1、項目一磁盤基本管理和raid技術的設計與實施組長:xxx組員：xxx組號：4日期：2016/9/29一、前言2.1、背景資料2二、需求分析3.三、方案設計4.1. raid的基本架構 52、raid的工作原理 53、raid的適用范圍64、拓撲結構圖10四、方案介紹1.1方案11五、設備選型 12一、前言1.1、背景資料某學院信息中心一直在進行設備的升級和系統的改造， 隨著學院網站業務的 增長（音頻、視頻應用）和人員的增加,原有的weeffi務器在硬件配置上已經 明顯不滿足需求：? 磁盤負載越來越重；? 文件的訪問速度變慢；? 磁盤空間越來越少以致于無法安裝或升級一些應用程序 ;? 數據的安全

2、性也是管理員日益擔心的問題；? 服務器的磁盤被大量的視頻和音頻資料所占用，已經沒太多的空間存儲文件，需要擴展用戶的磁盤空間。作為學院信息中心的網絡管理員，需要對網站服務器設計實施新磁盤陣列方案 解決上述矛盾，同時對增加的磁盤陣列進行檢查和性能分析。二、需求分析根據北某學院現有網絡環境中服務器使用現狀，將采用磁盤基本管理和 raid技術。為了滿足磁盤負載量，文件的訪問速度，以及磁盤空間的大小等諸多需求， 我們可以借助 windows系統自帶的磁盤基本管理，來及時為硬盤的邏輯混亂現 象糾錯，保證硬盤在日后存取數據時的訪問速度不受影響。數據的安全性也是管理員日益擔心的問題，服務器的磁盤被大量的視頻和

3、 音頻資料所占用，已經沒太多的空間存儲文件，需要擴展用戶的磁盤空間。raid 技術的中文名字叫冗余磁盤陣列技術。磁盤陣列它是利用重復的磁盤來處理數 據，使得數據的穩定性得到提高。冗余磁盤陣列技術是為了組合小的廉價磁盤 來代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數據存儲的費用，同時也采用冗余信息的 方式，使得磁盤失效時不會使對數據的訪問受損失，從而開發出一定水平的數 據保護技術，并且能適當的提升數據傳輸速度。三、方案設計3.1、 raid的基本架構(1) raid基礎知識raid 是 “redundant array of independent disk ” 的縮寫，中文意 思是獨立冗余磁盤陣列。冗余磁

4、盤陣列技術誕生于1987年，由美國加州大學伯克利分校提出。簡單地解釋，就是將n臺硬盤通過 raid controller(分hardware, software)結合成虛擬單臺大容量的硬盤使用。raid的采用為存儲系統(或者服務器的內置存儲)帶來巨大利益，其中提高傳輸速 率和提供容錯功能是最大的優點。另外，raid還有殺蟲劑品牌，法國特警隊伍名，游戲專有名詞等義項。(2) raid技術規范簡介冗余磁盤陣列技術最初的研制目的是為了組合小的廉價磁盤來代 替大的昂貴磁盤，以降低大批量數據存儲的費用，同時也希望采用冗余信 息的方式，使得磁盤失效時不會使對數據的訪問受損失，從而開發出一定 水平的數據保護

5、技術，并且能適當的提升數據傳輸速度。過去raid 一直是高檔服務器才有緣享用，一直作為高檔 scsi硬 盤配套技術作應用。近來隨著技術的發展和產品成本的不斷下降，ide硬盤性能有了很大提升，加之raid芯片的普及，使得 raid也逐漸在個人電腦上得到應用。那么為何叫做冗余磁盤陣列呢？冗余的漢語意思即多余，重復。而磁 盤陣列說明不僅僅是一個磁盤，而是一組磁盤。這時你應該明白了，它是 利用重復的磁盤來處理數據，使得數據的穩定性得到提高。3.2、 raid的工作原理raid按照實現原理的不同分為不同的級別，不同的級別之間工作模 式是有區別的。整個的 raid結構是一些磁盤結構，通過對磁盤進行組合 達

6、到提高效率，減少錯誤的目的，不要因為這么多名詞而被嚇壞了，它們 的原理實際上十分簡單。為了便于說明，下面示意圖中的每個方塊代表一 個磁盤，豎的叫塊或磁盤陣列，橫稱之為帶區。3.3、 raid的適用范圍raid主要包含raid 0raid 7等數個規范，它們的側重點各不相同，常 見的規范有如下幾種：raid 0:無差錯控制的帶區組要實現raid0必須要有兩個以上硬盤驅動器，raid0實現了帶區組，數據并不是保存在一個硬盤上，而是分成數據塊保存在不同驅動器上。因 為將數據分布在不同驅動器上，所以數據吞吐率大大提高，驅動器的負載 也比較平衡。如果剛好所需要的數據在不同的驅動器上效率最好。它不需 要計

7、算校驗碼，實現容易。它的缺點是它沒有數據差錯控制，如果一個驅 動器中的數據發生錯誤，即使其它盤上的數據正確也無濟于事了。不應該 將它用于對數據穩定性要求高的場合。如果用戶進行圖象（包括動畫）編 輯和其它要求傳輸比較大的場合使用raid0比較合適。同時，raid可以提高數據傳輸速率，比如所需讀取的文件分布在兩個硬盤上，這兩個硬盤可 以同時讀取。那么原來讀取同樣文件的時間被縮短為1/2。在所有的級別中，raid 0的速度是最快的。但是 raid 0沒有冗余功能的，如果一個磁 盤（物理）損壞，則所有的數據都無法使用。raid 1 :鏡象結構raid 1z>ko w 1raidl對于使用這種 r

8、aid1結構的設備來說，raid控制器必須能夠同時對兩個盤進行讀操作和對兩個鏡象盤進行寫操作。通過下面的結構圖您也可以看 到必須有兩個驅動器。因為是鏡象結構在一組盤出現問題時，可以使用鏡 象，提高系統的容錯能力。它比較容易設計和實現。每讀一次盤只能讀出 一塊數據，也就是說數據塊傳送速率與單獨的盤的讀取速率相同。因為raid1的校驗十分完備，因此對系統的處理能力有很大的影響，通常的 raid功能由軟件實現，而這樣的實現方法在服務器負載比較重的時候會 大大影響服務器效率。當您的系統需要極高的可靠性時，如進行數據統計，那么使用raid1比較合適。而且 raid1技術支持 熱替換”，即不斷電的 情況下

9、對故障磁盤進行更換，更換完畢只要從鏡像盤上恢復數據即可。當 主硬盤損壞時，鏡像硬盤就可以代替主硬盤工作。鏡像硬盤相當于一個備 份盤，可想而知，這種硬盤模式的安全性是非常高的，raid 1的數據安全性在所有的raid級別上來說是最好的。 但是其磁盤的利用率卻只有50%,是所有raid級別中最低的。raid2:帶海明碼校驗從概念上講，raid 2同raid 3類似， 兩者都是將數據條塊化分布 于不同的硬盤上，條塊單位為位或字節。然而raid 2使用一定的編碼技 術來提供錯誤檢查及恢復。這種編碼技術需要多個磁盤存放檢查及恢復信 息，使得raid 2技術實施更復雜。因此，在商業環境中很少使用。下圖 左

10、邊的各個磁盤上是數據的各個位，由一個數據不同的位運算得到的海明 校驗碼可以保存另一組磁盤上，具體情況請見下圖。由于海明碼的特點， 它可以在數據發生錯誤的情況下將錯誤校正，以保證輸出的正確。它的數 據傳送速率相當高，如果希望達到比較理想的速度，那最好提高保存校驗 碼ecc碼的硬盤，對于控制器的設計來說，它又比raid3 , 4或5要簡單沒有免費的午餐，這里也一樣，要利用海明碼，必須要付出數據冗余的代 價。輸出數據的速率與驅動器組中速度最慢的相等。raid3:帶奇偶校驗碼的并行傳送raid3這種校驗碼與 raid2不同，只能查錯不能糾錯。 它訪問數據時一次處理一 個帶區，這樣可以提高讀取和寫入速度

11、，它像raid 0 一樣以并行的方式來存放數據，但速度沒有raid 0快。校驗碼在寫入數據時產生并保存在另一個磁盤上。需要實現時用戶必須要有三個以上的驅動器，寫入速率與讀 出速率都很高，因為校驗位比較少，因此計算時間相對而言比較少。用軟 件實現raid控制將是十分困難的，控制器的實現也不是很容易。它主要用于圖形（包括動畫）等要求吞吐率比較高的場合。不同于raid 2 , raid3使用單塊磁盤存放奇偶校驗信息。如果一塊磁盤失效，奇偶盤及其他數據盤可以重新產生數據。如果奇偶盤失效，則不影響數據使用。 raid 3對于大量的連續數據可提供很好的傳輸率，但對于隨機數據，奇偶盤會成 為寫操作的瓶頸。利

12、用單獨的校驗盤來保護數據雖然沒有鏡像的安全性高，但是硬盤利用率得到了很大的提高，為n-1。raid4:帶奇偶校驗碼的獨立磁盤結構raid 4raid4和raid3很象，不同的是，它對數據的訪問是按數據塊進行的，也就是按磁盤進行的，每次是一個盤。在圖上可以這么看，raid3是一次一橫條，而 raid4 一次一豎條。它的特點的 raid3也挺象，不過在失敗恢復時，它的難度可要比 raid3大得多了，控制器的設計難度也要大許多， 而且訪問數據的效率不怎么好。raid5:分布式奇偶校驗的獨立磁盤結構raid5從它的示意圖上可以看到，它的奇偶校驗碼存在于所有磁盤上，其中的p0代表第0帶區的奇偶校驗俏，其

13、它的意思也相同。raid5的讀出效率很高， 寫入效率一般，塊式的集體訪問效率不錯。因為奇偶校驗碼在不同的磁盤 上，所以提高了可靠性，允許單個磁盤出錯。raid 5也是以數據的校驗位來保證數據的安全，但它不是以單獨硬盤來存放數據的校驗位，而是將數 據段的校驗位交互存放于各個硬盤上。這樣，任何一個硬盤損壞，都可以 根據其它硬盤上的校驗位來重建損壞的數據。硬盤的利用率為n-1。但是它對數據傳輸的并行性解決不好，而且控制器的設計也相當困難。raid 3與raid 5相比，重要的區別在于raid 3每進行一次數據傳輸，需涉及到所有的陣列盤。而對于raid 5來說，大部分數據傳輸只對一塊磁盤操作，可進行并

14、行操作。在raid 5中有 寫損失”，即每一次寫操作，將產生四個實際的讀/寫操作，其中兩次讀舊的數據及奇偶信息，兩次寫新的數據及 奇偶信息。raid-5的話，優點是提供了冗余性（支持一塊盤掉線后仍然正常運行），磁盤空間利用率較高 （n-1/n ），讀寫速度較快（n-1倍）。raid5 最大的好處是在一塊盤掉線的情況下，raid照常工作，相對于 raid0必須每一塊盤都正常才可以正常工作的狀況容錯性能好多了。因此raid5是raid級別中最常見的一個類型。raid5校驗位即p位是通過其它條帶數據做異或（xor）求得的。計算公式為 p=d0xord1xord2xordn ,其中p代 表校驗塊，dn

15、代表相應的數據塊，xor是數學運算符號異或。raid6:兩種存儲的奇偶校驗碼的磁盤結構raid tiraid6名字很長，但是如果看到圖，大家立刻會明白是為什么，請注意 p0代表第 0帶區的奇偶校驗俏，而pa代表數據塊 a的奇偶校驗俏。它是對 raid5的擴展，主要是用于要求數據絕對不能出錯的場合。當然了，由于引入了 第二種奇偶校驗俏，所以需要n+2個磁盤，同時對控制器的設計變得十分復雜，寫入速度也不好，用于計算奇偶校驗值和驗證數據正確性所花費的 時間比較多，造成了不必須的負載。 我想除了軍隊沒有人用得起這種東西。 raid7:優化的高速數據傳送磁盤結構raid7所有的i/o傳送均是同步進行的，

16、 可以分別控制，這樣提高了 系統的并行性，提高系統訪問數據的速度；每個磁盤都帶有高速緩沖存儲 器，實時操作系統可以使用任何實時操作芯片，達到不同實時系統的需要。允許使用snmp協議進行管理和監視，可以對校驗區指定獨立的傳送信道 以提高效率。可以連接多臺主機，因為加入高速緩沖存儲器，當多用戶訪 問系統時，訪問時間幾乎接近于00由于采用并行結構，因此數據訪問效率大大提高。需要注意的是它引入了一個高速緩沖存儲器，這有利有弊， 因為一旦系統斷電，在高速緩沖存儲器內的數據就會全部丟失，因此需要 和ups一起工作。當然了，這么快的東西，價格也非常昂貴。raid10:高可靠性與高效磁盤結構這種結構無非是一個

17、帶區結構加一個鏡象結構，因為兩種結構各有優 缺點，因此可以相互補充，達到既高效又高速還可以互為鏡像的目的。大 家可以結合兩種結構的優點和缺點來理解這種新結構。這種新結構的價格 高，可擴充性不好。主要用于容量不大，但要求速度和差錯控制的數據庫 中。raid 50 :被稱為分布奇偶位陣列條帶同raid 30相仿的，它具有 raid 5和raid 0的共同特性。它由兩 組raid 5磁盤組成（每組最少 3個），每一組都使用了分布式奇偶位，而 兩組硬盤再組建成 raid 0 ,實驗跨磁盤抽取數據。raid 50提供可靠的數據存儲和優秀的整體性能，并支持更大的卷尺寸。即使兩個物理磁盤發生 故障（每個陣列

18、中一個），數據也可以順利恢復過來。raid 50最少需要6個驅動器，它最適合需要高可靠性存儲、高讀取 速度、高數據傳輸性能的應用。這些應用包括事務處理和有許多用戶存取 小文件的辦公應用程序。raid 53:稱為高效數據傳送磁盤結構結構的實施同level 0數據條陣列，其中，每一段都是一個 raid 3陣 列。它的冗余與容錯能力同 raid 3。這對需要具有高數據傳輸率的 raid 3配置的系統有益，但是它價格昂貴、效率偏低。raid 1.5:是一個新生的磁盤陣列方式，它具有 raid 0+1的特性，而不 同的是，它的實現只需要 2個硬盤。從表面上來看，組建 raid 1.5后的磁盤，兩個都具有

19、相同的數據。當然, raid 1.5也是一種不能完全利用磁盤空間的磁盤陣列模式，因此，兩個 80gb的硬盤在組建 raid 1.5后，和raid 1是一樣的，即只有 80gb的 實際使用空間，另外 80gb是它的備份數據。如果把兩個硬盤分開，分別 把他們運行在原系統，也是暢通無阻的。但通過實際應用，我們發現如果 兩個硬盤在分開運行后，其數據的輕微改變都會引起再次重組后的磁盤陣 列，沒法實現完全的數據恢復，而是以數據較少的磁盤為準。3. 4、拓撲結構圖各種服務器、終端、交換機、及磁盤陣列，構企事業拓撲圖:四、方案介紹磁盤陣列是采用一組獨立磁盤按不同方式組合起來形成一個硬盤組，從而 提供比單個硬盤

20、更高的存儲性能和提供數據冗余的容錯技術。常用的幾種raid技術特點比較:raid 分類硬盤數量容錯利用率效率特點radi-0 （帶區卷）2個或以上x100%工作效率高數據以64k為單位平均寫入每個硬盤radi-1（鏡像卷）2個v50%寫入慢讀取快同一數據同時寫入不同硬盤及備份radi-5 （帶奇偶效驗的帶區卷）3-32 個v(n-1)/n寫入一般讀取效率高用1/n的磁盤保存奇偶效驗，當磁盤損壞利用剩下的數據和相應的奇偶效驗信息回復損壞的數據根據實際情況，設計如下方案:軟、硬raid的實施說明:1、根據raid的分類可分為軟 raid和硬raid硬raid是使用raid控制器組建raid ,軟raid是直接用程序創建 raid2.磁盤陣列與服務器直接相連的存儲方式,使得數據更快的存儲。3.對 raid 進行創建 raid。、raidl、raid5五、設備選型在此設備選項型，依循保證性能穩定質量可靠可擴展性，并