1、RAID技术技术郭郭 云云第1页，共31页。什么是什么是 RAIDRAID？n RAID：Redundant Arrays of Inexpensive（Independent）Disksn廉价（独立）磁盘冗余阵列技术，是磁盘阵列所使用的主要技术。可廉价（独立）磁盘冗余阵列技术，是磁盘阵列所使用的主要技术。可将硬盘根据可靠性和性能要求的不同分成若干级别。将硬盘根据可靠性和性能要求的不同分成若干级别。n RAID 0，0+1，1，3，5，6n RAID 10，30，50，60第2页，共31页。奇偶校验奇偶校验 parity parity 技术技术 n parity是应用于RAID中的另一种冗余技
2、术 n 比如你的一个数据单位有x位数字，那么你可以使用这x位数字产生一个奇偶校验位，并且把这个奇偶校验位作为这个数据单位的第x1位，如果这x1位中的任何一个丢失，剩下的x位仍能修复这个数据。第3页，共31页。奇偶校验奇偶校验 parity parity 技术技术 一般的这个额外的奇偶校验数据由异或逻辑运算(XOR,eXclusive OR)产生。如果你对异或逻辑运算不清楚。下表讲让你明白：很简单“真”“真”异或的结果是真,“假”“假”异或的结果也是真，“真”“假”异或结果是“假”,这里的“真”“假”分别等同于二进制的0、1。例如 10101010 xor 11111111=01010101 1
3、1111111 xor 01010101=10101010 10101010 xor 01010101=11111111 第4页，共31页。延展（延展（stripingstriping）技术）技术 striping技术通过把数据分布到磁盘阵列的所有驱动器上以提高性能而延展技术的主要原理是并行处理。Striping 写是将一个完整的数据文件分成若干块依次同时写入不同的硬盘，即增加了可靠性又充分利用了各个硬盘的读写能力将速度发挥到最大。Striping 读单块硬盘上有个非常大的文件，读时只能从头到尾的读取。而striping技术在读取的时候是从多个硬盘里同时读取。硬盘越多，性能提高越明显。第5页，
4、共31页。RAID 0RAID 0 n技术：RAID-0只用到Data Striping，就是把数据分散成以，就是把数据分散成以 sectorsector为单为单位写入磁盘內。位写入磁盘內。n优点：由于阵列中的硬盘在同一时间共同分担每笔数据的写入及读取操作，所以：由于阵列中的硬盘在同一时间共同分担每笔数据的写入及读取操作，所以RAID-0执行效率远超过一个硬盘或其它RAID形式。n缺点：RAID-0沒有容错功能(Fault-Tolerance)，也就是说当阵列中的任一个硬盘故障，整个阵列也因数据的不完整而造成资料损毀。，也就是说当阵列中的任一个硬盘故障，整个阵列也因数据的不完整而造成资料损毀。
5、n应用：以：以 RAID-0 RAID-0 的执行效率來看较适用于顺序且大数据量的连续存储环境，并对安全性要求低的环境。的执行效率來看较适用于顺序且大数据量的连续存储环境，并对安全性要求低的环境。n容量:RAID-0 RAID-0 磁盘阵列有效之数据容量为磁盘阵列有效之数据容量为 N x N x 单块硬盘单块硬盘容量容量 (N(N：硬盘数：硬盘数 )第6页，共31页。RAID 1RAID 1 n技术：就是大家熟悉的：就是大家熟悉的“Disk Mirroring”Disk Mirroring”，使用两块相同容量的硬盘，系统一次写入，使用两块相同容量的硬盘，系统一次写入2 2份相同的数据到这两个硬
6、盘份相同的数据到这两个硬盘內，而系统可使用的只是一个硬盘的容量內，而系统可使用的只是一个硬盘的容量(RAID 1 基本上並沒有用到“Data Striping”的技术)。n优点：RAID 1 RAID 1 提供了相当好的效率，因为提供了相当好的效率，因为 mirrored mirrored 的两个硬盘数据皆相同，系统可以有效率的选择从哪一个硬盘的两个硬盘数据皆相同，系统可以有效率的选择从哪一个硬盘来读取数据会比较快，另一方面，容錯来读取数据会比较快，另一方面，容錯 (Fault-Tolerance)(Fault-Tolerance)功能也是相当重要的原因，由于两个硬盘数据相同，故当功能也是相当
7、重要的原因，由于两个硬盘数据相同，故当其中一个硬盘损毀，另一个可以继续接著工作。其中一个硬盘损毀，另一个可以继续接著工作。n缺点：需要比需求容量多一倍的硬盘，费用较高。：需要比需求容量多一倍的硬盘，费用较高。n容量:RAID1 RAID1 磁盘阵列有效的数据磁盘阵列有效的数据容量容量为为 (N/2)x 单块硬盘容量 (N(N：硬盘数：硬盘数)第7页，共31页。RAID 3RAID 3n技术：RAID-3 运用了与RAID-0相同的技术，最大的差別是它多了一块硬盘来储存Parity的资料，目地是为了系统的容错功能(Fault-Tolerance)。一样是分成条带（Stripe）存入数据阵列中，R
8、AID-3会把这些片段数据以 XOR 的逻辑运算方式计算出一个值-Parity Data，然后再將此Parity值储存到专属的Parity硬盘內，其最主要的作用就在于当磁盘阵列中的某一个硬盘出了问题，系统仍可依照Parity的计算模式继续工作。n优点：适用在顺序且大数据量的连续存储，以及Single-User的环境上，如 CAD/CAM系统，Image Processing，Audio/Video Data.等，通过“Data Striping”，在转速相同的硬盘阵列中可以达到相当好的效率。n缺点：因为每次的 I/O 读取动作都必须由每一个硬盘在同一时间來处理，所以以效率來看並不适用于 Mul
9、ti-I/O，Multi-Users的环境中。n容量:RAID 3 磁盘阵列有效的数据容量为(N-1)x 单块硬盘的容量(N：硬盘数)第8页，共31页。RAID 3RAID 3第9页，共31页。RAID 5RAID 5n技术：与RAID-3相同，关键之处是把条带改成了“块”。并将Parity分散于所有RAID结构的硬盘中，不需要专门的 Parity硬盘，每个硬盘都记录着其它阵列中硬盘的 Parity数据，若当阵列中某一个硬盘损坏时，便很容易地可由其它硬盘來修复重建数据以达到系统容错能力。可在同一时间內执行多个 I/O 动作，提高了整体 Read/Write 的效率，也正好符合Multi-I/O
10、，Multi-User 的环境。写入时把条带改成了数据块.n优点：RAID-5的技术可以说是综合了以上所有不同RAID技术的优点。是在磁盘阵列技术上相当具有潜力的架构，越來越多的使用者将他们的网络主机或数据库系统架构在 RAID-5 的基础上，因为它将是储存技术的主流。n容量:RAID 5 磁盘阵列有效的数据容量为(N-1)x 单块硬盘容量(N：硬盘数)第10页，共31页。RAID 5RAID 5第11页，共31页。RAID 5RAID 5第12页，共31页。RAID 5RAID 5第13页，共31页。nRAID 6 技术RAID 6Minimum Disks Required4Capacit
11、yN-2RedundancyYesWithstands two drive failures,or one disk failure and bad blocks on another drive承受两个驱动器故障，如果一个磁盘故障和坏块在另一个驱动器 RAID 6RAID 6第14页，共31页。RAID 10/30RAID 10/30技术：RAID 10、30技术相当于RAID 1或3加RAID 0组合而成，数据写入前先做RAID 1或RAID 3，再藉由“Data Striping”技术，通过RAID 0将逻辑磁盘組合成一个大容量之逻辑磁盘，达到更高数据容错保护机制，即为RAID 10或R
12、AID 30。.Physical DrivesPhysical DrivesPhysical DrivesRAID 10RAID 1RAID 1RAID 1Logical DrivesLogical DrivesLogical Drives.Physical DrivesPhysical DrivesPhysical DrivesRAID 30RAID 3RAID 3RAID 3Logical DrivesLogical DrivesLogical Drives第15页，共31页。RAID 50RAID 50技术：RAID 50就是以RAID 0技术将两个(含)以上相同容量之RAID 5逻辑磁
13、盘組合成另一个大容量之逻辑磁盘，当数据要写入時，会先將数据做RAID 0“Data Striping”分散在各个RAID 5逻辑磁盘，再由各个RAID 5逻辑磁盘依其技术特性写入实体硬盘內。优点：此种技术可以整合多个逻辑磁盘获得更大容量的磁盘空间，亦可得到更高的数据安全机制。缺点：必须花費较高的成本(每一个RAID 5逻辑磁盘所能使用的磁盘空间为 N 1)。.Physical DrivesPhysical DrivesPhysical DrivesRAID 50RAID 5RAID 5RAID 5Logical DrivesLogical DrivesLogical Drives第16页，共3
14、1页。NRAIDNRAID技术：NRAID即Non-RAID。此技术只是將所有硬盘虚拟成一个大容量逻辑磁盘机(容量等于所有硬盘空间总和)，且不具备RAID或“Data Striping”特性，因此也无法达到容錯及提高效率等功能。+=2 G B H a r d D r i v e 3 G B H a r d D r i v e 1 G B H a r d D r i v e 2 G B H a r d D r i v e L o g i c a l D r i v e 2 +3 +1 +2 =8 G B L o g i c a l D r i v e 第17页，共31页。目录目录Raid卡主流厂
15、商及技术介绍卡主流厂商及技术介绍Raid出现故障后的解决办法出现故障后的解决办法Raid阵列异常预警方式阵列异常预警方式第18页，共31页。RaidRaid卡厂商卡厂商长期以来，RAID卡市场一直是LSI、Adaptec、Highpoint、Promise等厂商的专区，LSI和Adaptec继承了在SCSI RAID控制器市场的优势，随着SAS时代的到来，在SAS RAID市场同样统领风骚。Highpoint和Promise则是以前在IDE RAID市场上占据较明显的优势，如今也仍然以SATA RAID市场为主，但同样有较完备的中低端的SAS RAID产品线。AdaptecAdaptec公司1
16、981年成立，总部位于加州Milpitas市，主要业务是计算机与网络之间数据传输设计制造软硬件产品。2010年6月PMC收购Adeptac的Raid卡业务，但AdaptecbyPMC 仍然是业内能够提供最全面存储解决方案的企业之一，从芯片到内部主机总线适配器，从RAID控制器到外部存储局域网(SAN)、基于以太网的iSCSI SAN(IP SAN)、网络连接存储(NAS)，以及能够提升存储功能和价值的软件。第19页，共31页。Adaptec产品推出的推出的SAS RAID产品主要以产品型号的大小来定位产品，以起始段为准标号越高则定为也就越高。目前产品主要以产品型号的大小来定位产品，以起始段为准
17、标号越高则定为也就越高。目前Adaptec主要有十几款主要有十几款SAS RAID产品。如产品。如Adaptec RAID 52445、Adaptec RAID 5405、Adaptec RAID 5085、Adaptec RAID 2405、Adaptec RAID 2045、SAS-3160531205308538053405等。其中等。其中2系列系列(如如2405)为入门级，专为提供顶级经济有效型解决方案而设计，其中为入门级，专为提供顶级经济有效型解决方案而设计，其中5805属中高端产品，属中高端产品，52445为首款超高端口数量控制卡，其灵活性之强可完全按商业需求个性配置为首款超高端口
18、数量控制卡，其灵活性之强可完全按商业需求个性配置Adaptec 5805 这款这款5805控制卡是控制卡是Adaptec在在08年三月份引入的年三月份引入的5系系SAS/SATA Raid卡，卡，Adaptec 5805装备了装备了IOP 348处理器，主频是处理器，主频是1.2GHz Dual Core RAID on Chip(ROC),接口也全面使用了接口也全面使用了PCI-E x8来增加带宽来增加带宽,达到每秒超过达到每秒超过250,000的的IO和和1.2GB/s的传输速度，同时提供的传输速度，同时提供RAID0、1、1E、5、5EE、6、10、50、60、JBOD和回写热备和回写热
19、备(Copyback Hot Spare)等众多等众多RAID功能。功能。这款这款Adaptec RAID 5805带带8个内部端口的小尺寸个内部端口的小尺寸Unified Serial RAID控制卡，性能出众，扩展能力强，提供高级数据保护功能，是定位于企业级应用的一款控制卡，性能出众，扩展能力强，提供高级数据保护功能，是定位于企业级应用的一款SAS接口产接口产品，主要适合在线事务处理品，主要适合在线事务处理(OTLP)、web、数字监控和流媒体应用等应用。、数字监控和流媒体应用等应用。RaidRaid卡厂商卡厂商第20页，共31页。RaidRaid卡厂商卡厂商LSI成立于1981年,是市场
20、上顶级的存储和网络产品供应商，提供领先的存储和网络电子产品技术。目前，LSI已经能提供从控制芯片、RAID、扩展器、硬盘控制器到存储系统等，几乎所有的SAS生态环境构成元素，并在SCSI商业协会和ANSI T10委员会中持有关键席位，对SAS标准的推动，自始至终起着巨大的积极作用。在SAS控制器芯片市场上，LSI占据了领导性地位，提供了从芯片到HBA卡到RAID卡最为丰富的SAS解决方案，同时也是唯一一家拥有完善6Gb/s SAS产品线的RAID卡厂商。此外，2009年，LSI还收购了另外一家以RAID控制器产品见长的厂商3Ware，使LSI的SAS RAID控制器产品空前丰富,3Ware的产
21、品如9690等仍然可以通过LSI得到很好的支持。第21页，共31页。产品线产品线 LSI是有能力提供单芯片是有能力提供单芯片SAS RAID解决方案的厂商之一，包括解决方案的厂商之一，包括3款产品款产品SAS1078 ROC、SAS2008 ROC、SAS2108 ROC。SAS1078 ROC主要针对主要针对3Gb/s SAS市场，市场，SAS2008和和SAS2108则都针对则都针对6Gb/s SAS市场，其中市场，其中SAS2108是更为主流的是更为主流的6Gb/s SAS RAID芯片，芯片，配置上相比配置上相比SAS2008也更高端一些也更高端一些,目前浪潮使用目前浪潮使用LSI的的
22、SAS2108、SAS2008也开发出了自也开发出了自己的己的6G raid卡产品线。卡产品线。LSI SAS 8708ELP是是LSI的第二代的第二代SAS/SATA RAID产品，专门针对入门级服务器和小型办公室环产品，专门针对入门级服务器和小型办公室环境提供低成本然而功能强大的内部境提供低成本然而功能强大的内部RAID解决方案。解决方案。MegaRAID SAS 8708ELP适配器采用适配器采用LSISAS1078芯片，强大的芯片，强大的I/O存储引擎，可透明执行所有的数据保护、数据检验和恢复任务。半存储引擎，可透明执行所有的数据保护、数据检验和恢复任务。半高高PCI适配器提供在两个适
23、配器提供在两个SFF8087迷你多线连接器上的八个内部迷你多线连接器上的八个内部3Gb/s串行串行SCSI端口，端口，256MB DDR II写缓存和写缓存和PCI Express主机接口。主机接口。8708ELP同时支持同时支持SAS扩展器和扩展器和SATA本地命令队列，本地命令队列，RAID 0，1，5，6可扩展到可扩展到10，50，60等阵列功能。等阵列功能。RaidRaid卡厂商卡厂商第22页，共31页。HighPoint(微辰微辰/高端高端)、Marvel公司和公司和Promise公司公司(乔鼎信息乔鼎信息)同样是同样是RAID市场上的重要厂商之市场上的重要厂商之一，最早都是以一，最
24、早都是以IDE RAID卡产品起家，并过渡到卡产品起家，并过渡到SATA和和SAS年代。由于从年代。由于从IDE RAID发展而来，发展而来，因此该公司主要盘踞在因此该公司主要盘踞在RAID市场的中低端，相比市场的中低端，相比LSI和和Adaptec来说更加便宜，以突出的性价比在来说更加便宜，以突出的性价比在市场上拥有广泛的占有率。市场上拥有广泛的占有率。Marvel 推出的推出的VA6800M、Hipoint推出的推出的2720-2760系列等在将来的系列等在将来的6G市场将与市场将与LSI和和Adaptec一竞一竞高下。高下。RaidRaid卡厂商卡厂商第23页，共31页。RaidRaid
25、技术介绍硬件模块组成技术介绍硬件模块组成IO Processor，IO处理器，提供处理器，提供RAID数据校验计算、输入输出处理等功能。数据校验计算、输入输出处理等功能。IOC，IO控制器，提供总线通道，用来连接硬盘、存储设备。控制器，提供总线通道，用来连接硬盘、存储设备。主机总线接口，目前主流为主机总线接口，目前主流为PCI-E，有，有PCI-Ex1,x4,x8等类型接口等类型接口,总线速率分别为：总线速率分别为：250MB/s,1GB/s,2GB/s。Battery Backup Unit，电池备份模块，提供意外掉电下的数据保护。，电池备份模块，提供意外掉电下的数据保护。Cache Mem
26、ory，缓存，缓存/内存，提供数据从内存，提供数据从IOP到硬盘之间的缓冲，提高整体性能，目前主流为：到硬盘之间的缓冲，提高整体性能，目前主流为：128M、258M和和512M，形式上以板载内存颗粒为主。，形式上以板载内存颗粒为主。Flash ROM，用来存放，用来存放Firmware和和BIOSNVRAM，用于保存，用于保存RAID设置信息。设置信息。NVRAM区别于区别于RAM蜂鸣器，在蜂鸣器，在RAID阵列出现意外掉盘等情况下提供声音报警，提醒用户进行维护。阵列出现意外掉盘等情况下提供声音报警，提醒用户进行维护。第24页，共31页。RAIDRAID卡结构卡结构第25页，共31页。Raid
27、Raid卡运作流程卡运作流程IOP作为作为RAID卡的卡的CPU，通过执行闪存中的，通过执行闪存中的Firmware，控制，控制SCSI等等raid卡控制器、卡控制器、Cache Memory以及指示以及指示报警电路，来实现报警电路，来实现RAID卡的功能，运作流程如下：卡的功能，运作流程如下：1）初始化初始化RAID卡寄存器卡寄存器2）读取读取NVRAM中的中的RAID参数，与硬盘实际信息进行比较，显示结果参数，与硬盘实际信息进行比较，显示结果3）发送配置提示、响应发送配置提示、响应 用户命令进入配置界面用户命令进入配置界面4）提供配置菜单、将用户提供的提供配置菜单、将用户提供的RAID卡参
28、数、卡参数、RAID参数存入参数存入NVRAM5）根据根据RAID参数，通过参数，通过SCSI等等raid卡控制器对硬盘进行初始化写操作卡控制器对硬盘进行初始化写操作6）完成配置完成配置7）等待等待Host发出读写操作命令发出读写操作命令第26页，共31页。导致硬盘掉线的原因导致硬盘掉线的原因硬件故障硬件故障硬盘出现坏道，需要注意在线硬盘硬盘出现坏道，需要注意在线硬盘背板问题、线缆问题、接触问题背板问题、线缆问题、接触问题Raid卡故障卡故障电源问题导致供电不稳定电源问题导致供电不稳定应用情况应用情况突然断电，造成数据不同步，特别是有回写的情况突然断电，造成数据不同步，特别是有回写的情况数据量
29、大，数据读写特别频繁，特别是在硬盘数量较多以及跨模组的情况下。读写频繁，数据校验出错的可能性就高。数据量大，数据读写特别频繁，特别是在硬盘数量较多以及跨模组的情况下。读写频繁，数据校验出错的可能性就高。误操作误操作拔插拔插第27页，共31页。RaidRaid发生故障后的解决办法发生故障后的解决办法一般一般raid卡卡raid配置信息保存位置配置信息保存位置Raid卡的卡的nvram中中硬盘硬盘ROMB raid配置信息保存位置配置信息保存位置主板主板硬盘硬盘不在不在key以及缓存中以及缓存中Raid配置信息具体在硬盘的什么位置？配置信息具体在硬盘的什么位置？一般在硬盘的最后磁道部分一般在硬盘的
30、最后磁道部分-所以删除所以删除raid一般不会影响硬盘的一般不会影响硬盘的MBR中的信息，中的信息，以及其他数据信息。以及其他数据信息。第28页，共31页。RaidRaid发生故障后的解决办法发生故障后的解决办法硬盘掉线硬盘掉线对于配置阵列的磁盘系统，单个硬盘故障不会导致系统应用的正常运行和数据丢失，客服会尽快上门更换对于配置阵列的磁盘系统，单个硬盘故障不会导致系统应用的正常运行和数据丢失，客服会尽快上门更换故障硬盘，请不要随便使用其他硬盘进行替换，因为如果其他硬盘上有故障硬盘，请不要随便使用其他硬盘进行替换，因为如果其他硬盘上有raid信息和信息和raid卡的不匹配，会导卡的不匹配，会导致阵
31、列异常。致阵列异常。Raid卡故障卡故障主要表现为检测不到主要表现为检测不到raid卡或自检不通过卡或自检不通过解决办法：更换解决办法：更换raid卡，注意不要将硬盘拿到其他机器上直接使用，或将其他机器的卡，注意不要将硬盘拿到其他机器上直接使用，或将其他机器的raid卡卡拿来直接替换，这样会由于硬盘中的拿来直接替换，这样会由于硬盘中的raid信息和信息和raid卡中的卡中的raid信息不匹配发生选择冲突，信息不匹配发生选择冲突，如果选择错误，会导致硬盘中的如果选择错误，会导致硬盘中的raid配置信息被破坏而使数据丢失。配置信息被破坏而使数据丢失。第29页，共31页。谢谢！第30页，共31页。演讲完毕，谢谢观看！第31页，共31页。
