廉价冗余磁盘阵列 作为高性能的存储系统，已经得到了越来越 广泛的应用。RAID的级别从RAID概念的提 出到现在，已经发展了六个级别，其级别 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。下面就介绍这 四个级别。 RAID 0：将多个的磁盘合并成一个大的磁盘，不具 有冗余，并行I/O，速度最快。RAID 0亦称为带区 集。它是将多个磁盘并列起来，成为一个大硬盘 。在存放数据时，其将数据按磁盘的个数来进行 分段，然后同时将这些数据写进这些盘中。 所以，在所有的级别中，RAID 0的速度是最快的。 但是RAID 0没有冗余功能的，如果一个磁盘（物 理）损坏，则所有的数据都无法使用。 RAID1 把磁盘阵列中的硬盘分成相同的两组 ，互为镜像，当任一磁盘介质出现故障时 ，可以利用其镜像上的数据恢复，从而提 高系统的容错能力。对数据的操作仍采用 分块后并行传输方式。所有RAID 1不仅提 高了读写速度，也加强系统的可靠性。但 其缺点是硬盘的利用率低，冗余度为50 。 RAID 3 ：RAID 3存放数据的原理和RAID0、RAID1 不同。RAID 3是以一个硬盘来存放数据的奇偶校 验位，数据则分段存储于其余硬盘中。它像RAID 0一样以并行的方式来存放数，但速度没有RAID 0快。如果数据盘（物理）损坏，只要将坏的硬盘 换掉，RAID控制系统则会根据校验盘的数据校验 位在新盘中重建坏盘上的数据。不过，如果校验 盘（物理）损坏的话，则全部数据都无法使用。 利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安 全性高，但是硬盘利用率得到了很大的提高，为n -1。 RAID 5：向阵列中的磁盘写数据，奇偶校验 数据存放在阵列中的各个盘上，允许单个 磁盘出错。RAID 5也是以数据的校验位来 保证数据的安全，但它不是以单独硬盘来 存放数据的校验位，而是将数据段的校验 位交互存放于各个硬盘上。这样任何一个 硬盘损坏，都可以根据其它硬盘上的校验 位来重建损坏的数据。硬盘的利用率为n-1 。6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 廉价磁盘冗余阵列RedundantArray of Inexpensive Disks 独立磁盘冗余阵列Redundant Array of Independent Disks 简称盘阵列技术1988年，Patterson教授首先提出。 优点容量大、速度快、可靠性高、造价低廉第六章 输入/输出系统1. 各级RAID的结构特点RAID级数据磁 盘数可正常工作的最多失 效盘数检测磁盘 数0 非冗余8001 镜像8182 存储器式ECC8143 位交叉奇偶校验8114 块交叉奇偶校验8115 块交叉分布奇偶 校验8116 P+Q冗余8227 Cache + 异步8222. 各级RAID的共性 RAID由一组物理磁盘驱动器组成，操作系统视之为一个逻辑驱动器； 数据分布在一组物理磁盘上； 冗余信息被存储在冗余磁盘空间中，保证磁盘在万一损坏时可以恢复数据； 其中第2、3个特性在不同的RAID级别中的表现不同，RAID0不支持第3个特性。6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 3. 有关RAID的几个问题(1) 关键问题：如何发现磁盘的失效磁盘技术提供了故障检测操作的信息。 (2) 设计的另一个问题如何减少平均修复时间MTTR典型的做法：在系统中增加热备份盘(3) 热切换技术与热备份盘相关的一种技术6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 6.4.1 RAID0 数据分块，即把数据分布在多个盘上。 非冗余阵列、无冗余信息。 严格地说，它不属于RAID系列。MNOetc.IJKLEFGHABCD6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 6.4.2 RAID1亦称镜像盘，使用双备份磁盘。每当数据写入一个磁盘时，将该数据也写到另一个冗余盘，形成信息的两份复制品。GGHHEEFFCCDDAABB=6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 1. RAID1的特点 读性能好RAID1的性能能够达到RAID0性能的两倍。 写性能由写性能最差的磁盘决定。相对以后各级RAID来说，RAID1的写速度较快。 可靠性很高 最昂贵的解决方法，物理磁盘空间是逻辑磁盘空间的两倍。 6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 3. RAID2特点 并行存取，各个驱动器同步工作。 使用海明编码来进行错误检测和纠正，数据传输率高。 需要多个磁盘来存放海明校验码信息，冗余磁盘数量与数据磁盘数量的对数成正比。 是一种在多磁盘易出错环境中的有效选择。并未被广泛应用，目前还没有商业化产品。6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 6.4.4 RAID31. 位交叉奇偶校验盘阵列2. 单盘容错并行传输：数据以位或字节交叉存储 ，奇偶校验信息存储在一台专用盘上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校验码B校验码C校验码D校验码校验码 产生器位或字节6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 3. RAID3特点 将磁盘分组，读写要访问组中所有盘，每组中有一个盘作为校验盘。 校验盘一般采用奇偶校验。 简单理解：先将分布在各个数据盘上的一组数据加起来，将和存放在冗余盘上。一旦某一个盘出错，只要将冗余盘上的和减去所有正确盘上的数据，得到的差就是出错的盘上的数据。 缺点：恢复时间较长。6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 6.4.5 RAID41. 专用奇偶校验独立存取盘阵列2. 数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘，奇偶校验信息存在一台专用盘上。D0D1D2D3C0C1C2C3B0B1B2B3A0A1A2A3A校验码B校验码C校验码D校验码校验码 产生器数据块6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 3. RAID4特点 冗余代价与RAID3相同 访问数据的方法与RAID3不同l 在RAID3中，一次磁盘访问将对磁盘阵列中的所有磁盘进行操作。l RAID4出现的原因：希望使用较少的磁盘参与操作，以使磁盘阵列可以并行进行多 个数据的磁盘操作。 6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 6.4.6 RAID51. 块交叉分布式奇偶校验盘阵列2. 数据以块交叉的方式存于各盘，无专用冗余盘 ，奇偶校验信息均匀分布在所有磁盘上。 6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 3. RAID4和RAID5中的信息分布6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 3. RAID6特点 写入数据要访问1个数据盘和2个冗余盘； 可容忍双盘出错； 存储开销是RAID5的两倍，RAID6的写过程需要6次磁盘操作。 6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 6.4.9 RAID的实现与发展1. 实现盘阵列的方式主要有三种 软件方式：阵列管理软件由主机来实现优点：成本低缺点：过多地占用主机时间，并且带宽指标上不去。 阵列卡方式：把RAID管理软件固化在I/O控制卡上，从而可不占用主机时间，一般用于工作站和PC机。6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 子系统方式：这是一种基于通用接口总线的开放式平台，可用于各种主机平台和网络系统。2. 盘阵列技术研究的主要热点问题 新型阵列体系结构； RAID结构与其所记录文件特性的关系； 在RAID冗余设计中，综合平衡性能、可靠性和开销的问题； 超大型盘阵列在物理上如何构造和连结的问题。6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID