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网络存储的基础知识 一 学习目标 RAID基本概念RAID级别和特点RAID比较和选择RAID硬盘失效处理 RAID基本概念 Raid RedundantArrayofIndependentDisks 技术 RAID翻译成中文即为廉价磁盘冗余阵列 或简称磁盘阵列 简单的说 RAID是一种把多块独立的硬盘 物理硬盘 按不同方式组合起来形成一个硬盘组 逻辑硬盘 从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术 组成磁盘阵列的不同方式成为RAID级 RAID级别 RAID组合方式 级别扩展 同时采用两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别 RAID出现的原因 计算机发展初期 大容量硬盘价格非常高 而需要存储的数据量越来越大 容量 CPU运算速度飞速提高 数据读写速度不应该成为计算机系统处理的瓶颈 信息时代 数据对企业和个人的重要性越来越大 数据存储安全更需要保障 性能 可靠性 RAID RAID基本概念 条带 磁盘 磁盘 磁盘 磁盘 分条 条带 RAID基本概念 校验 异或XOR的校验原理 数据A0和A1通过异或运算进行奇偶校验得到校验位P P A0XORA1 A0 P A1 异或运算 RAID基本概念 重建 Rebuild A1 P A2 异或运算 A0 故障 更换 A0XORXOR RAID基本概念 RAID组状态 RAID组创建 RAID组正常工作 RAID组降级 RAID组失效 RAID组重建 RAID基本概念 物理卷和逻辑卷 RAID由几个硬盘组成 从整体上看相当于一个物理卷在物理卷的基础上可以按照指定容量创建一个或多个逻辑卷 通过LUN LogicUnitNumber 来标识 单个物理卷上创建1个逻辑卷单个物理卷上创建2个逻辑卷 RAID 逻辑卷的形成过程 物理磁盘 RAID RAID 逻辑卷的形成过程 物理磁盘 分割 RAID 逻辑卷 LUN1 LUN2 LUN3 RAID级别和特点 RAID0 RAID0利用条带技术连续地分割数据且并行地读 写于多个磁盘上 因此具有很高的数据传输率 RAID0在提高性能的同时 并没有提供数据可靠性 如果一个磁盘失效 将影响整个数据 RAID0不可应用于需要数据高可用性的关键应用 RAID0的特点 RAID1 RAID1通过磁盘镜像实现数据冗余 在两对分离的磁盘上产生互为备份的数据 RAID1可以提高读的性能 当原始数据繁忙时 可直接从镜像拷贝中读取数据 RAID1是磁盘阵列中费用最高的 但提供了最高的数据可用率 当一个磁盘失效 系统可以自动地交换到镜像磁盘上 而不需要重组失效的数据 RAID1特点 RAID3 RAID3使用单块磁盘存放奇偶校验信息 如果一块磁盘失效 奇偶盘及其他数据盘可以重新产生数据 如果奇偶盘失效 则不影响数据使用 RAID3对于大量的连续数据 可提供很好的传输率 但对于随机数据 奇偶盘会成为写操作的瓶颈 RAID3特点 RAID5 RAID5没有单独指定的奇偶盘 而是交叉地存取数据及奇偶校验信息于所有磁盘上 在RAID5上 读 写指针可同时对阵列设备进行操作 提供了更高的数据流量 RAID5更适合于小数据块 频繁随机读写的数据 RAID5特点 RAID RAID6特点 RAID 0 1 RAID0和RAID1的组合RAID1的数据安全保障 近似RAID0的存储性能 RAID0 1特点 RAID级别比较 RAID级别 高性能读写可靠性差 最佳读性能容量损失大 连续读性能较好随意写入性能较差 适合随机读写数据重建时性能较差 读取性能优良写入性能不是很理想高可靠性 RAID级别的对比 常用RAID选择 RAID0 RAID失效硬盘处理 RAID硬盘失效处理 热备和热插拔 热备 HotSpare定义 当冗余的RAID组中某个硬盘失效时 在不干扰当前RAID系统的正常使用的情况下 用RAID系统中另外一个正常的备用硬盘自动顶替失效硬盘 及时保证RAID系统的冗余性全局式 备用硬盘为系统中所有的冗余RAID组共享专用式 备用硬盘为系统中某一组冗余RAID组专用热插拔 HotSwap定义 在不影响系统正常运转的情况下 用正常的硬盘物理替换RAID系统中失效硬盘关键在于热插拔时电子器件的保护机制 全局热备示例 该热备盘由系统中两个RAID组共享 可自动顶替任何一个RAID中的一个失效硬盘 专用热备示例 该热备盘由系统中指定RAID组专用 可自动顶替该指定RAID组中的一个失效硬盘 磁盘阵列技术术语 硬盘镜像 DiskMirroring 硬盘镜像最简单的形式是 一个主机控制器带二个互为镜像的硬盘 数据同时写入二个硬盘 二个硬盘上的数据完全相同 因此一个硬盘故障时 另一个硬盘可提供数据 硬盘数据跨盘 DiskSpanning 利用这种技术 几个硬盘看上去像是一个大硬盘 这个虚拟盘可以把数据跨盘存储在不同的物理盘上 用户不需关心哪个盘上存有他需要的数据 硬盘数据分段 DiskStriping 数据分散存储在几个盘上 数据的第一段放在盘0 第2段放在盘1 直至达到硬盘链中的最后一个盘 然后下一个逻辑段将放在硬盘0 再下一个逻辑段放在盘1 如此循环直至完成写操作 双控 Duplexing 这里指的是用二个控制器来驱动一个硬盘子系统 一个控制器发生故障 另一个控制器马上控制硬盘操作 此外 如果编写恰当的控制器软件 可实现不同的硬盘驱动器同时工作 容错 FaultTolerant 具有容错功能的机器有抗故障的能力 例如RAID1镜像系统是容错的 镜像盘中的一个出故障 硬盘子系统仍能正常工作 主机控制器 HostAdapter 这里指的是使主机和外设进行数据交换的控制部件 热修复 HotFix 指用一个硬盘热备份来替换发生的故障的硬盘 要注意故障盘并不是真正地被物理替换了 用作热备份的盘被加载上故障盘原来的数据 然后系统恢复工作 条带化 Striping 条带化是把连续的数据分割成相同大小的数据块 把每段数据分别写入到阵列中不同磁盘上的方法 此技术非常有用 它比单个磁盘所能提供的读写速度要快的多 当数据从第一个磁盘上传输完后 第二个磁盘就能确定下一段数据 数据条带化正在一些现代数据库和某些RAID硬件设备中得到广泛应用 热补 HotPatch 具有硬盘热备份 可随时替换故障盘的系统 热备份 HotSpare 与CPU系统连接的硬盘 它能替换下系统中的故障盘 与冷备份的区别是 冷备份盘平时与机器不相连接 硬盘故障时才换下故障盘 平均数据丢失时间 MTBDL MeanTimeBetweenDataLoss 发生数据丢失的事件间的平均时间 平均无故障工作时间 MTBF MeanTimeBetweenFailure或MTIF 设备平均无故障运行时间 廉价冗余磁盘阵列 RAID RedundantArrayofInexpensiveDrives 一种将多个廉价硬盘组合成快速 有容错功能的硬盘子系统的技术 系统重建 ReconstructionorRebuild 一个硬盘发生故障后 从其它正确的硬盘数据和奇偶信息恢复故障盘数据的过程 恢复时间 ReconstructionTime 为故障盘重建数据所需要的时间 传输速率 TransferRate 指在不同条件下存取数据的速度 虚拟盘 VirtualDisk 与虚拟存储器类似 虚拟盘是一个概念盘 用户不必关心他的数据写在哪个物理盘上 虚拟盘一般跨越几个物理盘 但用户看到的只是一个盘 磁盘阵列技术术语 实现磁盘阵列的方