六章节设备管理DevicesManagement.ppt
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1、第六章 设备管理 Devices Management RAID技术 缓冲技术 设备分配 磁盘阵列RAID技术 把多块硬盘当做一块逻辑硬盘来管理和存取数据以提高磁 盘系统的稳定性和速度,并可提供容错功能 w 1988年提出 w RAID可分成多级( Level ) 数据在各盘中的分布 数据的冗余和校验处理 RAID 控制器 逻辑硬盘 Disk1 Disk2 . What is RAID? w Redundant Array of Inexpensive( Independent) Disks 廉价(独立)磁盘冗余阵列。 w RAID的初衷主要是为大型服务器提供高端的存 储功能和冗余的数据安全。
2、 w SCSI 与 IDE-RAID w RAID也有全软、半软半硬与全硬之分 Which are the various RAID levels and what is their exact meaning? w 尽管各级RAID有不同的实现技术,但有两点相同 : 都使用多个物理磁盘分布存储数据. 按独立于应用程序的方式存储数据(即数据的存储方 式对应用程序是透明的) RAID 0 w Striped Disk Array without Fault Tolerance 没有容错设计的条带磁盘阵列 w 多个硬盘并联在一起。RAID 0在存储数据时由 RAID控制器(硬件或软件)分割成大小相
3、同的 数据条,同时写入阵列中的磁盘。 w flash demo with RAID0 RAID 1 = Mirroring w Mirroring and Duplexing(相互镜像) w 镜像两个硬盘的内容完全一样,内容彼此 备份。写入时,RAID控制器将数据同时写入两 个硬盘。其中任何一个硬盘的数据出现问题, 可以马上从另一个硬盘中进行恢复。 w RAID Level 1 requires a minimum of 2 drives to implement w flash demo with RAID1 RAID0+1 = Stripping + Mirror w RAID Level
4、 0+1 requires a minimum of 4 drives to implement w Very expensive / High overhead w flash demo with RAID 0+1 RAID10 = Mirroring + stripping w This can be found only in hardware RAID w RAID-10 combines RAID 0 and RAID 1 by striping data across multiple drives without parity and it mirrors the entire
5、array to a second set of drives. This process delivers good performance and excellent data protection, but cuts the usable disk space in half. RAID-10 requires a minimum of four same-size drives, and is also the most expensive RAID solution and offers limited scalability. w flash demo with RAID 10 (
6、 1+0) RAID 2 w Hamming Code ECC(汉明码错误检测与修正) w Each bit of data word is written to a data disk drive (4 in this example: 0 to 3). Each data word has its Hamming Code ECC word recorded on the ECC disks. On Read, the ECC code verifies correct data or corrects single disk errors. RAID 2 w 由于汉明码是位为基础进行校验
7、的,那么在RAID2中, 一个硬盘在一个时间只存取一位的信息。所以RAID 2中 的硬盘数量取决于所设定的数据存储宽度。如果是4位 的数据宽度,那么就需要4个数据硬盘和3个汉明码校验 硬盘,如果是64位的位宽呢,数据阵列需要64块硬盘, 校验阵列需要7块硬盘。 RAID 3 w Parallel transfer with parity并行传输及校验 w RAID 3是在RAID 2基础上发展而来的,主要的 变化是用相对简单的异或逻辑运算(XOR, eXclusive OR)校验代替了相对复杂的汉明码 校验,从而也大幅降低了成本。 w 校验盘只有一个,而数据与RAID 0一样是分成条带( St
8、ripe)存入数据阵列中,这个条带的深度的单位为字 节。在数据存入时,数据阵列中处于同一等级的条带的 XOR校验编码被即时写在校验盘相应的位置,所以彼此 不会干扰混乱。读取时,则在调出条带的同时检查校验 盘中相应的XOR编码,进行即时的ECC。由于在读写 时与RAID 0很相似,所以RAID 3具有很高的数据传输 效率。 RAID 3 RAID 4 w Independent Data disks with shared Parity disk 独立的数据硬盘与共享的校验硬盘 w 关键之处是把条带改成了“块”。RAID 4按数据块 为单位存储的,数据块由操作系统所决定的,这 就是簇(Clust
9、er) w 同级(是指在每个硬盘中同一柱面同一扇区位置的数据 )数据块都通过XOR进行校验,结果保存在单独的校验 盘。写入时,把各硬盘上同级数据的校验统一写入校验 盘,等读取时再即时进行校验。因此即使是当前硬盘上 的数据块损坏,也可以通过XOR校验值和其他硬盘上的 同级数据进行恢复。由于RAID 4在写入时要等一个硬盘 写完后才能写一下个,并且还要写入校验数据所以写入 效率比较差,读取时也是一个硬盘一个硬盘的读,但校 验迅速,所以相对速度更快。 RAID 4 RAID 5 w Independent Data disks with distributed parity blocks 独立的数据
10、磁盘与分布式校验块 w 高级RAID系统中最常见的等级,由于其出色的 性能与数据冗余平衡设计而被广泛采用。与 RAID 3、4一样,它也是一种即时校验RAID系 统,但设计更为巧妙,而管理也相对复杂。 w 采用数据块存储方式,但没有独立的校验硬盘 ,它在每个独立的数据盘中都开辟了单独的区 域用于存储同级数据的XOR校验数据,在写入 时,同级校验数据将即时生成并写入,读取时 同级校验数据也将被即时读出并检查源数据的 正确性。其硬盘利用率较高,数据吞吐量比较 容易得到发挥。 w flash demo with RAID 5 RAID 5的特点 RAID 6 w Independent Data d
11、isks with two independent distributed parity schemes 独立的数据硬盘与两个独立分布式校验方案 w 在RAID 5基础上,为了进一步加强数据保护而 设计的一种RAID方式,实际上是一种扩展RAID 5等级。 w 与RAID 5的不同之处于除了每个硬盘上 都有同级数据XOR校验区外,还有一个针 对每个数据块的XOR校验区。当前盘数据 块的校验数据不可能存在当前盘而是交错 存储的 RAID 7 w Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates
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