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大致讨论RAID 7系统

watchstor.com  佚名丨2010-01-15 18:00 标签:FC SAN RAID 

RAID 7系统经过长时间的发展,很多用户都很了解RAID 7系统了,这里我发表一下个人理解,和大家讨论讨论基于RAID标准的磁盘阵列,之所以具有性能可靠和容量极大的技术优势,其主要原因是由于:首先,RAID控制器通过并行数据读写克服了磁盘机电设计的限制,可大大提高存取速度。

RAID可以同时操作多张磁盘的读写,如四张磁盘组成的阵列的读写速度几乎是单张磁盘的四倍。所以,RAID的高速读写能力既可用来完成象高速的实时图像编辑,也可用于大量数据的高速存储备份;其次,RAID系统提供了大容量的数据存储,而且多张磁盘上的数据对于主机来说是随时可用的。复杂的RAID系统甚至允许用户通过控制器所发出的数据途径来组成多盘菊链,使得高性能的RAID控制器可同时进行多达90多张盘片的寻址操作;最后,RAID系统运用了奇偶校验技术,极大地提高了数据的可靠性。因为当RAID控制器在磁盘上写数据时,RAID系统会记录相应的奇偶位冗余数据,若该磁盘失效,该奇偶信息可使RAID控制器在不降低性能的情况下,重新计算丢失的信息。下面我们来总结一下RAID标准的意义。

标准RAID:如前所述,传统RAID标准一般分为七级,其区别主要是阵列中的磁盘数与数据写入磁盘方式不同,但广泛应用的标准只有RAID 0、1、5和0+1四种,下面我们就来介绍这四种标准的意义。

符合RAID 0标准磁盘阵列的基本特点是数据传输率高和安全性低。由于该标准阵列只能操作两块硬盘,并采用了将数据流分割成大小相同的数据条块(条块标准:容量一般为64KB,也可以调整为8KB或256KB),然后平均分配给两块硬盘,同时完成数据传输,其数据传输率基本上为两块硬盘传输率之和。虽然这种采用条块化存储数据的方法的传输数据率最快,效率最高,但因没有冗余,是以牺牲RAID的安全性为代价换到的极限性能,因此数据存储可靠性脆弱,一旦阵列中某块硬盘出现故障,整个系统也将随之瘫痪。

符合RAID 1标准磁盘阵列的基本标准是数据传输率低和安全性高,恰好与RAID 0标准相反。符合该标准的磁盘阵列也只能操作两块硬盘,由于它使用了磁盘镜像,提供了冗余容错机制,使得阵列在每次写或更换数据时,同样的操作可发生在另一张磁盘上,即每次操作都能把写往主盘的数据同步地写到镜像盘上,一旦某磁盘失效另一张磁盘将马上接手工作。

但这种工作方式使得镜像和冗余的成本较高,将浪费一半的磁盘空间,而且也影响了阵列的数据读写速度。虽然RAID 1还可以在读取数据时,保证同步在两个磁盘上搜索,并且能把先找到的数据传输回来,从而可改善阵列系统的调用效率,但因消耗主机CPU资源,几乎没有提高阵列系统的整体性能。所以RAID 1阵列只对紧要任务数据存储才有意义。

符合RAID 0+1标准的磁盘阵列,实际上已考虑了上述两类标准的因素,吸收了上述两种标准的优点,即在RAID 0标准上把写往两个硬盘的数据同时做两个镜像,既保证了数据传输的高速率,又保证了系统数据的高安全性,但需提供4块硬盘,所以成本也要大大高出前两者。

符合RAID 3标准的磁盘阵列包括数据分割,另外,它还指定一个驱动器来存储奇偶信息。这就提供了某种容错功能,在数据密集型环境或单一用户环境中尤其有益于访问较长的连续记录。RAID 3需要同步主轴驱动器来预防较短记录的性能下降。

符合RAID 5标准的磁盘阵列,采用了奇偶校验和并行传送技术,虽然没有使用专用驱动器,但将校验位按要求写到了阵列中的某一台驱动器上,将数据和奇偶信息分布在阵列中的全部磁盘上,同样也避免了专用奇偶磁盘的需要。RAID 5标准的读写操作可同时进行,并使用了Exclusive-OR算法来计算奇偶信息。

在RAID 5分布式奇偶校验块的例子中,磁盘3中的奇偶校验块是磁盘1、2、4和5上的数据的备份数据映像;磁盘2中的奇偶校验块是磁盘1、3、4和5上的数据的备份数据映像;磁盘1中的奇偶校验块是磁盘2、3、4和5上的数据的备份数据映像……依此类推。如果一块磁盘出现问题,控制器可以利用奇偶校验块来重建数据。

奇偶校验块可以降低RAID 3和5数据存储的开销。例如RAID 5用一块磁盘来为4块磁盘提供数据冗余,那就意味着用5块磁盘来存储4块磁盘容量的数据并为那些数据提供完全备份。

软硬件RAID:RAID还有基于软件的RAID和基于硬件的RAID,两者在性能方面有较大区别,且能在不同领域各领风骚。其中,基于软件的RAID只能利用主机CPU和存储器来实现磁盘阵列的存储备份,根据操作系统又可分为基于Novell平台、Windows NT平台和Unix平台的软件RAID,软件RAID存储备份级别较低,由于高速缓冲存储器可以使得简单的分段和镜像完成得更快,可大大提高读写速度,因而任务较少时有明显优势。尤其是各类新版操作系统、容错软件和群集技术的普遍应用,又使得软件RAID在性能和功能方面到了充分的发挥。

基于硬件的RAID因为拥有自己独立的CPU和存储器,完全可以自己计算奇偶信息并完成文件定位,提高数据并行传输速度。硬件RAID又可分为内置插卡式和外置机柜式RAID,内置插卡式RAID也依赖主机的操作系统,要求有专门的驱动器连接和设置RAID控制器,其优势在于速度,因为内置式系统无需通过SCSI适配器,当然内置式价格便宜,但内置式系统大部分没有扩充插件板,容量大小固定不变。另外,因在一个时间段内只有一台主机可和内置系统通信,很难进行双机容错备份;外置机柜式RAID可以独立计算,不仅可以灵活地增加驱动器,提高RAID存储备份容量,还能简单地实现双机容错热备份。所以,内置式RAID系统主要应用于PC服务器或成为其选件,或成为其标准配置,外置式RAID系统则主要用于双机容错系统中的大容量高可靠系统中。

新标准RAID 7:还有一种磁盘阵列新标准RAID 7。其实,RAID 7不仅仅是一种技术,还是一种存储计算机(Storage Computer)。因为它与RAID 0、1、5标准有明显区别,RAID 7自身带有智能化实时操作系统和用于存储管理的软件工具,可完全独立于主机运行,不占用主机CPU资源。RAID 7不仅具有更高的性能和卓越的存储管理能力,而且集普通RAID标准的所有优点于一身,因而RAID 7系统整体性能极佳。

RAID 7存储计算机操作系统(Storage Computer Operating System)是一套实时事件驱动操作系统,主要用来进行系统初始化和安排RAID 7磁盘阵列的所有数据传输,并把它们转换到相应的物理存储驱动器上。通过自身系统中的阵列电脑板来设定和控制读写速度,存储计算机操作系统可使主机I/O 传递性能达到最佳。如果一个磁盘出现故障,还可自动执行恢复操作,并可管理备份磁盘的重建过程。

RAID 7突破了以往RAID标准的技术架构,采用了非同步访问,极大地减轻了数据写瓶颈,提高了I/O速度。所谓非同步访问,即RAID 7的每个I/O界面都有一条专用的高速通道,作为数据或控制信息的流通路径,因此可独立地控制自身系统中每个磁盘的数据存取。如果RAID 7有N个磁盘,那么除去一个校验盘(用作冗余计算)外,可同时处理N-1个主机系统随机发出的读/写指令,从而显著地改善了I/O应用。RAID 7系统内置实时操作系统还可自动对主机发送过来的读/写指令进行优化处理,以智能化方式将可能被读取的数据预先读入快速缓存中,从而大大减少了磁头的转动次数,提高了I/O速度。RAID 7可帮助用户有效地管理日益庞大的数据存储系统,并使系统的运行效率提高至少一倍以上,满足了各类用户的不同需求。

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