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磁盤陣列技術--硬盤分段和數據冗余

   硬盤分段改善了硬盤子系統的性能,因為向硬盤讀寫數據的速度與硬盤子系統中硬盤數目成正比地增加,但它的缺點是硬盤子系統中任一硬盤的故障都會導致整個計算器系統失敗。整個分段的硬盤子系統部能作鏡像,如果已經用了4個硬盤進行分段,我們可以再增加4個分段的硬盤作為原來4個硬盤的鏡像。很明顯這是昂貴的(雖然可能比鏡像一個昂貴的大硬盤來得便宜)?梢圆挥苗R像而用其它數據冗余的方法來提供高容錯性能?梢赃x擇一神奇偶碼模式來實現上述方法,可以外加一個專作奇偶校驗用的硬盤(如在RAID 3中),或者可把奇偶校驗數據分散分布在磁盤陣列的全部硬盤中。分布式奇偶校驗數據(RAID 5)的例子示于圖5中。
              
   不管用何種級別的RAID,磁盤陣列總是用異或(XOR)操作來產生奇偶數據,當子系統中有一個硬盤發生故障時,也是用異或操作重建數據。下列簡單分析了XOR是怎樣工作的。
   硬盤 A B C 奇偶盤 (A, B, C 異或的結果)
   數據 1 0 1 0
   首先記住在XOR操作中,2個數異或的結果是真(即"1")時,這二個數中有且一個數為1(另一個為0)。我們假設A, B, C中B盤故障,此時可將A, C和奇偶數據XOR起來,得到B盤失去的數據0;同樣如C盤故障,我們可將A, B盤和奇偶盤的數據XOR,得到C盤原先的數據1。
   如果推廣到7個盤的硬盤子系統:
   硬盤 A B C D E F 奇偶位
   數據 0 0 0 1 0 1 0
   如果丟失B盤數據,我們可以XOR A, C, D, E, F和奇偶位來得到失去的B盤數據0。而XOR A, B, C, D, E, F和奇偶位可恢復D盤的數據1。
   采用專用的奇偶校驗盤(如上所述,即RAID 3),當同時產生多個寫操作時,每次操作都要對奇偶盤進行寫入。這將產生I/O瓶頸效應。
   RAID 5把奇偶位信息分散分布在硬盤子系統的所有硬盤上(而不是使用專用的校驗盤0,這就改善了上述RAID 3中的奇偶盤瓶頸效應。圖5說明了RAID 5的一種配置,圖中奇偶信息散布在子系統的每個硬盤上。利用每個硬盤的一部分來組成校驗盤,寫入硬盤的奇偶位信息將較均勻地分布在所有硬盤上。所以某個用戶可能把它的一個數據段寫在硬盤A,而將奇偶信息寫在硬盤B,第二個用戶可能把數據寫在硬盤C,而奇偶信息寫在硬盤D。從這里也可看出RAID 5的性能會得到提高。
   這種方法將提高硬盤子系統的事務處理速度。所謂事務處理,是指處理從許多不同用戶來的多個硬盤I/O操作,由于可能同時有很多用戶與硬盤打交道,迅速向硬盤寫入數據,有時幾乎是同時進行的,這種情況下,用分布式奇偶盤的方式比起用專用奇偶盤,瓶頸效應發生的可能性要小。
   對硬盤操作來說,RAID 5的寫性能比不上直接硬盤分段(指沒有校驗信息的RAID 0)。因為產生或存儲奇偶碼需要一些額外操作。例如,在修改一個硬盤上的數據時,其它盤上對應段的數據(即使是無關的數據)也要讀入主機,以便產生必要的奇偶信息。奇偶段產生后(這要花一些時間),我們要將更新的數據段和奇偶段寫入硬盤,這通常稱為讀-修改-寫策略。因此,雖然RAID 5比RAID 0優越,但就寫性能來說,RAID 5不如RAID 0。
   鏡像技術(RAID 1)和數據奇偶位分段(RAID 5)用于上述的硬盤子系統中時,都產生冗余信息。但在RAID 1中,所有數據都被復制到第二個相同的硬盤上。在RAID 5,數據的XOR碼而不是數據本身被復制,因此可以用數據的非常緊湊的表現方式,來恢復由于某一硬盤故障而丟失的數據。
   采用RAID 5時,對于5個硬盤的數組,有大約20%的硬盤空間用于存放奇偶碼,而十個硬盤的數組只有約10%的空間存放奇偶碼。在可用空間總的格式化空間的意義上來說,硬盤系統中的硬盤越多該系統就越省錢。
   總之,RAID 5把硬盤分段和奇偶冗余技術的優點結合在一起,這樣的硬盤子系統特別適合于事務處理環境,例如民航售票處,汽車出租站,銷售系統的終端,等等。在某些場合,可優先考慮RAID 1(在那些寫數據比讀數據更頻繁的情況)。但許多情況,RAID 5提供了將高性能,低價格和數據安全性綜合在一起的解決辦法。

RAID Level 10


RAID Level 30


RAID Level 50

 

 
 

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