测试sop及测试要点讲解课件

lRAID的定义 lRAID技术的特点 lRAID与AHCI比较 lRAID TEST lPATA HDD AND SATA HDD MIXED SATA RAID 测试 1 RAID出现的背景 l 在计算机发展的初期，“大容量”硬盘的价格还相当高，解 决数据存储安全性问题的主要方法是使用磁带机等设备进行备 份，这种方法虽然可以保证数据的安全，但查阅和备份工作都 相当繁琐。1987年， Patterson、Gibson和Katz这三位工程师 在加州大学伯克利分校发表了题为A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks（廉价磁盘冗余阵列方案）的论 文，其基本思想就是将多只容量较小的、相对廉价的硬盘驱动 器进行有机组合，使其性能超过一只昂贵的大硬盘。这一设计 思想很快被接受，从此RAID技术得到了广泛应用，数据存储 进入了更快速、更安全、更廉价的新时代 2 RAID，为Redundant Arrays of Independent Disks的简 称，中文为独立冗余磁盘阵列。在1987年由美国柏克莱大 学提出RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks）理 论，作为高性能的存储系统，巳经得到了越来越广泛的应用 。RAID的级别从RAID概念的提出到现在，巳经发展了多个 级别，有明确标准级别分别是0、1、2、3、4、5等。但是 最常用的是0、1、3、5四个级别。其他还有6、7、10、30 、50等。RAID为使用者降低了成本、增加了执行效率，并 提供了系统运行的稳定性。 RAID的定义 3 l标准的RAID写操作，包括如：RAID4或RAID5中所必需的 校验计算，需包括以下几个步骤： l（1）以校验盘中读取数据 l（2）以目标数据盘中读取数据 l（3）以旧校验数据，新数据及已存在数据，生成新的校验 数据 l（4）将新校验数据写入校验盘 l（5）将新数据写入目标数据盘 4 l当主机将一个待写入阵列RAID组中的数据发送到阵列时， 阵列控制器将该数据保存在缓存中并立即报告主机该数据的 写入工作已完成。该数据写入到阵列硬盘的工作由阵列控制 器完成，该数据可继续存放在Cache中直到Cache满，而且 要为新数据腾出空间而必须刷新时或阵列需停机时，控制器 会及时将该数据从Cache写入阵列硬盘中。 l这种缓存回写技术使得主机不必等待RAID校验计算过程的 完成，即可处理下一个读写任务，这样，主机的读写效率大 为增加。当主机命令将一个数据写入硬盘，则阵列控制器将 该数据写入缓存最上面的位置，只有新数据才会被控制器按 Write-Back Cache的方式最后写入硬盘。 5 RAID级别 NRAID 硬盘连续使用。NRAID 意思是不使用RAID功能。它使用硬 盘的总容量组成逻辑碟（不使用条块读写）。换句话说，它生成的逻辑 碟容量就是物理碟容量的总和。此外，NRAID 不提供资料的备余。 JBOD JBOD 的含意是控制器将机器上每颗硬盘都当作单独的硬盘 处理，因此每颗硬盘都被当作单颗独立的逻辑碟使用。此外，JBOD并不 提供资料备余的功能。 RAID2 又称位交叉，将数据条块化地分布于不同的硬盘上，条块单位为位或 字节，并使用称为“加重平均纠错码（海明码）”的编码技术来提供错 误检查及恢复，作盘错校验。这种编码技术需要多个磁盘存放检查及恢 复信息，采用按位交叉存取，运用于大数据的读写，但冗余信息开销太 大（校验盘为多个），使得RAID 2技术实施更复杂，因此在商业环境中 很少使用，故已被淘汰。 6 RAID0:Disk Stripping without parity (常用 ) 又称数据分块，即把数据分成若干相等大小的小块，并把它们写到阵列上 不同的硬盘上，这种技术又称“Stripping”（即将数据条带化），这种把数据 分布在多个盘上，在读写时是以并行的方式对各硬盘同时进行操作。 RAID 0连 续以位或字节为单位分割数据，并行读/写于多个磁盘上，因此具有很高的数据 传输率，但它没有数据冗余，因此并不能算是真正的RAID结构。RAID 0只是单 纯地提高性能，并没有为数据的可靠性提供保证，而且其中的一个磁盘失效将 影响到所有数据。从理论上讲，其容量和数据传输率是单个硬盘的N倍。N为构 成RAID0的硬盘总数。当然，若阵列控制器有多个硬盘通道时，对多个通道上的 硬盘进行RAID0操作，I/O性能会更高。因此常用于图象，视频等领域，RAID0 I/O传输率较高，但平均故障时间(MTTF)只有单盘的N分之一，因此RAID0可靠性 最差，不能应用于数据安全性要求高的场合。 所需最少硬盘数：1块或多块 可靠性是单独一块盘的1/N 同时读磁盘数：N 同时写磁盘数：N 磁盘利用率：N 或 100% 7 RAID1:RAID 1 - Disk Mirroring(较常用) 又称磁盘镜像。它是通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上 产生互 为备份的数据。当原始数据繁忙时，可直接从镜像拷贝中读取数据 ，因此RAID 1可以提高读取性能。当一个磁盘失效时，系统可以自动切换到 镜像磁盘上读写，而不需要重组失效的数据。即每个工作盘都有一个镜像盘 ，每次写数据时必须同时写入镜像盘，读数据时只从工作盘读出，一旦工作 盘发生故障立即转入镜像盘，从镜像盘中读出数据。当更换故障盘后，数据 可以重构，恢复工作盘正确数据， RAID 1是磁盘阵列中单位成本最高的， 但提供了很高的数据安全性和可用性，所以可靠性很高，但其有效容量减小 到总容量一半以下，因此RAID1常用于对容错要求极严的应用场合，如财政 、金融等领域。 所需最少硬盘数：2块或偶数块(每块盘都有对应的镜像盘) 同时读磁盘数：N 同时写磁盘数：N/2 磁盘利用率：N/2 或 50% 8 RAID 0+1（ Striping +Mirroring) 正如其名字一样RAID 0+1是RAID 0和RAID 1的组合形式,也被称为RAID 10标 准，实际是将RAID 0和RAID 1标准结合的产物，在连续地以位或字节为单位分割 数据并且并行读/写多个磁盘的同时，为每一块磁盘作磁盘镜像进行冗余。它的优 点是同时拥有RAID 0的超凡速度和RAID 1的数据高可靠性，但是CPU占用率同样也 更高，而且磁盘的利用率比较低。 它的出现就是为了达到既高速又安全目的，它 结合了RAID 0 和 RAID 1 条块化读写的同时使用镜像操作。RAID (0+1) 允许 多个硬盘损坏，因为它完全使用硬盘来实现资料备余。 RAID 0+1综合了RAID 0 和 RAID 1的优点，适合用在速度需求高，又要 完全容错，当然经费也很多的应用。. 在这里有个问题要谈谈，RAID 0+1到底应该是把多个RAID 1 做成RAID 0 ，还是把多个RAID 0 做成RAID 1？ RAID 0 + 1 假设我们有四台磁盘驱动器，每两台磁盘驱动器先做成RAID 0，再把两个 RAID 0做成RAID 1，这就是RAID 0 + 1： (RAID 0) A = HDD A1 + HDD A2 (Striped) (RAID 0) B = HDD B1 + HDD B2 (Striped) RAID 1 = (RAID 0) A + (RAID 0) B (Mirrored) 9 RAID 1 0（1+0） 假设我们有四台磁盘驱动器，每两台磁盘驱动器先做成RAID 1，再把两个 RAID 1做成RAID 0，这就是RAID 10： (RAID 1) A = HDD A1 + HDD A2 (Mirrored) (RAID 1) B = HDD B1 + HDD B2 (Mirrored) RAID 0 = (RAID 1) A + (RAID 1) B (Striped) 在RAID0+1之下，如果 (RAID 0) A有一台磁盘驱动器故障，(RAID 0) A就 算毁了，当然RAID 1仍然可以正常工作；如果这时 (RAID 0) B也有一台磁 盘驱动器故障，(RAID 0) B也就算毁了，此时整个RAID 1资料就毁了， RAID0+1就无法恢复。而在RAID10下只有A和B中三个HDD同时出现故障时RAID10 才会不可恢复数据 。 因此，RAID 10应该比RAID 01具备比较高的可靠度。所以我们建议，当采 用RAID 0+1/RAID 10架构时，要先作RAID 1，再把数个RAID 1做成RAID 0 。 10 RAID3：RAID 3 - Parallel Disk Array 为单盘容错并行传输。即采用Stripping技术将数据分块，对这些块进行 异或校验，校验数据写到最后一个硬盘上。它的特点是有一个盘为校验盘，数 据以位或字节的方式存于各盘（分散记录在组内相同扇区的各个硬盘上）。当 一个硬盘发生故障，除故障盘外，写操作将继续对数据盘和校验盘进行操作。 而读操作是通过对剩余数据盘和校验盘的异或计算重构故障盘上应有的数据来 进行的。RAID3的优点是并行I/O传输和单盘容错，具有很高可靠性。缺点：每 次读写要牵动整个组，每次只能完成一次I/O。 RAID 3的 Parity Data 一般都是存放在一个专属的Parity Disk，但是 由于每笔数据都更新整个Stripe，因此，RAID 3的 Parity Disk 并不会 如RAID 4的 Parity Disk，会造成存取的瓶颈。RAID 3的并行存取模式， 需要RAID 控制器特别功能的支持，才能达到磁盘驱动器同步控制，而且上述 写入性能的优点，以目前的Caching 技术，都可以将之取代，因此一般认为 RAID 3的应用，将逐渐淡出市场。RAID 3 以其优越的写入性能，特别适合 用在大型、连续性档案写入为主的应用，例如绘图、影像、视讯编辑、多媒体 、数据仓储、高速数据撷取等等。 所需最少硬盘数：至少3块(一块作校验盘，其它盘作存贮) 磁盘利用率：N-1 或 N-1/N 或 85% 11 RAID4 RAID 4 是采取独立存取模式，同时以单一专属的Parity Disk 来存放Parity Data。RAID 4的每一笔传输Strip资料较长，而且可 以执行Overlapped I/O，因此其读取的性能很好。与RAID3相似，区别是 ：RAID3是按位或字节交叉存取，而RAID4是按块（扇区）存取，可以单独 地对某个盘进行操作，无须像RAID3那样，哪怕每一次小I/O操作也要涉及 全组，只需涉及组中两块硬盘（一块数据盘，一块校验盘）即可，从而提 高了小量数据I/O速度。缺点：对于随机分散的小数据量I/O，固定的校验 盘又成为I/O瓶颈，例如：事务处理。作两个很小的写操作，一个写在 drive2的stripe1 上，一个写在drive3的stripe2上，它们都要往校验盘 上写，所以发生争用校验盘的问题。 但是由于使用单一专属的Parity Disk 来存放Parity Data，因此 在写入时，就会造成很大的瓶颈。因此，RAID 4并没有被广泛地应用。 12 RAID5：RAID 5 - Striping with floating parity drive(最常用) 是一种旋转奇偶校验独立存取的阵列方式，它与RAID3，RAID4不同的是 没有固定的校验盘，而是按某种规则把奇偶校验信息均匀地分布在阵列所属的 硬盘上，所以在每块硬盘上，既有数据信息也有校验信息。这一改变解决了争 用校验盘的问题，使得在同一组内并发进行多个写操作。所以RAID5即适用于大 数据量的操作，也适用于各种事务处理，它是一种快速、大容量和容错分布合 理的磁盘阵列。当有N块阵列盘时，用户空间为N-1块盘容量。 RAID3、RAID5中，在一块硬盘发生故障后，RAID组从ONLINE变为DEGRADED 方式，但I/O读写不受影响，直到故障盘恢复。但如果DEGRADED状态下，又有第 二块盘故障，整个RAID组的数据将丢失。 所需最少硬盘数：至少3块(各盘互为校验互为存贮) 同时读磁盘数：N 同时写磁盘数：1 磁盘利用率：N-1 或 N-1/N 13 RAID6 RAID 6 与RAID 5相比,增加了第二个独立的奇偶校验信息块. 两个独 立的奇偶系统使用不同的算法, 数据的可靠性非常高. 即使两块磁盘同时 失效,也不会影响数据的使用. 但需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空 间, 相对于RAID 5有更大的“写损失“. RAID 6 的写性能非常差, 较差的 性能和复杂的实施使得RAID 6很少使用. 14 AHCI l AHCI，全称为Serial ATA Advanced Host Controller Interface（串行ATA高级主控接 口），是在Intel的指导下，由多家公司联合研发的接口标准，其研发小组成员主要包括 Intel、AMD、戴尔、Marvell、迈拓、微软、Red Hat、希捷和Storage Gear等著名企业 。AHCI描述了一种PCI类设备，主要是在系统内存和串行ATA设备之间扮演一种接口的 角色，而且它在不同的操作系统和硬件中是通用的。 l AHCI通过包含一个PCI BAR（基址寄存器），来实现原生SATA功能。由于AHCI统 一接口的研发成功，使得支持串行ATA产品的开发工作大为简化，操作系统和设备制造 商省去了单独开发接口的工作，取而代之的是直接在统一接口上进行操作，可以实现包 括NCQ（Native Command Queuing）在内的诸多功能。 l 一直以来SCSI硬盘在多任务负载下的表现能力为人称道，其根本的原因除了SCSI接 口惊人的接口速率外，便是它的指令排序功能。以往的PATA、SATA硬盘也正是因为 缺少一种指令优化执行功能而在性能上落后于SCSI硬盘。针对这一困境，Intel的AHCI 1.0规范首次引入的NCQ（Native Command Queuing），它的应用能够大幅度减少硬 盘无用的寻道次数和数据查找时间，这样就能显著增强多任务情况下硬盘的性能。 l 另外，作为SATA标准的改进版，Intel完善了Serial ATA II接口的详细规格，并表示 串行ATA II的研发将属于AHCI统一接口的第二个阶段。而其中第一阶段从去年已经 开始，不少厂商也推出Serial ATA接口的产品，包括硬盘和主板。但这仅仅是作为 过渡，在第二阶段，Serial ATA II将会凭借更高的信号传输速度直接取代SATA. 15 1.小结 硬盘的传输技术在今年也获得突飞猛进，众多高性能芯片组的发布，让 磁盘RAID 也迅速进入千家万户。在SATA 取代PATA 不长的时间里，SATA II 已经迈进普及的圈子。SATA II 可以说是完全抛弃了过去PATA 技术规格的包 袱，并且支持AHCI 和NCQ.其实NCQ 在1997 年就已经导入了ATA/ATA4 中，不 过直到SATAII 才重新定义NCQ 相关的规格。SATA II 的出现，不仅带来了优 越的性能，对于高端SCSI 市场，也将造成较大冲击。 现在RIAD 和 SATAII 的出现，可以用多块SATA 硬盘组成RAID 系统 ，同时获得性能和稳定性的提高，SCSI 系统的优势也丧失大半了。不过SCSI 在受到SATA 挑战后，已经在向更高端的SAS 发展了.早期PATA的硬盘准备在 传输资料时，会发出中断讯号告知控制器，然后控制器对硬盘发出服务命令 。当上述动作完成，控制器的驱动程式就进行直接记忆体存取（DMA）通道的 设定，这过程会造成不小的延迟。而SATA II允许硬盘端自行建立DMA传输通 道，不需驱动程式介入，通过DMA setup FIS（Frame Information Block） 直接对控制器送出需求通知，DMA引擎就可以进行资料传输。 16 Create RAID0 l1. Connect the test HDD (2 or more than 2 PCs) on system and power on system. l2. In BIOS setup page, Set SATA HDD as RAID mode. Save setting and restart system. l3. On post screen press RAID function Hot-Key Ctrl+I to enter RAID Option ROM setup Page. l4. Select “Create RAID” to create a RAID. l5. In “Array mode” Select the “RAID 0(Striping)” mode. Then select the SATA Disk for RAID. l6. Keep all option Item as default value. Then select “Start Create” and press “Y” to make sure. l7. After the RAID disk create finished. Select a disk to boot. l8. Save the RAID and Press “ESC” key to exit. l9. Ensure the RAID disks capacity is the summation of the two disks 17 Create RAID1 l1. Connect the test HDD (2 or more than 2 PCs) on system and power on system. l2. In BIOS setup page, Set SATA HDD as RAID mode. Save setting and restart system. l3. On post screen press RAID function Hot-Key Ctrl+I to enter RAID Option ROM setup Page. l4. Select “Create RAID” to create a RAID. l5. In “Array mode” Select the “RAID 1(mirror)” mode. Then select the source disk and the target disk. l6. Keep all option Item as default value. Then select “Start Create” and press “Y” to make sure. l7. After the RAID disk create finished. Select a disk to boot. l8. Save the RAID and Press “ESC” key to exit. l9. Ensure the RAID disks capacity is the lesser of the two disks. 18 Create RAID5 For Intel ICH7R l1. Connect the test HDD (3 or more than 3PCs) on system and power on system. l2. In BIOS setup page, Set SATA HDD as RAID mode. Save setting and restart system. l3. On post screen press RAID function Hot-Key Ctrl+I to enter RAID Option ROM setup Page. l4. Select “Create RAID” to create a RAID. l5. In “Array mode” Select the “RAID5” mode. Then select the 3disks or 4 disks for the RAID disk. l6. Keep all option Item as default value. Then select “Start Create” and press “Y” to make sure. l7. After the RAID disk create finished. Select a disk to boot. l8. Save the RAID and Press “ESC” key to exit. l9. Ensure the RAID disks capacity is correctly. 19 Create RAID0+1 l1. Connect the test HDD (4PCs) on system and power on system. l2. In BIOS setup page, Set SATA HDD as RAID mode. Save setting and restart system. l3. On post screen press RAID function Hot-Key Ctrl+I to enter RAID Option ROM setup Page. l4. Select “Create RAID” to create a RAID. l5. In “Array mode” Select the “RAID0+1” mode. Then select the 2disks for the RAID disk. l6. Keep all option Item as default value. Then select “Start Create” and press “Y” to make sure. l7. After the RAID disk create finished. Select a disk to boot. l8. Save the RAID and Press “ESC” key to exit. l9. Ensure the RAID disks capacity is the summation of the two disks. 20 SATAII HDD Test l1. Connect the test HDD (4 PCs) on system and power on system. l2. In BIOS setup page, Set SATA HDD as RAID mode. Save setting and restart system. l3. On post screen press RAID function Hot-Key Ctrl+I to enter RAID Option ROM setup Page. l4. Select “Create RAID” to create a RAID. l5. In “Array mode” Select the “RAID0+1” mode. Then select the 4 disks for the RAID disk. l6. Keep all option Item as default value. Then select “Start Create” and press “Y” to make sure. l7. After the RAID disk create finished. Select a disk to boot. l8. Save the RAID and Press “ESC” key to exit. l9. Ensure the RAID disks capacity is correctly. 21 Install OS(EngW2k+SP4/Wxp+SP2) l1. Boot from windows 2K/XP OS CD, Install OS with SATA HDD under RAID mode; l2. When install program show “Press F6 to install to SCSI or RAID HDD”, press F6 key. l3. Insert RAID F6 install driver disk and Press “S” key to install RAID driver. l4. Then install windows normally. l5. When install windows finished install RAID driver in windows 2K/XP. l6. Check Enter OS normally; l7.Enter Win2K/XP, do S1/S3/S4/S5 test, scan hardware changes in device manager after resuming from S1/S3/S4/S5, verify no errors were occurred. 22 IO4 TEST l1. Connect the test HDD (2 or more than 2 PCs) on system and power on system. l2. In BIOS setup page, Set SATA HDD as RAID mode. Save setting and restart system. l3. On post screen press RAID function Hot-Key F10 to enter RAID Option ROM setup Page. l4. Select “Create RAID” to create a RAID. l5. In “Array mode” Select the “RAID 0(Striping)” mode. Then select the SATA Disk for RAID. l6. Keep all option Item as default value. Then select “Start Create” and press “Y” to make sure. l7. After the RAID disk create finished. Select a disk to boot. l8. Save the RAID and Press “ESC” key to exit. l9. Ensure the RAID disks capacity is the lesser disks multiples of 2 the summation . 23 Create RAID1 l1. Connect the test HDD (2 or more than 2 PCs) on system and power on system. l2. In BIOS setup page, Set SATA HDD as RAID mode. Save setting and restart system. l3. On post screen press RAID function Hot-Key F10 to enter RAID Option ROM setup Page. l4. Select “Create RAID” to create a RAID. l5. In “Array mode” Select the “RAID 1(mirror)” mode. Then select the source disk and the target disk. l6. Keep all option Item as default value. Then select “Start Create” and press “Y” to make sure. l7. After the RAID disk create finished. Select a disk to boot. l8. Save the RAID and Press “ESC” key to exit. l9. Ensure the RAID disks capacity is the lesser of the two disks. 24 Create JBOD l1. Connect the test HDD (3 or more than 3PCs) on system and power on system. l2. In BIOS setup page, Set SATA HDD as RAID mode. Save setting and restart system. l3. On post screen press RAID function Hot-Key F10 to enter RAID Option ROM setup Page. l4. Select “Create RAID” to create a RAID. l5. In “Array mode” Select the “JBOD” mode. Then select the 3disks or 4 disks for the RAID disk. l6. Keep all option Item as default value. Then select “Start Create” and press “Y” to make sure. l7. After the RAID disk create finished. Select a disk to boot. l8. Save the RAID and Press “ESC” key to exit. l9. Ensure the RAID disks capacity is correctly. 25 Create RAID0+1 l1. Connect the test HDD (4PCs) on system and power on system. l2. In BIOS setup page, Set SATA HDD as RAID mode. Save setting and restart system. l3. On post screen press RAID function Hot-Key F10 to enter RAID Option ROM setup Page. l4. Select “Create RAID” to create a RAID. l5. In “Array mode” Select the “RAID0+1” mode. Then select the 2disks for the RAID disk. l6. Keep all option Item as default value. Then select “Start Create” and press “Y” to make sure. l7. After the RAID disk create finished. Select a disk to boot. l8. Save the RAID and Press “ESC” key to exit. l9. Ensure the RAID disks capacity is the summation of the two disks. 26 Install OS l1. Boot from windows 2K/XP OS CD, Install OS with SATA HDD under RAID mode; l2. When install program show “Press F6 to install to SCSI or RAID HDD”, press F6 key. l3. Insert RAID F6