磁盘阵列和RAID
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— 如果A为1，B为0，则校验值P为1：A(1) ⊕B(0)=P(1)， 则有逆运算：B(0) ⊕P(1)=A(1) ; A(1) ⊕P(1)=B(0) ;
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4）热备、热换、重构
热备（Hot Spare）：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。
64 KB、包含五个 (4 + 1) 磁盘的奇偶校验 RAID 集中，条带大小将为 256 KB (64 KB x 4)。
page 19
3）镜像和校验冗余
校验冗余与镜像区别：
— 校验冗余大幅减少了与数据保护成本。如四个磁盘的奇偶校验 RAID， 其中三个磁盘用于保存数据，第四个磁盘用于保存校验信息。镜像则 需要 100% 的额外磁盘空间，两个磁盘保存数据，两个磁盘用于镜像。
1. 磁盘存储
page 4
当今数据中心的存储架构至少有几百个硬盘 硬盘驱动器非常容易发生故障 无数据保护的存储阵列的平均寿命MTBF：
— 设一个存储阵列由100块硬盘组成 — 每块硬盘平均寿命750000小时 — 整个阵列的平均寿命＝？
如何将多块硬盘形成整体，使之能在硬盘故障时提供数据保 护的技术？
— 但是，校验信息是从数据磁盘上的数据生成的，每次数据发生更改时 都会重新计算校验值。这种重新计算十分耗时，并且会影响 RAID 阵列 的性能。
page 20
补：XOR异或校验法
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 ;
XOR的逆运算仍为XOR：
分条2(stripe) 分条1(stripe) 分条0(stripe)
page 13
RAID的数据组织方式: 分块Strip与分条Stripe
Stripe
Strip
Stripe 1 Stripe 2
Strip 1
Stripe Strip 2
Strip 3
Strips
page 14
分条深度－影响存储性能的因素
page 5
1.1 磁盘阵列概念
page 6
1.2 磁盘阵列分类
page 7
1）JBOD磁盘框
JBOD（Just a Bunch of Disks）：是在逻辑上把几个物理磁盘一个接一个的 串联在一起，其目的是为了增加磁盘的容量，并不提供数据安全保障。
page 8
2）RAID
RAID（Redundant Array of Independent Disks）：独立冗余磁盘阵列，简 称磁盘阵列。RAID是按一定的形式和方案组织起来的存储设备，它比单 个存储设备在速度、稳定性和存储能力上都有很大提高，并且具备一定 的数据安全保护能力。
page 17
3）镜像和校验冗余
校验冗余：通过计算保存在阵列中成员磁盘驱动器上数据的 校验值，并将计算出来的校验值保存在另外的磁盘资源上。
主机
RAID 控制器
18
P
7
D4
1
D3
page 18
6
D2
4
D1
3）镜像和校验冗余
校验冗余：
— 校验算法有很多种，比较常见的算法有XOR异或校验算法。 — 和镜像冗余相比较，校验冗余占用的磁盘空间小。 — 通过计算保证数据可靠性。 — 对于校验RAID，条带大小计算不包括校验条块。例如，在条块大小为
第三章 磁盘阵列和RAID
单击此处编辑母版副标题样式
课程目标
掌握磁盘存储基本知识 理解磁盘系统和磁盘阵列的工作原理 掌握常见RAID级别及其区别 了解RAID规划思路和应用场景
page 2
磁盘阵列和RAID
1 磁盘存储
课
程 目
2 RAID技术
录
3 RAID对性能的影响及规划思路、应用场景
page 3
page 10
磁盘阵列和RAID
1 磁盘存储
课
程 目
2 RAID技术
录
3 RAID对性能的影响及规划思路、应用场景
page 11
2.1 RAID的基本概念
pageLeabharlann Baidu12
1）RAID的数据组织方式
分块：将一个分区分成多个大小相等的、地址相邻的块，这 些块称为分块。它是组成分条的元素。
分条：同一个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）的分块。
— 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
热换（Hot Swap）：指在不影响系统正常运转的情况下，用正常的磁盘 替换RAID系统中的失效磁盘。
page 22
4）热备、热换、重构
重构：镜像阵列或RAID阵列中发生故障的磁盘上的所有用户数据和校验 数据的重新构建（rebuild）过程，或者将这些数据写到一个或多个备用 磁盘上的过程。
— 适用范围：大型的、数据连续的以长时间顺序访问数据为特征的应用
独立存取模式：对每个磁盘驱动器的存取都是独立且没有顺序和时间间 隔的限制，可同时接收多个I/O Requests，每笔传输的数据量都比较小。
— 适用范围：数据存取频繁，每笔存取数据量较小的应用
page 16
3）镜像和校验冗余
镜像冗余：使用磁盘镜像技术来实现冗余，将相同数据存储 在两台不同的磁盘驱动器上，从而生成两个数据拷贝的技术
page 9
1987 年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的 Patterson、 Gibson 和 Katz 发表了一篇文章，名为《A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)》（廉价磁盘冗余阵列 (RAID) 案例）。这篇文章介绍了如何使用价格低廉的小容量 磁盘驱动器来替代大型机通用的大容量驱动器。术语 RAID 已 经重新定义为独立磁盘，以反映存储技术的进步。RAID 技术 目前已从学术概念发展成为一种行业标准，并且成为当今存 储阵列中的常见实现。
分条深度（Stripe Depth）：在使用分条数据映射的磁盘阵列 中，条带“分块”的尺寸。块是阵列中写数据的最小单元。
分条深度的选择方式通常如下：
分条宽度（Stripe Width）：一个分条所包含的数据条带的数 量。
page 15
2）RAID数据存取方式
并行存取模式：是把所有磁盘驱动器的主轴马达作精密的控制，使每个 磁盘的位置都彼此同步，然后对每一个磁盘驱动器作一个很短的I/O数据 传送，使从主机来的每一个I/O指令，都平均分布到每一个磁盘驱动器， 将阵列中每一个磁盘驱动器的性能发挥到最大。
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4）热备、热换、重构
热备（Hot Spare）：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。
64 KB、包含五个 (4 + 1) 磁盘的奇偶校验 RAID 集中，条带大小将为 256 KB (64 KB x 4)。
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3）镜像和校验冗余
校验冗余与镜像区别：
— 校验冗余大幅减少了与数据保护成本。如四个磁盘的奇偶校验 RAID， 其中三个磁盘用于保存数据，第四个磁盘用于保存校验信息。镜像则 需要 100% 的额外磁盘空间，两个磁盘保存数据，两个磁盘用于镜像。
1. 磁盘存储
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当今数据中心的存储架构至少有几百个硬盘 硬盘驱动器非常容易发生故障 无数据保护的存储阵列的平均寿命MTBF：
— 设一个存储阵列由100块硬盘组成 — 每块硬盘平均寿命750000小时 — 整个阵列的平均寿命＝？
如何将多块硬盘形成整体，使之能在硬盘故障时提供数据保 护的技术？
— 但是，校验信息是从数据磁盘上的数据生成的，每次数据发生更改时 都会重新计算校验值。这种重新计算十分耗时，并且会影响 RAID 阵列 的性能。
page 20
补：XOR异或校验法
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 ;
XOR的逆运算仍为XOR：
分条2(stripe) 分条1(stripe) 分条0(stripe)
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RAID的数据组织方式: 分块Strip与分条Stripe
Stripe
Strip
Stripe 1 Stripe 2
Strip 1
Stripe Strip 2
Strip 3
Strips
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分条深度－影响存储性能的因素
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1.1 磁盘阵列概念
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1.2 磁盘阵列分类
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1）JBOD磁盘框
JBOD（Just a Bunch of Disks）：是在逻辑上把几个物理磁盘一个接一个的 串联在一起，其目的是为了增加磁盘的容量，并不提供数据安全保障。
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2）RAID
RAID（Redundant Array of Independent Disks）：独立冗余磁盘阵列，简 称磁盘阵列。RAID是按一定的形式和方案组织起来的存储设备，它比单 个存储设备在速度、稳定性和存储能力上都有很大提高，并且具备一定 的数据安全保护能力。
page 17
3）镜像和校验冗余
校验冗余：通过计算保存在阵列中成员磁盘驱动器上数据的 校验值，并将计算出来的校验值保存在另外的磁盘资源上。
主机
RAID 控制器
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D2
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3）镜像和校验冗余
校验冗余：
— 校验算法有很多种，比较常见的算法有XOR异或校验算法。 — 和镜像冗余相比较，校验冗余占用的磁盘空间小。 — 通过计算保证数据可靠性。 — 对于校验RAID，条带大小计算不包括校验条块。例如，在条块大小为
第三章 磁盘阵列和RAID
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课程目标
掌握磁盘存储基本知识 理解磁盘系统和磁盘阵列的工作原理 掌握常见RAID级别及其区别 了解RAID规划思路和应用场景
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1 磁盘存储
课
程 目
2 RAID技术
录
3 RAID对性能的影响及规划思路、应用场景
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1 磁盘存储
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程 目
2 RAID技术
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3 RAID对性能的影响及规划思路、应用场景
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2.1 RAID的基本概念
pageLeabharlann Baidu12
1）RAID的数据组织方式
分块：将一个分区分成多个大小相等的、地址相邻的块，这 些块称为分块。它是组成分条的元素。
分条：同一个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）的分块。
— 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
热换（Hot Swap）：指在不影响系统正常运转的情况下，用正常的磁盘 替换RAID系统中的失效磁盘。
page 22
4）热备、热换、重构
重构：镜像阵列或RAID阵列中发生故障的磁盘上的所有用户数据和校验 数据的重新构建（rebuild）过程，或者将这些数据写到一个或多个备用 磁盘上的过程。
— 适用范围：大型的、数据连续的以长时间顺序访问数据为特征的应用
独立存取模式：对每个磁盘驱动器的存取都是独立且没有顺序和时间间 隔的限制，可同时接收多个I/O Requests，每笔传输的数据量都比较小。
— 适用范围：数据存取频繁，每笔存取数据量较小的应用
page 16
3）镜像和校验冗余
镜像冗余：使用磁盘镜像技术来实现冗余，将相同数据存储 在两台不同的磁盘驱动器上，从而生成两个数据拷贝的技术
page 9
1987 年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的 Patterson、 Gibson 和 Katz 发表了一篇文章，名为《A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)》（廉价磁盘冗余阵列 (RAID) 案例）。这篇文章介绍了如何使用价格低廉的小容量 磁盘驱动器来替代大型机通用的大容量驱动器。术语 RAID 已 经重新定义为独立磁盘，以反映存储技术的进步。RAID 技术 目前已从学术概念发展成为一种行业标准，并且成为当今存 储阵列中的常见实现。
分条深度（Stripe Depth）：在使用分条数据映射的磁盘阵列 中，条带“分块”的尺寸。块是阵列中写数据的最小单元。
分条深度的选择方式通常如下：
分条宽度（Stripe Width）：一个分条所包含的数据条带的数 量。
page 15
2）RAID数据存取方式
并行存取模式：是把所有磁盘驱动器的主轴马达作精密的控制，使每个 磁盘的位置都彼此同步，然后对每一个磁盘驱动器作一个很短的I/O数据 传送，使从主机来的每一个I/O指令，都平均分布到每一个磁盘驱动器， 将阵列中每一个磁盘驱动器的性能发挥到最大。