第4讲存储子系统-RAID.ppt

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 : Redundant Array of Independent Disks JBOD：Just a Bunch Of Disks RAID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。 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 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 热交换和热备用 组织RAID阵列中的数据:分区、分块和分条 阵列管理软件（磁盘本身不成阵列，而是对它们进一步划分后组成逻辑上的阵列） 1．作用（三种功能） 　　 · 管理和控制磁盘阵列集合； 　　 · 传送I/O操作进/出被划分的磁盘； · 为了数据冗于计算校验值，使用校验值恢复校验数据。 2．使用分区划分磁盘 3．使用虚拟驱动器统一地址 4．从虚拟驱动器到成员驱动器I/O操作传送 5．划分分区：从分区到分块 6．组合分块成分条 7．分块和分条的数据写入顺序 使用分区划分磁盘 校验分块数据 使用XOR函数建立校验数据 XOR函数在逐位基础上对实际数据进行操作，建立校验数据。（在并行（连锁）访问RAID和独立访问RAID上建立校验数据的方法是不同的） 1．校验计算 RAID校验数据的计算多使用布尔XOR函数。XOR函数可用于多位的组合运算，并与位的操作顺序无关。 2．XOR的逆操作也是XOR 例：1 XOR 1 = 0 ；其逆操作：0 XOR 1 = 1； 0 XOR 1 = 1 ；其逆操作：1 XOR 1 = 0； 独立访问RAID的校验 3．并行访问阵列中的简约模式操作 “简约”用在RAID环境下是指：当一个磁盘失败后，磁盘子系统将在少一个坏盘情况下继续正常工作。 若失败的是数据磁盘，对于读操作，阵列将恢复由失败磁盘引起的丢失数据；对于写操作，除了数据不被写到失败的磁盘，并将更新校验数据写到校验磁盘外，简约环境下的写操作与常规的写操作相同。这样，即使数据实际并没有写到失败磁盘上，失败磁盘上的数据也能恢复。当一个替代磁盘安装后，校验恢复操作将为新的磁盘重建数据。 根据分条原则，一些阵列类型将校验数据发送到阵列中的多个磁盘。在这种情况下，简约模式阵列的表现取决于所访问的分条，假如分条中失去了一个数据磁盘，那么，在简约操作期间，必须恢复数据并正确地写数据。假如分条失去了校验磁盘，那么在执行操作的时候，不需要做任何校验操作或额外开销。 图4-22 校验磁盘失败的子系统性能 数据磁盘 数据磁盘 数据磁盘 校验磁盘 当校验磁盘失败时无须XOR功能 RAID控制器 RAID子系统 并行访问RAID的校验 在并行访问RAID中，写操作将数据分条，写入磁盘阵列中。同时也计算校验数据，并将它写入一个附加的同步校验磁盘。校验磁盘与阵列中的数据磁盘分区和分条大小相同。 同样，由于数据磁盘失败而需要信息恢复时，从同步磁盘中读出分条数据（包括校验磁盘），对数据进行XOR操作，由此重建失败磁盘的数据。 独立访问RAID的情况稍复杂，数据并不分块写入几个转动速度相同的同步磁盘，而是写入单个分区中的分块，然后再写入下一个分区。 1．独立访问阵列的写额外开销 在计算新数据的校验值时，需要从阵列磁盘中读出存在的数据。为了写新的数据并计算其校验值所需执行的读和计算操作，称为RAID写的额外开销。 在更新某一个磁盘的数据时，并不读出阵列中所有其它磁盘对应位置的数据来计算新的校验值，仅需读出原校验数据和需要更新的