HC1109103-HCNA-StorageV2-BSSN-第三章RAID技术与应用

HC1109103_HCNA-StorageV2_BSSN_第三章RAID技术与应用第一页，共52页。HC1109103

RAID技术及应用第二页，共52页。学习完本课程后，您将能够：了解RAID分类及原理掌握各种RAID特点掌握RAID在数据保护方面所采用的技术了解RAID2.0+技术

目标第三页，共52页。

目录传统RAID1.1 RAID基本概念与技术原理1.2 RAID技术与应用1.3 RAID数据保护1.4 RAID与LUNRAID2.0+技术第四页，共52页。RAID概念与实现方式RAID（RedundantArrayofIndependentDisks）：独立冗余磁盘阵列，简称磁盘阵列。RAID的主要实现方式分为硬件RAID方式和软件RAID

方式硬件RAID软件RAIDRAID更有效的数据组织－分条、并行数据安全保护功能－校验、热备第五页，共52页。RAID的数据组织方式条带：磁盘中单个或者多个连续的扇区构成一个条带。它是组成分条的元素。分条：同一磁盘阵列中的多个磁盘驱动器上的相同“位置”（或者说是相同编号）的条带。D7D4D1驱动器2D6D3D0驱动器1D8D5D2驱动器3分条2(strip)分条1(strip)分条0(strip)磁盘上的数据条带磁盘上的数据条带磁盘上的数据条带分条深度第六页，共52页。RAID校验方式XOR校验的算法——相同为假，相异为真：0⊕0=0；0⊕1=1；1⊕0=1；1⊕1=0；110驱动器2100驱动器1010校验驱动器异或校验冗余备份第七页，共52页。RAID的几种状态RAID组正常工作RAID组降级RAID组创建RAID组失效创建成功成员盘掉线或故障故障盘数超过冗余盘数重建成功第八页，共52页。

目录传统RAID1.1 RAID基本概念与技术原理1.2 RAID技术与应用1.3 RAID数据保护1.4 RAID与LUNRAID2.0+技术第九页，共52页。常用RAID级别与分类标准RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘，提高了硬盘的读写性能和数据安全性，根据不同的组合方式可以分为不同的RAID级别。RAID0RAID1RAID3RAID5RAID6RAID10RAID50常用RAID级别第十页，共52页。RAID0实现方式D4D2D0驱动器1D6D5D3D1驱动器2D0,D1,D2,D3,D4,D5分条2分条1分条0各磁盘上的数据块各磁盘上的数据块无差错控制的条带化阵列D2D1D0D5D4D3D0逻辑磁盘第十一页，共52页。RAID0数据写入D0,D1,D2,D3,D4,D5逻辑磁盘D0D1D2D3D4D5写入数据块D0写入数据块D1写入数据块D2,D3…驱动器1驱动器2D0D1D2D3D4D5第十二页，共52页。RAID0数据读取读取数据块D1D0D1D2D3D4D5逻辑磁盘驱动器1驱动器2D0,D1,D2,D3,D4,D5D0D2D4D5D3D1读取数据块D2，D3…读取数据块D0第十三页，共52页。RAID0数据丢失阵列中某一个驱动器发生故障，将导致其中的数据丢失。驱动器1驱动器3驱动器2D0D1D2D3D4D5D6D7D8第十四页，共52页。RAID1的工作原理镜像结构的阵列D2D1D0D2逻辑磁盘D2D1D0驱动器1驱动器2D0,D1,D2经过镜像器D2D1D0第十五页，共52页。RAID1数据写入驱动器2D0,D1,D2D2D1D0写入数据块D0D2D1D0D2逻辑磁盘驱动器1D2D1D0写入数据块D1写入数据块D2第十六页，共52页。RAID1数据读取驱动器2D0,D1,D2读取数据块D0D2D1D0D2逻辑磁盘驱动器1D2D1D0读取数据块D1读取数据块D2D0D1D2第十七页，共52页。RAID1的数据恢复驱动器2D0,D1,D2D2D1D0磁盘损坏读写备份磁盘更换/恢复磁盘复制备份磁盘数据D0驱动器1D1D2第十八页，共52页。RAID3的工作原理D7D4D1驱动器2D6D3D0驱动器1D8D5D2驱动器3D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8P3P2P1校验驱动器校验码生成带奇偶校验码的并行阵列第十九页，共52页。RAID3的数据写入A0,A1,A2,B0,B1,B2,C0,C1,C2P3P1校验盘C2B2A2驱动器3ABC逻辑磁盘C1B1A1驱动器2C0B0A0驱动器1写入数据块AP2写入数据块B写入数据块C第二十页，共52页。RAID3的数据读取A0,A1,A2,B0,B1,B2,C0,C1,C2P32P校验盘C2B2A2驱动器3逻辑磁盘C1B1A1驱动器2C0B0A0驱动器1读取数据1PABC第二十一页，共52页。RAID3的数据恢复P3P1校验盘C2B2A2驱动器3逻辑磁盘C0B0A0驱动器1P2磁盘失效驱动器2A1B1C1数据恢复ABCA0,A1,A2,B0,B1,B2,C0,C1,C2……

第二十二页，共52页。RAID5的工作原理分布式奇偶校验码的独立磁盘结构D4P1D1驱动器2P2D2D0驱动器1D5D3P0驱动器3D0,D1,D2,D3,D4,D5第二十三页，共52页。RAID5数据写入D2D1D0D5D4D3逻辑磁盘D0,D1,D2,D3,D4,D5D5D3P0驱动器3P2D2D0驱动器1D4P1D1驱动器2第二十四页，共52页。RAID5数据读取D2D1D0D5D4D3逻辑磁盘D0,D1,D2,D3,D4,D5

D5D3P0驱动器3P2D2D0驱动器1D4P1D1驱动器2第二十五页，共52页。RAID5数据恢复D2D1D0D5D4D3逻辑磁盘D0,D1,D2,D3,D4,D5D5D3P0驱动器3P2D2D0D4P1D1磁盘失效数据恢复驱动器2驱动器1第二十六页，共52页。RAID6介绍RAID6是带有两种校验的独立磁盘结构，采用两种奇偶校验方法，需要至少N+2(N>2)个磁盘来构成阵列，一般用在数据可靠性、可用性要求极高的应用场合。常用的RAID6技术有RAID6P＋Q和RAID6DP。第二十七页，共52页。Q5D9RAID6P＋Q的工作原理RAID6P＋Q需要计算出两个校验数据P和Q，当有两个数据丢失时，根据P和Q恢复出丢失的数据。校验数据P和Q是由以下公式计算得来的：

P=D0⊕D1

⊕D2……

Q=(α⊗D0)⊕(β⊗D1)⊕(γ⊗D2)……P1D3D6D12D10Q1P2D7D13D11D0Q2P3D14P4D1D4Q3P5Q4D2D5D8驱动器1驱动器2驱动器3驱动器4驱动器5分条0分条1分条2分条3分条4第二十八页，共52页。RAID6DP的工作原理DP－DoubleParity，就是在RAID4所使用的一个行XOR校验磁盘的基础上又增加了一个磁盘用于存放斜向的XOR校验信息横向校验盘中P0—P3为各个数据盘中横向数据的校验信息例：P0=D0XORD1XORD2XORD3斜向校验盘中DP0—DP3为各个数据盘及横向校验盘的斜向数据校验信息例：DP0=D0XORD5XORD10XORD15D12D0D4D8D13D1D5D9D14D2D6D10P3P0P1P2DP3DP0DP1DP2驱动器1驱动器2驱动器3横向校验盘斜向校验盘分条0分条1分条2分条3D15D3D7D11驱动器4第二十九页，共52页。RAID6DP的工作原理DP－DoubleParity，就是在RAID4所使用的一个行XOR校验磁盘的基础上又增加了一个磁盘用于存放斜向的XOR校验信息横向校验盘中P0—P3为各个数据盘中横向数据的校验信息例：P0=D0XORD1XORD2XORD3斜向校验盘中DP0—DP3为各个数据盘及横向校验盘的斜向数据校验信息例：DP0=D0XORD5XORD10XORD15D12D0D4D8D13D1D5D9D14D2D6D10P3P0P1P2DP3DP0DP1DP2驱动器1驱动器2驱动器3横向校验盘斜向校验盘分条0分条1分条2分条3D15D3D7D11驱动器4第三十页，共52页。RAID组合——RAID10RAID10是将镜像和条带进行组合的RAID级别，先进行RAID1镜像然后再做RAID0。RAID10也是一种应用比较广泛的RAID级别。D0D2D4D0D2D4D1D3D5D1D3D5磁盘镜像器磁盘镜像器D0,D1,D2,D3,D4,D5读取数据RAID1RAID1RAID0物理磁盘1物理磁盘2物理磁盘3物理磁盘4第三十一页，共52页。RAID组合——RAID50RAID50是将RAID5和RAID0进行两级组合的RAID级别，第一级是RAID5，第二级为RAID0。D11D7P1D10P3D3P5D6D2D9D5D8P0P2D0D1D4P4分条0分条1分条2D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7……D0,D1,D4,D5,D8,D9D2,D3,D6,D7,D10,D11物理磁盘1物理磁盘2物理磁盘3物理磁盘4物理磁盘5物理磁盘6RAID5RAID5RAID0第三十二页，共52页。常用RAID级别的比较RAID级别RAID0RAID1RAID3RAID5RAID6RAID10RAID50容错性无有有有有有有冗余类型无复制奇偶校验奇偶校验奇偶校验复制奇偶检验热备盘选项无有有有有有有读性能高低高高高一般高随机写性能高低最低低低一般低连续写性能高低低低低一般低最小硬盘数2块2块3块3块４块4块6块可用容量N*单块硬盘容量(1/N)*单块硬盘容量(N-1)*单块硬盘容量(N-1)*单块硬盘容量(N-2)*单块硬盘容量(N/2)*单块硬盘容量(N-2)*单块硬盘容量第三十三页，共52页。RAID典型应用场景RAID级别RAID0RAID1RAID3RAID5/6RAID10典型应用环境迅速读写，安全性要求不高，如图形工作站等随机数据写入，安全性要求高，如服务器、数据库存储领域连续数据传输，安全性要求高，如视频编辑、大型数据库等随机数据传输，安全性要求高，如金融、数据库、存储等数据量大，安全性要求高，如银行、金融等领域第三十四页，共52页。

目录传统RAID1.1 RAID基本概念与技术原理1.2 RAID技术与应用1.3 RAID数据保护1.4 RAID与LUNRAID2.0+技术第三十五页，共52页。热备盘热备（HotSpare）：当冗余的RAID阵列中某个磁盘失效时，在不干扰当前RAID系统正常使用的情况下，用RAID系统中另外一个正常的备用磁盘顶替失效磁盘。热备通过配置热备盘实现，热备盘分为全局热备盘和局部热备盘。驱动器n驱动器1热备盘……RAID1/RAID5/RAID6/…第三十六页，共52页。预拷贝预拷贝：系统通过监控发现RAID组中某成员盘即将故障时，将即将故障成员盘中的数据提前拷贝到热备盘中，有效降低数据丢失风险。驱动器2驱动器1热备盘RAID1/RAID5/RAID6/…第三十七页，共52页。重构重构：RAID阵列中发生故障的磁盘上的所有用户数据和校验数据的重新生成，并将这些数据写到热备盘上的过程。D5D3D1驱动器2D4D2D0校验驱动器D0,D1,D2,D3,D4,D5P3P2P1热备盘驱动器D0D2D4驱动器1第三十八页，共52页。

目录传统RAID1.1 RAID基本概念与技术原理1.2 RAID技术与应用1.3 RAID数据保护1.4 RAID与LUNRAID2.0+技术第三十九页，共52页。RAID与LUN的关系RAID由几个硬盘组成，从整体上看相当于由多个硬盘组成的一个大的物理卷。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单元，这些逻辑单元称作LUN,可以做为映射给主机的基本块设备。物理卷物理卷逻辑卷逻辑卷单个物理卷上创建1个逻辑卷单个物理卷上创建多个逻辑卷LUN1LUN2LUN3第四十页，共52页。RAID、逻辑卷的形成过程

物理磁盘逻辑卷RAIDLUN1LUN2LUN3分割Page41第四十一页，共52页。

目录传统RAIDRAID2.0+技术第四十二页，共52页。热备传统RAIDRAID2.0+LUN虚拟化RAID2.0+的发展第四十三页，共52页。切分映射硬盘域存储池存储池ExtentExtentGrainLUN0(Thick)LUN1(Thick)