《存储子系统RAID》PPT课件

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1、上一讲要点数据存储要解决的两类基本问题：物理错误，逻辑错误两种解决方法：镜像：它不仅提供了冗余，也提供了性能的改善快照：使近几年发展较快的技术，适合恢复逻辑错误高速缓存技术缓存读算法（LRU算法，预先读算法）缓存写算法（透写算法，回写算法）多级缓存算法的复合应用第四讲存储子系统-RAID(1)什么是RAID？RAID如何提高磁盘的访问速度？RAID如何提高磁盘的和容错能力？RAID的标准是什么？如何选择适合的RAID？RAID:RedundantArrayofIndependentDisksJBOD：Ju

2、staBunchOfDisksRAID研究开始于80年代，它是伯克利分校的一个研究项目。内嵌CPU的磁盘子系统通常称为RAID系统，它具有设备虚拟化的能力，使许多内部的磁盘驱动器看上去就像一台更大的虚拟设备。缺乏这种能力的磁盘子系统称为JBOD。RAID子系统应包含微处理器、分离电源、冷却系统、存储和网络管理、即插即用封装等。图4-1RAID磁盘系统和JBOD磁盘子系统主机系统磁盘磁盘磁盘主机系统磁盘磁盘磁盘主机RAID软件带有RAID能力的主机I/O控制器带有RAID能力的卷管理器JBOD：每个磁盘由主

3、机内的RAID单独寻址RAID子系统：单个的虚拟设备子系统RAID控制器或RAID的优势：容量和管理上的优势性能上的优势可靠性和可用性优势图4-2由许多磁盘驱动器构成的RAID子系统系统设备驱动程序主机I/O总线主机I/O控制器存储总线设备由许多磁盘驱动器组成的RAID子系统RAID子系统是一个由多个更小设备组成的复合设备RAID的容量和可管理性：设备虚拟化；单一地址管多个设备图4-3RAID的原始容量和可用容量+++++++++=所有磁盘的总容量所有容量=可用容量原始容量-RAID额外开销RAID额外开

4、销可用容量原始容量与可用容量：可用容量总小于成员磁盘的总容量图4-4虚拟方法和手工方法的比较根1个虚拟驱动器1个文件系统10个驱动器10个文件系统根管理优势：虚拟、单一的文件系统RAID的性能RAID除了提供数据的高可靠性之外，一般还具有超过单个磁盘和镜像磁盘的性能磁盘分条：通过将操作分散到各个不同的磁盘驱动器，使主机I/O控制器能够处理更多的操作。RAID中所使用的两种基本分条方法：并行访问阵列独立访问阵列图4-5写数据到连锁访问的分条阵列①④③②T=0T=1T=2T=3T=4驱动器1缓冲接受驱动器1写

5、数据驱动器2写数据驱动器3写数据驱动器4写数据驱动器2等就绪驱动器2缓冲接受驱动器3缓冲接受驱动器4缓冲接受驱动器1缓冲接受1．连锁（并行）访问阵列（通过分条提高性能）同步成员磁盘驱动器中的转动介质，使得单个的I/O请求在每个成员驱动器上执行相等、短时的操作。该方式，每个I/O请求都发往多个成员磁盘。它要求阵列中的驱动器必须精确工作（转动、读写速度等），成本相对昂贵。并行访问阵列的应用多媒体：音频、视频数据；电影、图形、动画；数据仓库CAD并行访问分块阵列适用于长时间、顺序访问数据，如：评价：在I/O事物

6、处理量很高的环境下，由于阵列每次只处理单一的I/O操作，因而总的效果不够好。虽然并行访问可能加快单个事物处理的速度，但操作不能重叠。再由于各磁盘转动和磁盘臂的延迟，所以并行访问阵列可能比单个磁盘更慢。图4-6独立访问的磁盘驱动器阵列存储总线RAID控制器独立访问的磁盘驱动器阵列I/O操作I/O操作磁盘驱动器２．独立访问分条阵列每一个驱动器由单独的主机I/O控制器操作，按照所建立的虚拟设备映射，I/O操作可分散到各驱动器上执行。评价：适用于事物处理应用。它可将多个I/O发送到多个驱动器，支持重叠I/O操作。

7、效率远高于单磁盘。适用于：事物处理、ERP系统、Internet服务、多用户服务器应用、多小文件的文件服务器。RAID的可靠性和可用性通过冗余提高数据可靠性镜像冗余校验冗余（无冗余，磁盘故障与磁盘个数成正比）电源保护热备用和热交换内部I/O路径RAID提供比单个驱动器更高的可靠性1．校验冗余：通过计算阵列中成员磁盘上的校验值，并将它存在另外的磁盘上，以实现校验冗余（常用XOR校验）。2．校验恢复（重建）：当RAID阵列中的一个成员磁盘失败时，对剩余磁盘上的数据进行校验操作的逆操作（XOR），恢复失败磁盘上

8、的数据。当一个成员磁盘失败时，主机发出数据请求，阵列控制器将其余成员磁盘的数据与校验数据读出，用XOR操作计算出丢失的数据。然后将恢复的数据发送到主机，完成I/O请求。图4-7使用XOR功能建立校验数据和恢复丢失的数据数据磁盘失败磁盘校验磁盘XORXOR①②使用XOR功能在校验磁盘上建立校验数据XOR功能使用校验数据恢复失败磁盘图4-8使用校验恢复在置换磁盘上重建数据数据磁盘置换磁盘校验磁盘XOR①②使用校验恢复在置换磁盘上重