1、RAID技術郭 云第1頁，共31頁。 什么是 RAID？ RAID： Redundant Arrays of Inexpensive（Independent） Disks廉價（獨立）磁盤冗余陣列技術，是磁盤陣列所使用的主要技術。可將硬盤根據可靠性和性能要求的不同分成若干級別。 RAID 0，0+1，1，3，5，6 RAID 10，30，50，60第2頁，共31頁。 奇偶校驗 parity 技術 parity是應用于RAID中的另一種冗余技術 比如你的一個數據單位有x位數字，那么你可以使用這x位數字產生一個奇偶校驗位，并且把這個奇偶校驗位作為這個數據單位的第x1位，如果這x1位中的任何一個丟失，

2、剩下的x位仍能修復這個數據。 第3頁，共31頁。 奇偶校驗 parity 技術 一般的這個額外的奇偶校驗數據由異或邏輯運算(XOR, eXclusive OR )產生。如果你對異或邏輯運算不清楚。下表講讓你明白： 很簡單“真”“真”異或的結果是真,“假”“假”異或的結果也是真，“真”“假”異或結果是“假”,這里的“真”“假”分別等同于二進制的0、1。 例如 10101010 xor 11111111 = 01010101 11111111 xor 01010101 = 10101010 10101010 xor 01010101 = 11111111 第4頁，共31頁。 延展（striping

3、）技術 striping技術通過把數據分布到磁盤陣列的所有驅動器上以提高性能而延展技術的主要原理是并行處理。Striping 寫是將一個完整的數據文件分成若干塊依次同時寫入不同的硬盤，即增加了可靠性又充分利用了各個硬盤的讀寫能力將速度發揮到最大。Striping 讀單塊硬盤上有個非常大的文件，讀時只能從頭到尾的讀取。而striping技術在讀取的時候是從多個硬盤里同時讀取。 硬盤越多，性能提高越明顯。第5頁，共31頁。RAID 0 技術：RAID-0只用到Data Striping，就是把數據分散成以 sector為單位寫入磁盤內。優點：由于陣列中的硬盤在同一時間共同分擔每筆數據的寫入及讀取操

4、作，所以RAID-0執行效率遠超過一個硬盤或其它RAID形式。缺點：RAID-0沒有容錯功能(Fault-Tolerance)，也就是說當陣列中的任一個硬盤故障，整個陣列也因數據的不完整而造成資料損毀。應用：以 RAID-0 的執行效率來看較適用于順序且大數據量的連續存儲環境，并對安全性要求低的環境。容量: RAID-0 磁盤陣列有效之數據容量為 N x 單塊硬盤容量 ( N：硬盤數 ) 第6頁，共31頁。RAID 1 技術：就是大家熟悉的“Disk Mirroring”，使用兩塊相同容量的硬盤，系統一次寫入2份相同的數據到這兩個硬盤內，而系統可使用的只是一個硬盤的容量( RAID 1 基本上

5、並沒有用到“Data Striping”的技術) 。優點： RAID 1 提供了相當好的效率，因為 mirrored 的兩個硬盤數據皆相同，系統可以有效率的選擇從哪一個硬盤來讀取數據會比較快，另一方面，容錯 (Fault-Tolerance) 功能也是相當重要的原因，由于兩個硬盤數據相同，故當其中一個硬盤損毀，另一個可以繼續接著工作。缺點：需要比需求容量多一倍的硬盤，費用較高。容量: RAID1 磁盤陣列有效的數據容量為 (N / 2) x 單塊硬盤容量 (N：硬盤數)第7頁，共31頁。RAID 3技術：RAID-3 運用了與RAID-0相同的技術，最大的差別是它多了一塊硬盤來儲存Parity

6、的資料，目地是為了系統的容錯功能( Fault-Tolerance )。一樣是分成條帶（Stripe ）存入數據陣列中 ，RAID-3會把這些片段數據以 XOR 的邏輯運算方式計算出一個值-Parity Data，然后再將此Parity值儲存到專屬的Parity硬盤內，其最主要的作用就在于當磁盤陣列中的某一個硬盤出了問題，系統仍可依照Parity的計算模式繼續工作。優點：適用在順序且大數據量的連續存儲，以及Single-User的環境上，如 CAD/CAM系統，Image Processing，Audio/Video Data . 等，通過 “ Data Striping ”，在轉速相同的硬盤

7、陣列中可以達到相當好的效率。缺點：因為每次的 I/O 讀取動作都必須由每一個硬盤在同一時間來處理，所以以效率來看並不適用于 Multi-I/O，Multi-Users的環境中。容量: RAID 3 磁盤陣列有效的數據容量為 (N - 1) x 單塊硬盤的容量 (N：硬盤數) 第8頁，共31頁。RAID 3第9頁，共31頁。RAID 5技術：與RAID-3相同，關鍵之處是把條帶改成了“塊”。并將Parity分散于所有RAID結構的硬盤中，不需要專門的 Parity硬盤，每個硬盤都記錄著其它陣列中硬盤的 Parity數據，若當陣列中某一個硬盤損壞時，便很容易地可由其它硬盤來修復重建數據以達到系統容

8、錯能力?？稍谕粫r間內執行多個 I/O 動作，提高了整體 Read / Write 的效率，也正好符合Multi-I/O，Multi-User 的環境。寫入時把條帶改成了數據塊.優點：RAID-5的技術可以說是綜合了以上所有不同RAID技術的優點。是在磁盤陣列技術上相當具有潛力的架構，越來越多的使用者將他們的網絡主機或數據庫系統架構在 RAID-5 的基礎上，因為它將是儲存技術的主流。 容量: RAID 5 磁盤陣列有效的數據容量為 (N - 1) x 單塊硬盤容量 (N：硬盤數) 第10頁，共31頁。RAID 5第11頁，共31頁。RAID 5第12頁，共31頁。RAID 5第13頁，共31

9、頁。RAID 6 技術RAID 6Minimum Disks Required4CapacityN-2RedundancyYesWithstands two drive failures, or one disk failure and bad blocks on another drive承受兩個驅動器故障，如果一個磁盤故障和壞塊在另一個驅動器 RAID 6第14頁，共31頁。RAID 10 / 30技術：RAID 10、30技術相當于RAID 1或3加RAID 0組合而成，數據寫入前先做RAID 1或RAID 3，再藉由 “Data Striping”技術，通過RAID 0將邏輯磁盤組合成

10、一個大容量之邏輯磁盤，達到更高數據容錯保護機制，即為RAID 10或RAID 30。第15頁，共31頁。RAID 50技術：RAID 50就是以RAID 0技術將兩個(含)以上相同容量之RAID 5邏輯磁盤組合成另一個大容量之邏輯磁盤，當數據要寫入時，會先將數據做RAID 0 “Data Striping”分散在各個RAID 5邏輯磁盤，再由各個RAID 5邏輯磁盤依其技術特性寫入實體硬盤內。優點：此種技術可以整合多個邏輯磁盤獲得更大容量的磁盤空間，亦可得到更高的數據安全機制。 缺點：必須花費較高的成本(每一個RAID 5邏輯磁盤所能使用的磁盤空間為 N 1)。 第16頁，共31頁。NRAID

11、技術：NRAID即Non-RAID。此技術只是將所有硬盤虛擬成一個大容量邏輯磁盤機(容量等于所有硬盤空間總和)，且不具備RAID或 “Data Striping”特性，因此也無法達到容錯及提高效率等功能。 第17頁，共31頁。目錄Raid卡主流廠商及技術介紹Raid出現故障后的解決辦法Raid陣列異常預警方式第18頁，共31頁。Raid卡廠商長期以來，RAID卡市場一直是LSI、Adaptec、Highpoint、Promise等廠商的專區，LSI和Adaptec繼承了在SCSI RAID控制器市場的優勢，隨著SAS時代的到來，在SAS RAID市場同樣統領風騷。Highpoint和Promi

12、se則是以前在IDE RAID市場上占據較明顯的優勢，如今也仍然以SATA RAID市場為主，但同樣有較完備的中低端的SAS RAID產品線。AdaptecAdaptec公司1981年成立，總部位于加州Milpitas市，主要業務是計算機與網絡之間數據傳輸設計制造軟硬件產品。2010年6月PMC收購Adeptac的Raid卡業務，但AdaptecbyPMC 仍然是業內能夠提供最全面存儲解決方案的企業之一，從芯片到內部主機總線適配器，從RAID控制器到外部存儲局域網(SAN)、基于以太網的iSCSI SAN(IP SAN)、網絡連接存儲(NAS)，以及能夠提升存儲功能和價值的軟件。 第19頁，共

13、31頁。Adaptec產品推出的SAS RAID產品主要以產品型號的大小來定位產品，以起始段為準標號越高則定為也就越高。目前Adaptec主要有十幾款SAS RAID產品。如Adaptec RAID 52445、Adaptec RAID 5405、Adaptec RAID 5085、Adaptec RAID 2405、Adaptec RAID 2045、SAS-3160531205308538053405等。其中2系列(如2405)為入門級，專為提供頂級經濟有效型解決方案而設計，其中5805屬中高端產品，52445為首款超高端口數量控制卡，其靈活性之強可完全按商業需求個性配置Adaptec 5

14、805 這款5805控制卡是Adaptec在08年三月份引入的5系SAS/SATA Raid卡，Adaptec 5805裝備了IOP 348處理器，主頻是1.2GHz Dual Core RAID on Chip (ROC), 接口也全面使用了PCI-E x8來增加帶寬, 達到每秒超過250,000的IO和1.2GB/s的傳輸速度，同時提供RAID0、1、1E、5、5EE、6、10、50、60、JBOD和回寫熱備(Copyback Hot Spare)等眾多RAID功能。 這款Adaptec RAID 5805帶8個內部端口的小尺寸Unified Serial RAID控制卡，性能出眾，擴展能

15、力強，提供高級數據保護功能，是定位于企業級應用的一款SAS接口產品，主要適合在線事務處理(OTLP)、web、數字監控和流媒體應用等應用。Raid卡廠商第20頁，共31頁。Raid卡廠商LSI成立于1981年, 是市場上頂級的存儲和網絡產品供應商，提供領先的存儲和網絡電子產品技術。目前，LSI已經能提供從控制芯片、RAID、擴展器、硬盤控制器到存儲系統等，幾乎所有的SAS生態環境構成元素，并在SCSI商業協會和ANSI T10委員會中持有關鍵席位，對SAS標準的推動，自始至終起著巨大的積極作用。在SAS控制器芯片市場上，LSI占據了領導性地位，提供了從芯片到HBA卡到RAID卡最為豐富的SAS

16、解決方案，同時也是唯一一家擁有完善6Gb/s SAS產品線的RAID卡廠商。此外，2009年，LSI還收購了另外一家以RAID控制器產品見長的廠商3Ware，使LSI的SAS RAID控制器產品空前豐富,3Ware的產品如9690等仍然可以通過LSI得到很好的支持。第21頁，共31頁。產品線 LSI是有能力提供單芯片SAS RAID解決方案的廠商之一，包括3款產品SAS1078 ROC、SAS2008 ROC、SAS2108 ROC。SAS1078 ROC主要針對3Gb/s SAS市場，SAS2008和SAS2108則都針對6Gb/s SAS市場，其中SAS2108是更為主流的6Gb/s SA

17、S RAID芯片，配置上相比SAS2008也更高端一些, 目前浪潮使用LSI的SAS2108、SAS2008也開發出了自己的6G raid卡產品線。LSI SAS 8708ELP是LSI的第二代SAS/SATA RAID產品，專門針對入門級服務器和小型辦公室環境提供低成本然而功能強大的內部RAID解決方案。MegaRAID SAS 8708ELP適配器采用LSISAS1078芯片，強大的I/O存儲引擎，可透明執行所有的數據保護、數據檢驗和恢復任務。半高PCI適配器提供在兩個SFF8087迷你多線連接器上的八個內部3Gb/s串行SCSI端口，256MB DDR II寫緩存和PCI Express

18、主機接口。8708ELP同時支持SAS擴展器和SATA本地命令隊列，RAID 0，1，5，6可擴展到10，50，60等陣列功能。Raid卡廠商第22頁，共31頁。HighPoint(微辰/高端)、Marvel公司和Promise公司(喬鼎信息)同樣是RAID市場上的重要廠商之一，最早都是以IDE RAID卡產品起家，并過渡到SATA和SAS年代。由于從IDE RAID發展而來，因此該公司主要盤踞在RAID市場的中低端，相比LSI和Adaptec來說更加便宜，以突出的性價比在市場上擁有廣泛的占有率。Marvel 推出的VA6800M 、Hipoint推出的2720-2760系列等在將來的6G市場

19、將與LSI和Adaptec一競高下。Raid卡廠商第23頁，共31頁。Raid技術介紹硬件模塊組成IO Processor，IO處理器，提供RAID數據校驗計算、輸入輸出處理等功能。IOC，IO控制器，提供總線通道，用來連接硬盤、存儲設備。主機總線接口，目前主流為PCI-E，有PCI-Ex1,x4,x8等類型接口,總線速率分別為：250MB/s,1GB/s,2GB/s。Battery Backup Unit，電池備份模塊，提供意外掉電下的數據保護。Cache Memory，緩存/內存，提供數據從IOP到硬盤之間的緩沖，提高整體性能，目前主流為：128M、258M和512M，形式上以板載內存顆粒

20、為主。Flash ROM，用來存放Firmware和BIOSNVRAM，用于保存RAID設置信息。NVRAM區別于RAM蜂鳴器，在RAID陣列出現意外掉盤等情況下提供聲音報警，提醒用戶進行維護。第24頁，共31頁。RAID卡結構第25頁，共31頁。Raid卡運作流程IOP作為RAID卡的CPU，通過執行閃存中的Firmware，控制SCSI等raid卡控制器、Cache Memory以及指示報警電路，來實現RAID卡的功能，運作流程如下： 1） 初始化RAID卡寄存器2） 讀取NVRAM中的RAID參數，與硬盤實際信息進行比較，顯示結果3） 發送配置提示、響應 用戶命令進入配置界面4） 提供配置菜單、將用戶提供的RAID卡參數、RAID參數存入NVRAM5） 根據RAID參數，通過SCSI等rai