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文檔簡介
1、基本的RAID介紹RAID是英文Redundant Array of Independent Disks(獨立磁盤冗余陣列),簡稱磁盤陣列。下面將各個級別的RAID介紹如下。RAID0條帶化(Stripe)存儲。理論上說,有N個磁盤組成的RAID0是單個磁盤讀寫速度的N倍。RAID 0連續(xù)以位或字節(jié)為單位分割數(shù)據(jù),并行讀/寫于多個磁盤上,因此具有很高的數(shù)據(jù)傳輸率,但它沒有數(shù)據(jù)冗余,因此并不能算是真正的RAID結(jié)構(gòu)。RAID1鏡象(Mirror)存儲。它是通過磁盤數(shù)據(jù)鏡像實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余,在成對的獨立磁盤上產(chǎn)生互 為備份的數(shù)據(jù)。當原始數(shù)據(jù)繁忙時,可直接從鏡像拷貝中讀取數(shù)據(jù),因此RAID 1可以提高讀
2、取性能。RAID 1是磁盤陣列中單位成本最高的,但提供了很高的數(shù)據(jù)安全性和可用性。當一個磁盤失效時,系統(tǒng)可以自動切換到鏡像磁盤上讀寫,而不需要重組失效的數(shù)據(jù)。RAID2海明碼(Hamming Code)校驗條帶存儲。將數(shù)據(jù)條塊化地分布于不同的硬盤上,條塊單位為位或字節(jié),使用稱為海明碼來提供錯誤檢查及恢復。這種編碼技術(shù)需要多個磁盤存放檢查及恢復信息,使得RAID 2技術(shù)實施更復雜,因此在商業(yè)環(huán)境中很少使用。RAID3奇偶校驗(XOR)條帶存儲,共享校驗盤,數(shù)據(jù)條帶存儲單位為字節(jié)。它同RAID 2非常類似,都是將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的硬盤上,區(qū)別在于RAID 3使用簡單的奇偶校驗,并用單塊磁盤存放
3、奇偶校驗信息。如果一塊磁盤失效,奇偶盤及其他數(shù)據(jù)盤可以重新產(chǎn)生數(shù)據(jù);如果奇偶盤失效則不影響數(shù)據(jù)使用。RAID 3對于大量的連續(xù)數(shù)據(jù)可提供很好的傳輸率,但對于隨機數(shù)據(jù)來說,奇偶盤會成為寫操作的瓶頸。RAID4奇偶校驗(XOR)條帶存儲,共享校驗盤,數(shù)據(jù)條帶存儲單位為塊。RAID 4同樣也將數(shù)據(jù)條塊化并分布于不同的磁盤上,但條塊單位為塊或記錄。RAID 4使用一塊磁盤作為奇偶校驗盤,每次寫操作都需要訪問奇偶盤,這時奇偶校驗盤會成為寫操作的瓶頸,因此RAID 4在商業(yè)環(huán)境中也很少使用。RAID5奇偶校驗(XOR)條帶存儲,校驗數(shù)據(jù)分布式存儲,數(shù)據(jù)條帶存儲單位為塊。RAID 5不單獨指定的奇偶盤,而是
4、在所有磁盤上交叉地存取數(shù)據(jù)及奇偶校驗信息。在RAID 5上,讀/寫指針可同時對陣列設備進行操作,提供了更高的數(shù)據(jù)流量。RAID 5更適合于小數(shù)據(jù)塊和隨機讀寫的數(shù)據(jù)。RAID 3與RAID 5相比,最主要的區(qū)別在于RAID 3每進行一次數(shù)據(jù)傳輸就需涉及到所有的陣列盤;而對于RAID 5來說,大部分數(shù)據(jù)傳輸只對一塊磁盤操作,并可進行并行操作。在RAID 5中有“寫損失”,即每一次寫操作將產(chǎn)生四個實際的讀/寫操作,其中兩次讀舊的數(shù)據(jù)及奇偶信息,兩次寫新的數(shù)據(jù)及奇偶信息。當進行恢復時,比如我們需要需要恢復下圖中的A0,這里就必須需要B0、C0、D0加0 parity才能計算并得出A0,進行數(shù)據(jù)恢復。所
5、以當有兩塊盤壞掉的時候,整個RAID的數(shù)據(jù)失效。RAID6 奇偶校驗(XOR)條帶存儲,兩個分布式存儲的校驗數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)條帶存儲單位為塊。 與RAID 5相比,RAID 6增加了第二個獨立的奇偶校驗信息塊。兩個獨立的奇偶系統(tǒng)使用不同的算法,數(shù)據(jù)的可靠性非常高,即使兩塊磁盤同時失效也不會影響數(shù)據(jù)的使用。但RAID 6需要分配給奇偶校驗信息更大的磁盤空間,相對于RAID 5有更大的“寫損失”,因此“寫性能”非常差。較差的性能和復雜的實施方式使得RAID 6很少得到實際應用。RAID7這是一種新的RAID標準,其自身帶有智能化實時操作系統(tǒng)和用于存儲管理的軟件工具,可完全獨立于主機運行,不占用主機CPU
6、資源。RAID 7可以看作是一種存儲計算機(Storage Computer),它與其他RAID標準有明顯區(qū)別。RAID 7等級是至今為止,理論上性能最高的RAID模式,因為它從組建方式上就已經(jīng)和以往的方式有了重大的不同?;境尚问揭妶D,以往一個硬盤是一個組成陣列的“柱子”,而在RAID 7中,多個硬盤組成一個“柱子”,它們都有各自的通道,也正因為如此,你可以把這個圖分解成一個個硬盤連接在主通道上,只是比以前的等級更為細分了。這樣做的好處就是在讀/寫某一區(qū)域的數(shù)據(jù)時,可以迅速定位,而不會因為以往因單個硬盤的限制同一時間只能訪問該數(shù)據(jù)區(qū)的一部分,在RAID 7中,以前的單個硬盤相當于分割成多個獨
7、立的硬盤,有自己的讀寫通道。 工程中常用的RAID方式是RAID10和RAID5。下面分別介紹RAID10和RAID01的區(qū)別;以及RAID10和RAID5的區(qū)別。RAID10和RAID01的比較 RAID10是先做鏡象,然后再做條帶。 RAID01則是先做條帶,然后再做鏡象。比如以6個盤為例,RAID10就是先將盤分成3組鏡象,然后再對這3個RAID1做條帶。RAID01則是先利用3塊盤做RAID0,然后將另外3塊盤做為RAID0的鏡象。下面以4塊盤為例來介紹安全性方面的差別:1、RAID10的情況這種情況中,我們假設當DISK0損壞時,在剩下的3塊盤中,只有當DISK1一個盤發(fā)生故障時,才
8、會導致整個RAID失效,我們可簡單計算故障率為1/3。2、RAID01的情況這種情況下,我們?nèi)匀患僭ODISK0損壞,這時左邊的條帶將無法讀取。在剩下的3塊盤中,只要DISK2,DISK3兩個盤中任何一個損壞,都會導致整個RAID失效,我們可簡單計算故障率為2/3。因此RAID10比RAID01在安全性方面要強。從數(shù)據(jù)存儲的邏輯位置來看,在正常的情況下RAID01和RAID10是完全一樣的,而且每一個讀寫操作所產(chǎn)生的IO數(shù)量也是一樣的,所以在讀寫性能上兩者沒什么區(qū)別。而當有磁盤出現(xiàn)故障時,比如前面假設的DISK0損壞時,我們也可以發(fā)現(xiàn),這兩種情況下,在讀的性能上面也將不同,RAID10的讀性能將
9、優(yōu)于RAID01。RAID10和RAID5的比較為了方便對比,這里拿同樣多驅(qū)動器的磁盤來做對比,RAID5選擇3D+1P的RAID方案,RAID10選擇2D+2D的RAID方案,如圖:1、安全性方面的比較其實在安全性方面,勿須質(zhì)疑,肯定是RAID10的安全性高于RAID5。我們也可以從簡單的分析來得出。當盤1損壞時,對于RAID10,只有當盤1對應的鏡象盤損壞,才導致RAID失效。但是對于RAID5,剩下的3塊盤中,任何一塊盤故障,都將導致RAID失效。在恢復的時候,RAID10恢復的速度也快于RAID5。2、空間利用率的比較 RAID10的利用率是50%,RAID5的利用率是75%。硬盤數(shù)量
10、越多,RAID5的空間利用率越高。3、讀寫性能方面的比較主要分析分析如下三個過程:讀,連續(xù)寫,離散寫。在介紹這三個過程之前,先介紹一個特別重要的概念:cache。cache已經(jīng)是整個存儲的核心所在,就是中低端存儲,也有很大的cache存在,包括最簡單的raid卡,一般都包含有幾十,甚至幾百兆的raid cache。 cache的主要作用是什么呢?體現(xiàn)在讀與寫兩個不同的方面,如果作為寫,一般存儲陣列只要求寫到cache就算完成了寫操作,所以,陣列的寫是非常快速的,在寫cache的數(shù)據(jù)積累到一定程度,陣列才把數(shù)據(jù)刷到磁盤,可以實現(xiàn)批量的寫入,至于cache數(shù)據(jù)的保護,一般都依賴于鏡相與電池(或者是
11、UPS)。 cache的讀一樣不可忽視,因為如果讀能在cache中命中的話,將減少磁盤的尋道,因為磁盤從尋道開始到找到數(shù)據(jù),一般都在6ms以上,而這個時間,對于那些密集型io的應用可能不是太理想。但是,如果cache能命中,一般響應時間則可以在1ms以內(nèi)。兩者應該相差3個數(shù)量級(1000倍)。 1)讀操作方面的性能差異RAID10可供讀取有效數(shù)據(jù)的磁盤個數(shù)為4,RAID5可供讀取有效數(shù)據(jù)的磁盤個數(shù)也為4個(校驗信息分布在所有的盤上),所以兩者的讀的性能應該是基本一致的。2)連續(xù)寫方面的性能差異在連續(xù)寫操作過程,如果有寫cache存在,并且算法沒有問題的話,RAID5比RAID10甚至會更好一些
12、,雖然也許并沒有太大的差別。(這里要假定存儲有一定大小足夠的寫cache,而且計算校驗的cpu不會出現(xiàn)瓶頸)。因為這個時候的RAID校驗是在cache中完成,如4塊盤的RAID5,可以先在內(nèi)存中計算好校驗,同時寫入3個數(shù)據(jù)+1個校驗。而RAID10只能同時寫入2個數(shù)據(jù)+2個鏡相。如上圖所示,4塊盤的RAID5可以在同時間寫入1、2、3到cache,并且在cache計算好校驗之后,這里假定是6,同時把三個數(shù)據(jù)寫到磁盤。而4塊盤的RAID10不管cache是否存在,寫的時候,都是同時寫2個數(shù)據(jù)與2個鏡相。 根據(jù)前面對緩存原理的介紹,寫cache是可以緩存寫操作的,等到緩存寫數(shù)據(jù)積累到一定時期再寫到
13、磁盤。但是,寫到磁盤陣列的過程是遲早也要發(fā)生的,所以RAID5與RAID10在連續(xù)寫的情況下,從緩存到磁盤的寫操作速度會有較小的區(qū)別。不過,如果不是連續(xù)性的強連續(xù)寫,只要不達到磁盤的寫極限,差別并不是太大。3)離散寫方面的性能差異 例如oracle 數(shù)據(jù)庫每次寫一個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù),如8K;由于每次寫入的量不是很大,而且寫入的次數(shù)非常頻繁,因此聯(lián)機日志看起來會像是連續(xù)寫。但是因為不保證能夠添滿RAID5的一個條帶,比如32K(保證每張盤都能寫入),所以很多時候更加偏向于離散寫入(寫入到已存在數(shù)據(jù)的條帶中)。我們從上圖看一下離散寫的時候,RAID5與RAID10工作方式有什么不同。如上圖:我們假定要
14、把一個數(shù)字2變成數(shù)字4,那么對于RAID5,實際發(fā)生了4次io:先讀出2與校驗6,可能發(fā)生讀命中然后在cache中計算新的校驗寫入新的數(shù)字4與新的校驗8。 如上圖我們可以看到:對于RAID10,同樣的單個操作,最終RAID10只需要2個io,而RAID5需要4個io. 這里我忽略了RAID5在那兩個讀操作的時候,可能會發(fā)生讀命中操作的情況。也就是說,如果需要讀取的數(shù)據(jù)已經(jīng)在cache中,可能是不需要4個io的。這也證明了cache對RAID5 的重要性,不僅僅是計算校驗需要,而且對性能的提升尤為重要。 當然,并不是說cache對RAID10就不重要了,因為寫緩沖,讀命中等,都是提高速度的關(guān)鍵所
15、在,只不過RAID10對cache的依賴性沒有RAID5那么明顯而已。4)磁盤的IOPS對比假定一個case,業(yè)務的iops是10000,讀cache命中率是30%,讀iops為60%,寫iops為40%,磁盤個數(shù)為120,那么分別計算在raid5與raid10的情況下,每個磁盤的iops為多少。raid5:單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 4 * (10000*0.4)/120 = (4200 + 16000)/120 = 168這里的10000*(1-0.3)*0.6表示是讀的iops,比例是0.6,除掉cache命中,實際只有4200個iops。 4 * (10000*0.4) 表示寫的iops,因為每一個寫,在raid5中,實際發(fā)生了4個io,所以寫的iops為16000個為了考慮raid5在寫操作的時候,那2個讀操作也可能發(fā)生命中,所以更精確的計算為:單塊盤的iops = (10000*(1-0.3)*0.6 + 2 * (10000*0.4)*(1-0.3) + 2 * (10000*0.4)/120 = (4200 + 5600 + 8000)/120 = 148 計算出來單個盤的iops為148個,基本達到磁盤
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