,张晨曦 刘依 肖晓强,1,26,6.4 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,6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID 廉价磁盘冗余阵列第六章,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,8,0,0,1 镜像,8,1,8,2 存储器式ECC,8,1,4,3 位交叉奇偶校验,8,1,1,4 块交叉奇偶校验,8,1,1,5 块交叉分布奇偶校验,8,1,1,6 P+Q冗余,8,2,2,7 Cache+异步,8,2,2,1.各级RAID的结构特点RAID级数据磁盘数可正常工作的,2.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,2.各级RAID的共性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,3.有关RAID的几个问题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。,M,N,O,etc.,I,J,K,L,E,F,G,H,A,B,C,D,6.4,廉价磁盘冗余阵列RAID,6.4.1 RAID0MNOetc.IJKLEFGHAB,阵列管理,条带,0,条带,1,条带,1,条带,2,条带,3,条带,4,条带,5,条带,6,条带,7,条带,8,条带,9,条带,10,条带,11,条带,0,条带,2,条带,3,条带,4,条带,5,条带,6,条带,7,条带,8,条带,9,条带,10,条带,11,逻辑盘,物理盘,0,物理盘,1,物理盘,2,物理盘,3,RAID0中的数据映射,阵列管理条带0条带1条带1条带2条带3条带4条带5条带6条带,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。,G,G,H,H,E,E,F,F,C,C,D,D,A,A,B,B,=,=,6.4,廉价磁盘冗余阵列RAID,6.4.2 RAID1GGHHEEFFCCDDAABB=6,1.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,1.RAID1的特点6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID,2.RAID1中的镜像和分块如何相互作用？,RAID0+1,先分块后镜像,M,N,O,etc.,I,J,K,L,E,F,G,H,A,B,C,D,M,N,O,etc.,I,J,K,L,E,F,G,H,A,B,C,D,6.4,廉价磁盘冗余阵列RAID,2.RAID1中的镜像和分块如何相互作用？MNOetc.,RAID1+0,先镜像后分块,N,J,F,B,O,K,G,C,etc.,L,H,D,M,I,E,A,N,J,F,B,O,K,G,C,etc.,L,H,D,M,I,E,A,6.4,廉价磁盘冗余阵列RAID,RAID1+0 先镜像后分块NJFBOKGCetc.,6.4.3 RAID2,1.,位交叉式海明编码阵列,2.各个数据盘上的相应位计算海明校验码，编码,位被存放在多个校验（Ecc）磁盘的对应位上。,D0,D1,D2,D3,C0,C1,C2,C3,B0,B1,B2,B3,A0,A1,A2,A3,Ecc/Ax,Ecc/Bx,Ecc/Cx,Ecc/Dx,Ecc/Ay,Ecc/By,Ecc/Cy,Ecc/Dy,Ecc/Az,Ecc/Bz,Ecc/Cz,Ecc/Dz,6.4,廉价磁盘冗余阵列RAID,6.4.3 RAID2D0D1D2D3C0C1C2C3B0B,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,3.RAID2特点6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID,6.4.4 RAID3,1.,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。,D0,D1,D2,D3,C0,C1,C2,C3,B0,B1,B2,B3,A0,A1,A2,A3,A,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,6.4.4 RAID3D0D1D2D3C0C1C2C3B0B,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,3.RAID3特点6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID,4.RAID3读写特点,假定：有4个数据盘和一个冗余盘,读出数据，一共需要5次磁盘读操作；,写数据需要3次磁盘读和2次磁盘写操作。,D0,D0,D1,D2,D3,P,D1,D2,D3,P,D0,读操作,读操作,读操作,写操作,写操作,异或,6.4,廉价磁盘冗余阵列RAID,4.RAID3读写特点D0 D0D1D2D3PD1D2D,6.4.5 RAID4,1.,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。,D0,D1,D2,D3,C0,C1,C2,C3,B0,B1,B2,B3,A0,A1,A2,A3,A,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,6.4.5 RAID4D0D1D2D3C0C1C2C3B0B,3.RAID4特点,冗余代价与RAID3相同,访问数据的方法与RAID3不同,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。,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,3.RAID4特点 在RAID3中，一次磁盘访问将对磁盘,4.RAID4读写特点,假定:有4个数据盘和一个冗余盘,读出数据，对两个磁盘的两次读操作；,写数据需要2次磁盘读和2次磁盘写操作。,D0,D0,D1,D2,D3,P,D1,D2,D3,P,D0,读操作,读操作,写操作,写操作,异或,异或,6.4,廉价磁盘冗余阵列RAID,4.RAID4读写特点D0 D0D1D2D3PD1D2D,6.4.6 RAID5,1.,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,6.4.6 RAID56.4 廉价磁盘冗余阵列RAID,C4,D4,4,校验码,E4,A3,C3,D3,A2,B2,D2,A1,B1,C1,A0,B0,C0,D0,0,校验码,1,校验码,2,校验码,3,校验码,校验码,产生器,E1,E2,E3,B4,6.4,廉价磁盘冗余阵列RAID,C4D44校验码E4A3C3D3A2B2D2A1B1C1A0,3.RAID4和RAID5中的信息分布,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,6.4.7 RAID6,1.,双维奇偶校验独立存取盘阵列,2.数据以块（块大小可变）交叉方式存于各盘，,检、纠错信息均匀分布在所有磁盘上。,C2,D3,D,校验码,C1,D2,A2,D1,A1,B1,A0,B0,C0,0,校验码,1,校验码,B,校验码,3,校验码,校验码,产生器,B2,2,校验码,C,校验码,A,校验码,6.4,廉价磁盘冗余阵列RAID,6.4.7 RAID6C2D3D校验码C1D2A2D1A1B,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,3.RAID6特点6.4 廉价磁盘冗余阵列RAID,6.4.8 RAID7,采用Cache和异步技术的RAID6,较高的响应速度和传输速率,C0,B0,B1,A0,A1,A2,实时,操作系统,A,校验码,B,校验码,C,校验码,B2,C1,C2,6.4,廉价磁盘冗余阵列RAID,6.4.8 RAID7C0B0B1A0A1A2实时操作系统A,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,6.4.9 RAID的实现与发展6.4 廉价磁盘冗余阵列RA,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,子系统方式：这是一种基于通用接口总线2.盘阵列技术研究,