必須要重新配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這也是FC網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的障礙。iSCSI基于的TCP/IP協(xié)議，它本身就運(yùn)行于以太網(wǎng)之上，因此可以和現(xiàn)有的企業(yè)內(nèi)部以太網(wǎng)無縫結(jié)合。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性已經(jīng)無需討論，迅猛發(fā)展的internent網(wǎng)上運(yùn)行著全球無數(shù)家網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商提供

5、的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這是一個(gè)最好的佐證。從網(wǎng)絡(luò)管理的角度看，運(yùn)行FC協(xié)議的光網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)難度相當(dāng)之大。其管理采用了專有的軟件，因此需要專門的管理人員，且其培訓(xùn)費(fèi)用高昂。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)通過這些年的普及，已有大量的網(wǎng)絡(luò)管理人才，并且，由于支持TCP/IP的設(shè)備對(duì)協(xié)議的支持一致性好，即使是不同廠家的設(shè)備，其網(wǎng)絡(luò)管理方法也是基本一致的。FC運(yùn)行于光網(wǎng)絡(luò)之上，其速度是非?？斓?，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了2G的帶寬，這也是它的主要優(yōu)勢(shì)所在。下一代的FC標(biāo)準(zhǔn)正在制定當(dāng)中，其速度可以達(dá)到4G，今天的千兆以太網(wǎng)已經(jīng)在普及當(dāng)中，這也是基于TCP/IP的iSCSI協(xié)議進(jìn)入實(shí)用的保證。得益于優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，以太網(wǎng)從誕生到現(xiàn)在，遍及了

6、所有有網(wǎng)絡(luò)的地方，到現(xiàn)在依然表現(xiàn)出非凡的生命力，在全球無數(shù)網(wǎng)絡(luò)廠商的共同努力下，以太網(wǎng)的速度穩(wěn)步提升，千兆網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，萬兆網(wǎng)絡(luò)呼之欲出，以太網(wǎng)的主要部件交換機(jī)路由器均已有萬兆級(jí)別的產(chǎn)品。隨著產(chǎn)品的不斷豐富，以及設(shè)備廠商間的劇烈競(jìng)爭(zhēng)，其建設(shè)成本在不斷下降，萬兆網(wǎng)絡(luò)的普及已日益臨近。當(dāng)iSCSI以10Gb的高速傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，基于iSCSI協(xié)議的存儲(chǔ)技術(shù)將無可爭(zhēng)議的成為網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的王者。 第2章 文件系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)2.1 什么是文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)定義了把文件存儲(chǔ)于磁盤時(shí)所必須的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及磁盤數(shù)據(jù)的管理方式。我們知道，磁盤是由很多個(gè)扇區(qū)（Sector）組成的，如果扇區(qū)之間不建立任何的關(guān)系，寫入其中的文件

7、就無法訪問，因?yàn)闊o法知道文件從哪個(gè)扇區(qū)開始，文件占多少個(gè)扇區(qū)，文件有什么屬性。為了訪問磁盤中的數(shù)據(jù)，就必需在扇區(qū)之間建立聯(lián)系，也就是需要一種邏輯上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。建立這種邏輯結(jié)構(gòu)就是文件系統(tǒng)要做的事情，在磁盤上建立文件系統(tǒng)的過程通常稱為“格式化”。以Windows平臺(tái)下最常見的FAT文件系統(tǒng)為例。FAT文件系統(tǒng)有兩個(gè)重要的組成部分：FAT表（File Allocation Table）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。FAT表是FAT文件系統(tǒng)的名稱來源，它定義了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的簇（Cluster，由2的n次方個(gè)Sector組成，n值根據(jù)分區(qū)大小而定，需綜合考慮數(shù)據(jù)存取效率和存儲(chǔ)空間的利用率）之間的鏈接關(guān)系，這種鏈接關(guān)系

8、是一個(gè)單向鏈表，指向0xFF表示結(jié)束。依據(jù)一個(gè)簇編號(hào)所用bit數(shù)的不同，可分為FAT12、FAT16和FAT32文件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)區(qū)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包含文件目錄項(xiàng)（Directory Entries）和文件數(shù)據(jù)。文件目錄項(xiàng)存儲(chǔ)的是一個(gè)文件或目錄的屬性信息，包括文件名稱（把目錄也看成是文件）、讀寫屬性、文件大小、創(chuàng)建時(shí)間、起始簇編號(hào)等，一個(gè)目錄下的每個(gè)子目錄和文件都對(duì)應(yīng)一個(gè)表項(xiàng)記錄。文件目錄項(xiàng)以固定32字節(jié)的長(zhǎng)度存儲(chǔ)，以樹型結(jié)構(gòu)管理，其中根目錄的位置是確定的。也就是說，根據(jù)分區(qū)根目錄可以找到下級(jí)子目錄和文件的起始簇編號(hào)，根據(jù)下級(jí)子目錄又可以找到更下級(jí)目錄或文件的起始簇編號(hào)。可見，F(xiàn)AT表和文件目錄項(xiàng)是為了

9、文件的訪問和管理而建立的。應(yīng)用程序要訪問一個(gè)文件時(shí)，根據(jù)文件路徑（邏輯分區(qū)號(hào)目錄，如F:software）和文件名稱（如setup.exe）可從文件目錄項(xiàng)中獲得存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)的起始簇號(hào)，之后從FAT表查詢這個(gè)簇號(hào)對(duì)應(yīng)的鏈表，就可以獲得該文件對(duì)應(yīng)的全部簇編號(hào)。從這些簇中讀出全部數(shù)據(jù)，就得到一個(gè)完整的文件。一般來說，文件系統(tǒng)是和操作系統(tǒng)緊密結(jié)合在一起的，不同的操作系統(tǒng)使用不同的文件系統(tǒng)，但有時(shí)為了兼容，不同操作系統(tǒng)也使用相同的文件系統(tǒng)。2.2 主流文件系統(tǒng)和特點(diǎn)在Windows系列操作系統(tǒng)中，MS-DOS和Windows 3.x使用FAT16文件系統(tǒng)，默認(rèn)情況下Windows 98也使用FAT16，

10、Windows 98和Windows Me可以同時(shí)支持FAT16、FAT32兩種文件系統(tǒng)，Windows NT則支持FAT16、NTFS兩種文件系統(tǒng)，Windows 2000可以支持FAT16、FAT32、NTFS三種文件系統(tǒng).每一種文件系統(tǒng)提供的功能與特點(diǎn)各不相同。比如FAT32文件系統(tǒng)。，采用32位的文件分配表，磁盤的管理能力大為增強(qiáng)。但由于文件分配表的增大，性能相對(duì)來說有所下降。此外，這個(gè)版本的文件系統(tǒng)不能向下兼容。NTFS是隨著 Windows NT操作系統(tǒng)而產(chǎn)生的，它的優(yōu)點(diǎn)和FAT文件系統(tǒng)相比是有更好的安全性和穩(wěn)定性，在使用中不易產(chǎn)生文件碎片，NTFS分區(qū)對(duì)用戶權(quán)限作出了非常嚴(yán)格的限

11、制，同時(shí)它還提供了容錯(cuò)結(jié)構(gòu)日志，從而保護(hù)了系統(tǒng)的安全。但NTFS分區(qū)格式的兼容性不好，Windows 98/ME操作系統(tǒng)均不能直接訪問該分區(qū)。對(duì)于超過4GB以上的硬盤，使用NTFS分區(qū)，可以減少磁盤碎片的數(shù)量，大大提高硬盤的利用率；NTFS可以支持的文件大小可以達(dá)到64GB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于FAT32下的4GB；支持長(zhǎng)文件名，支持的最大分區(qū)為 2TB。 在Linux系統(tǒng)中，每個(gè)分區(qū)都是一個(gè)文件系統(tǒng)，都有自己的目錄層次結(jié)構(gòu)。Linux的最重要特征之一就是支持多種文件系統(tǒng),并可以和許多其它種操作系統(tǒng)共存。隨著Linux的不斷發(fā)展，它所支持的文件格式系統(tǒng)也在迅速擴(kuò)充。特別是Linux 2.4內(nèi)核正式推出后，

12、出現(xiàn)了大量新的文件系統(tǒng). Linux系統(tǒng)可以支持十多種文件系統(tǒng)類型包括：JFS、 ext、ext2、ext3、ISO9660、XFS、Minx、MSDOS、UMSDOS、VFAT、NTFS、HPFS、NFS、SMB、SysV、PROC等。2.3 NFS和CIFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)工作原理和特點(diǎn)NFS (Network File System，網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng))是當(dāng)前主流異構(gòu)平臺(tái)共享文件系統(tǒng)之一.主要應(yīng)用在UNIX環(huán)境下。 最早是由SUN microsystem開發(fā)，現(xiàn)在能夠支持在不同類型的系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行文件共享，廣泛應(yīng)用在FreeBSD、SCO、Solaris等等異構(gòu)操作系統(tǒng)平臺(tái)， 允許一個(gè)系統(tǒng)在

13、網(wǎng)絡(luò)上與它人共享目錄和文件。通過使用NFS，用戶和程序可以象訪問本地文件一樣訪問遠(yuǎn)端系統(tǒng)上的文件，使得每個(gè)計(jì)算機(jī)的節(jié)點(diǎn)能夠像使用本地資源一樣方便地使用網(wǎng)上資源。換言之，NFS 可用于不同類型計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和傳輸協(xié)議運(yùn)行環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)文件遠(yuǎn)程訪問和共享。NFS的工作原理是使用客戶端/服務(wù)器架構(gòu)，由一個(gè)客戶端程序和服務(wù)器程序組成。服務(wù)器程序向其它計(jì)算機(jī)提供對(duì)文件系統(tǒng)的訪問，其過程就叫做“輸出”。NFS 客戶端程序?qū)蚕砦募到y(tǒng)進(jìn)行訪問時(shí)，把它們從 NFS 服務(wù)器中“輸送”出來。文件通常以“塊” 為單位進(jìn)行傳輸. 其尺寸是 8K (雖然它可能會(huì)將操作分成更小尺寸的分片).NFS 傳輸協(xié)議用

14、于服務(wù)器和客戶機(jī)之間文件訪問和共享的通信，從而使客戶機(jī)遠(yuǎn)程地訪問保存在存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)。CIFS（Common Internet File Syste，公共互聯(lián)網(wǎng)文件系統(tǒng)）是當(dāng)前主流異構(gòu)平臺(tái)共享文件系統(tǒng)之一。主要應(yīng)用在NT/Windows環(huán)境下，是由Microsoft公司開發(fā)。其工作原理是讓CIFS協(xié)議運(yùn)行于TCP/IP通信協(xié)議之上，讓Unix計(jì)算機(jī)可以在網(wǎng)絡(luò)鄰居上被Windows計(jì)算機(jī)看到。共享文件系統(tǒng)特點(diǎn)：Ø 異構(gòu)平臺(tái)下的文件共享：不同平臺(tái)下的多個(gè)客戶端可以很容易的共享NAS中的同一個(gè)文件。Ø 充分利用現(xiàn)有的LAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保護(hù)現(xiàn)有投資。Ø 容易安裝，使用和管

15、理都很方便，實(shí)現(xiàn)即插即用。Ø 廣泛的連接性：由于基于IP/Ethernet以及標(biāo)準(zhǔn)的NFS和CIFS，可以適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。Ø 內(nèi)部資源的整合：可以將內(nèi)部的磁盤整合成一個(gè)統(tǒng)一的存儲(chǔ)池，以卷的方式提供給不同的用戶，每一個(gè)卷可以格式化成不同的文件系統(tǒng)Ø 允許應(yīng)用進(jìn)程打開一個(gè)遠(yuǎn)地文件，并能夠在該文件的某一個(gè)特定的位置上開始讀寫數(shù)據(jù)。NFS 可使用戶只復(fù)制一個(gè)大文件中的一個(gè)很小的片段，而不需復(fù)制整個(gè)大文件，在網(wǎng)絡(luò)上傳送的只是少量的修改數(shù)據(jù)。需要注意的是，CIFS和NFS雖然同樣也是文件系統(tǒng)（File System），但它并不能用于在磁盤中存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，它定義的是通過T

16、CP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸文件時(shí)的文件組織格式和數(shù)據(jù)傳輸方式。利用CIFS和NFS共享文件實(shí)際涉及到兩次的文件系統(tǒng)轉(zhuǎn)換?？蛻舳藦姆?wù)器端申請(qǐng)一個(gè)文件時(shí)，服務(wù)器端首先從本地讀出文件（本地文件系統(tǒng)格式），并以NFS/CIFS的格式封裝成IP報(bào)文并發(fā)送給客戶端?？蛻舳耸盏絀P報(bào)文以后，把文件存儲(chǔ)與本地磁盤中（本地文件系統(tǒng)格式）。2.4 存儲(chǔ)系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的關(guān)系提到NAS，通常會(huì)想到傳統(tǒng)的NAS設(shè)備，它具有自己的文件系統(tǒng)，具有較大的存儲(chǔ)容量，具有一定的文件管理和服務(wù)功能。NAS設(shè)備和客戶端之間通過IP網(wǎng)絡(luò)連接，基于NFS/CIFS協(xié)議在不同平臺(tái)之間共享文件，數(shù)據(jù)的傳輸以文件為組織單位。雖然NAS設(shè)備常被認(rèn)為是

17、一種存儲(chǔ)架構(gòu)，但NAS設(shè)備最核心的東西實(shí)際上在存儲(chǔ)之外，那就是文件管理服務(wù)。從功能上來看，傳統(tǒng)NAS設(shè)備就是一個(gè)帶有DAS存儲(chǔ)的文件服務(wù)器。從數(shù)據(jù)的IO路徑來看，它的數(shù)據(jù)IO發(fā)生在NAS設(shè)備內(nèi)部，這種架構(gòu)與DAS毫無分別。而事實(shí)上，很多NAS設(shè)備內(nèi)部的文件服務(wù)模塊與磁盤之間是通過SCSI總線連接的。至于通過NFS/CIFS共享文件，完全屬于高層協(xié)議通信，根本就不在數(shù)據(jù)IO路徑上，所以數(shù)據(jù)的傳輸不可能以塊來組織。正是由于這種功能上的重疊，在SAN出現(xiàn)以后，NAS頭設(shè)備（或NAS網(wǎng)關(guān)）逐漸發(fā)展起來，NAS over SAN的方案越來越多，NAS回歸了其文件服務(wù)的本質(zhì)。由此可知，NAS與一般的應(yīng)用主

18、機(jī)在網(wǎng)絡(luò)層次上的位置是相同的，為了在磁盤中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，就必須要建立文件系統(tǒng)。有的NAS設(shè)備采用專有文件系統(tǒng)，而有的NAS設(shè)備則直接借用其操作系統(tǒng)支持的文件系統(tǒng)。由于不同的OS平臺(tái)之間文件系統(tǒng)不兼容，所以NAS設(shè)備和客戶端之間就采用通用的NFS/CIFS來共享文件。至于SAN，它提供給應(yīng)用主機(jī)的就是一塊未建立文件系統(tǒng)的“虛擬磁盤”。在上面建立什么樣的文件系統(tǒng)，完全由主機(jī)操作系統(tǒng)確定。第3章 RAID技術(shù)3.1 RAID概述RAID為廉價(jià)磁盤冗余陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks），RAID技術(shù)將一個(gè)個(gè)單獨(dú)的磁盤以不同的組合方式形成一個(gè)邏輯硬盤，從而提高了

19、磁盤讀取的性能和數(shù)據(jù)的安全性。不同的組合方式用RAID級(jí)別來標(biāo)識(shí)。RAID技術(shù)是由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校D.A. Patterson教授在1988年提出的，作為高性能、高可靠的存儲(chǔ)技術(shù)，在今天已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。3.2 RAID級(jí)別RAID技術(shù)經(jīng)過不斷的發(fā)展，現(xiàn)在已擁有了從 RAID 0 到 5等6種明確標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別的RAID 級(jí)別。另外，其他還有6、7、10（RAID 1與RAID 0的組合）、01（RAID 0與RAID 1的組合）、30（RAID 3與RAID 0的組合）、50（RAID 0與RAID 5的組合）等。不同RAID 級(jí)別代表著不同的存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全性和存儲(chǔ)成本，下面將介紹如

20、下RAID級(jí)別：0、1、2、3、4、5、6、01、10。3.2.1 RAID0RAID0也稱為條帶化（stripe），將數(shù)據(jù)分成一定的大小順序的寫道陣列的磁盤里，RAID0可以并行的執(zhí)行讀寫操作，可以充分利用總線的帶寬，理論上講，一個(gè)由N個(gè)磁盤組成的RAID0系統(tǒng)，它的讀寫性能將是單個(gè)磁盤讀取性能的N倍。且磁盤空間的存儲(chǔ)效率最大（100）RAID0有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)：不提供數(shù)據(jù)冗余保護(hù)，一旦數(shù)據(jù)損壞，將無法恢復(fù)。D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D1D5D9D2D6D10D3D7D11D4D8D12如圖所示：系統(tǒng)向RAID0系統(tǒng)（四個(gè)磁盤組成）發(fā)出的I/O數(shù)據(jù)請(qǐng)求被轉(zhuǎn)化為4項(xiàng)

21、操作，其中的每一項(xiàng)操作都對(duì)應(yīng)于一塊物理硬盤。通過建立RAID 0，原先順序的數(shù)據(jù)請(qǐng)求被分散到四塊硬盤中同時(shí)執(zhí)行。從理論上講，四塊硬盤的并行操作使同一時(shí)間內(nèi)磁盤讀寫速度提升了4倍。 但由于總線帶寬等多種因素的影響，實(shí)際的提升速率會(huì)低于理論值，但是，大量數(shù)據(jù)并行傳輸與串行傳輸比較，性能必然大幅提高。RAID0應(yīng)用于對(duì)讀取性能要求較高但所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為非重要數(shù)據(jù)的情況下。3.2.2 RAID1RAID1成為鏡像（mirror），它將數(shù)據(jù)完全一致的分別寫到工作磁盤和鏡像磁盤，因此它的磁盤空間利用率為50，在數(shù)據(jù)寫入時(shí)時(shí)間會(huì)有影響，但是讀的時(shí)候沒有任何影響，RAID0提供了最佳的數(shù)據(jù)保護(hù)，一旦工作磁盤發(fā)生

22、故障，系統(tǒng)自動(dòng)從鏡像磁盤讀取數(shù)據(jù)，不會(huì)影響用戶工作。D1D2D3D4D1D2D3D4D1D2D3D4工作磁盤鏡像磁盤RAID1應(yīng)用于對(duì)數(shù)據(jù)保護(hù)極為重視的應(yīng)用。3.2.3 RAID2RAID2稱為糾錯(cuò)海明碼磁盤陣列，陣列中序號(hào)為2N的磁盤（第1、2、4、6）作為校驗(yàn)盤，其余的磁盤用于存放數(shù)據(jù)，磁盤數(shù)目越多，校驗(yàn)盤所占比率越少。RAID2在大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)額情況下性能很高，RAID2的實(shí)際應(yīng)用很少。3.2.4 RAID3RAID3采用一個(gè)硬盤作為校驗(yàn)盤，其余磁盤作為數(shù)據(jù)盤，數(shù)據(jù)按位或字節(jié)的方式交叉的存取到各個(gè)數(shù)據(jù)盤中。不同磁盤上同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)做異或校驗(yàn)，并把校驗(yàn)值寫入到校驗(yàn)盤中。RAID3系統(tǒng)在完整的情

23、況下讀取時(shí)沒有任何性能上的影響，讀性能與RAID0一致，卻提供了數(shù)據(jù)容錯(cuò)能力，但是，在寫時(shí)性能大為下降，因?yàn)槊恳淮螌懖僮?，即使是改?dòng)某個(gè)數(shù)據(jù)盤上的一個(gè)數(shù)據(jù)塊，也必須根據(jù)所有同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)來重新計(jì)算校驗(yàn)值寫入到校驗(yàn)盤中，一個(gè)寫操作包含了寫入數(shù)據(jù)塊，讀取同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)塊，計(jì)算校驗(yàn)值，寫入校驗(yàn)值等操作，系統(tǒng)開銷大為增加。當(dāng)RAID3中有數(shù)據(jù)盤出現(xiàn)損壞，不會(huì)影響用戶讀取數(shù)據(jù)，如果讀取的數(shù)據(jù)塊正好在損壞的磁盤上，則系統(tǒng)需要讀取所有同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)塊，然后根據(jù)校驗(yàn)值重新構(gòu)建數(shù)據(jù)，系統(tǒng)性能受到影響。D1D2D3D4D5D6D7D8D9D1D4D7D3D6D9P1P2P3校驗(yàn)盤D2D5D8RAID3的校驗(yàn)盤在系

24、統(tǒng)接受大量的寫操作時(shí)容易形成性能瓶頸，因而適用于有大量讀操作如web系統(tǒng)以及信息查詢等應(yīng)用或持續(xù)大塊數(shù)據(jù)流（例如非線性編輯）的應(yīng)用。3.2.5 RAID4RAID4與RAID3基本一致，區(qū)別在于條帶化的方式不一樣，RAID4按照塊的方式存放數(shù)據(jù)，所以在寫操作時(shí)只涉及兩塊磁盤，數(shù)據(jù)盤和校驗(yàn)盤，提高了系統(tǒng)的IO性能。但面對(duì)隨機(jī)的分散的寫操作，單一的校驗(yàn)盤往往成為性能瓶頸。3.2.6 RAID5RAID5與RAID3的機(jī)制相似，但是數(shù)據(jù)校驗(yàn)的信息被均勻的分散到的陣列的各個(gè)磁盤上，這樣就不存在并發(fā)寫操作時(shí)的校驗(yàn)盤性能瓶頸。陣列的磁盤上既有數(shù)據(jù)，也有數(shù)據(jù)校驗(yàn)信息，數(shù)據(jù)塊和對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)信息會(huì)存儲(chǔ)于不同的磁盤

25、上，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)盤損壞時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)同一帶區(qū)的其他數(shù)據(jù)塊和對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)信息來重構(gòu)損壞的數(shù)據(jù)。D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D1D4D7P4D2D5P3D10D3P2D8D11P1D6D9D12RAID 5可以理解為是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全保障，但保障程度要比RAID1低而磁盤空間利用率要比RAID1高。RAID 5具有和RAID 0相近似的數(shù)據(jù)讀取速度，只是多了一個(gè)奇偶校驗(yàn)信息，寫入數(shù)據(jù)的速度比對(duì)單個(gè)磁盤進(jìn)行寫入操作稍慢。同時(shí)由于多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)奇偶校驗(yàn)信息，RAID 5的磁盤空間利用率要比RAID 1高，存儲(chǔ)成本相對(duì)較低

26、。RAID5在數(shù)據(jù)盤損壞時(shí)的情況和RAID3相似，由于需要重構(gòu)數(shù)據(jù)，性能會(huì)受到影響。3.2.7 RAID6RAID 6提供兩級(jí)冗余，即陣列中的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器失敗時(shí)，陣列仍然能夠繼續(xù)工作。一般而言，RAID 6的實(shí)現(xiàn)代價(jià)最高，因?yàn)镽AID 6不僅要支持?jǐn)?shù)據(jù)的恢復(fù)，又要支持校驗(yàn)的恢復(fù)，這使RAID 6控制器比其他級(jí)R A I D更復(fù)雜和更昂貴。1. RAID 6的校驗(yàn)數(shù)據(jù)當(dāng)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊執(zhí)行寫操作時(shí)， RAID 6做兩個(gè)獨(dú)立的校驗(yàn)計(jì)算，因此，它能夠支持兩個(gè)磁盤的失敗。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)思想，目前基本上有兩個(gè)已經(jīng)接受的方法： 使用多種算法，如X O R和某種其他的函數(shù)。 在不同的數(shù)據(jù)分條或者磁盤上，使用排列的數(shù)

27、據(jù)。2. RAID 6的一維冗余RAID 6的第一種方法是用兩種不同的方法計(jì)算校驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)思想最容易的方法之一是用兩個(gè)校驗(yàn)磁盤支持?jǐn)?shù)據(jù)磁盤，第一個(gè)校驗(yàn)磁盤支持一種校驗(yàn)算法，而第二個(gè)磁盤支持另一種校驗(yàn)算法，使用兩種算法稱為P + Q校驗(yàn)。一維冗余是指使用另一個(gè)校驗(yàn)磁盤，但所包含的分塊數(shù)據(jù)是相同的。例如，P校驗(yàn)值可能由X O R函數(shù)產(chǎn)生，這樣，Q校驗(yàn)函數(shù)需要是其他的某種操作，一個(gè)很有力的侯選者是Reed Solomon誤差修正編碼的變體，這個(gè)誤差修正編碼一般用于磁盤和磁帶驅(qū)動(dòng)器。假如兩個(gè)磁盤失敗，那么，通過求解帶有兩個(gè)變量的方程，可以恢復(fù)兩個(gè)磁盤上的數(shù)據(jù)，這是一個(gè)代數(shù)方法，可以由硬件輔助處理

28、器加速求解。3.2.8 RAID10RAID10是RAID1和RAID0的結(jié)合，也稱為RAID（0+1），先做鏡像然后做條帶化，既提高了系統(tǒng)的讀寫性能，有提供了數(shù)據(jù)冗余保護(hù)，RAID10的磁盤空間利用率和RAID1是一樣的，為50。RAID10適用于既有大量的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)，有對(duì)數(shù)據(jù)安全性有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，比如金融，證券等。D1D2D3D4D5D6D7D8D1D5D2D6D3D7D4D8D1D5D2D6D3D7D4D83.2.9 RAID01RAID01也是RAID0和RAID1的結(jié)合，但它是對(duì)條帶化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像。但與RAID10 不同，一個(gè)磁盤的丟失等同于整個(gè)鏡像條帶的丟失，所以一旦鏡像盤

29、失敗，則存儲(chǔ)系統(tǒng)成為一個(gè)RAID-0 系統(tǒng)（即只有條帶化）。RAID01的實(shí)際應(yīng)用非常少。D1D2D3D4D5D6D7D8D2D6D1D5D3D7D4D8D1D5D2D6D3D7D4D83.2.10 JBODJBOD(Just Bundle Of Disks)譯成中文可以是"簡(jiǎn)單磁盤捆綁"，通常又稱為Span。 JBOD 不是標(biāo)準(zhǔn)的RAID級(jí)別，它只是在近幾年才被一些廠家提出，并被廣泛采用。Span是在邏輯上把幾個(gè)物理磁盤一個(gè)接一個(gè)串聯(lián)到一起，從而提供一個(gè)大的邏輯磁盤。Span上的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單的從第一個(gè)磁盤開始存儲(chǔ)， 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)磁盤的存儲(chǔ)空間用完后， 再依次從后面的磁盤開始存儲(chǔ)數(shù)

30、據(jù)。Span存取性能完全等同于對(duì)單一磁盤的存取操作。Span也不提供數(shù)據(jù)安全保障。它只是簡(jiǎn)單的提供一種利用磁盤空間的方法，Span的存儲(chǔ)容量等于組成Span的所有磁盤的容量的總和。3.3 不同RAID級(jí)別對(duì)比在各個(gè)raid級(jí)別中，使用最廣泛的是raid0，raid1，raid10，raid5RAID-0，將數(shù)據(jù)分成條帶順序?qū)懭胍唤M磁盤中。RAID-0 不提供冗余功能，但是它卻提供了卓越的吞吐性能，因?yàn)樽x寫數(shù)據(jù)是在一組磁盤中的每個(gè)磁盤上同時(shí)處理的，吞吐性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單個(gè)磁盤的讀寫。RAID-1，每次寫操作都將分別寫兩份到數(shù)據(jù)盤和校驗(yàn)盤上，每對(duì)數(shù)據(jù)盤和校驗(yàn)盤成為鏡像磁盤組。也可使用并發(fā)的方式來讀數(shù)據(jù)

31、時(shí)，提高吞吐性能。如果鏡像磁盤組中某個(gè)磁盤出錯(cuò)，則數(shù)據(jù)可以從另外一塊磁盤獲得，而不會(huì)影響系統(tǒng)的性能，然后，使用一塊備用磁盤將健康磁盤中的數(shù)據(jù)復(fù)制出來然后這兩塊磁盤又組成新的鏡像組。RAID1/0，即RAID1 與RAID0 的結(jié)合，既做鏡像又做條帶化，數(shù)據(jù)先鏡像再做條帶化。這樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)既保證了可靠性，又極大地提高了吞吐性能。RAID-0/1 也是RAID0 與RAID1 的結(jié)合，但它是對(duì)條帶化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像。但與RAID10 不同，一個(gè)磁盤的丟失等同于整個(gè)鏡像條帶的丟失，所以一旦鏡像盤失敗，則存儲(chǔ)系統(tǒng)成為一個(gè)RAID-0 系統(tǒng)（即只有條帶化）。RAID-5 是將數(shù)據(jù)校驗(yàn)循環(huán)分散到各個(gè)磁盤中，

32、它像RAID-0 一樣將數(shù)據(jù)條帶化分散寫到一組磁盤中，但同時(shí)它生成校驗(yàn)數(shù)據(jù)做為冗余和容錯(cuò)使用。校驗(yàn)磁盤包含了所有條帶的數(shù)據(jù)的校驗(yàn)信息。RAID-5 將校驗(yàn)信息輪流地寫入條帶磁盤組的各個(gè)磁盤中，即每個(gè)磁盤上既有數(shù)據(jù)信息又同時(shí)有校驗(yàn)信息，RAID-5 的性能得益于數(shù)據(jù)的條帶化，但是某個(gè)磁盤的失敗卻將引起整個(gè)系統(tǒng)的下降，這是因?yàn)橄到y(tǒng)將在承擔(dān)讀寫任務(wù)的同時(shí)，重新構(gòu)建和計(jì)算出失敗磁盤上的數(shù)據(jù)，此時(shí)要使用備用磁盤對(duì)失敗磁盤的數(shù)據(jù)重建恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)的健康。從一個(gè)普通應(yīng)用來講，要求存儲(chǔ)系統(tǒng)具有良好的IO性能同時(shí)也要求對(duì)數(shù)據(jù)安全做好保護(hù)工作，所以raid10和raid5應(yīng)該成為我們重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。下面從IO性能，

33、數(shù)據(jù)重構(gòu)及對(duì)系統(tǒng)性能的影響，數(shù)據(jù)安全保護(hù)等方面，結(jié)合磁盤現(xiàn)狀來分析兩種技術(shù)的差異。 IO的性能：讀操作上raid10和raid5是相當(dāng)?shù)模琑AID-5 在一些很小數(shù)據(jù)的寫操作（如比每個(gè)條帶還小的小數(shù)據(jù)）需要2 個(gè)讀、2 個(gè)寫，還有2 個(gè)XOR 操作，對(duì)于單個(gè)用戶的寫操作，在新數(shù)據(jù)應(yīng)用之前必須將老的數(shù)據(jù)從校驗(yàn)盤中移除，整個(gè)的執(zhí)行過程是這樣：讀出舊數(shù)據(jù)，舊數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)做XOR，并創(chuàng)建一個(gè)即時(shí)的值，讀出舊數(shù)據(jù)的校驗(yàn)信息，將即時(shí)值與校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行XOR，最后寫下新的校驗(yàn)信息。為了減少對(duì)系統(tǒng)的影響，大多數(shù)的RAID5 都讀出并將整個(gè)條帶（包括校驗(yàn)條帶）寫入緩存，執(zhí)行2 個(gè)XOR 操作，然后發(fā)出并行寫操作（通常對(duì)整個(gè)條帶），即便了進(jìn)行了上述優(yōu)化，系統(tǒng)仍然需要為這種寫