服务器RAID技术.ppt
服务器RAID技术及应用,木桶原理（瓶颈）,桶装水的多少,取决于最短的一块板子。如果计算机整体性能就是一个木桶，那谁是其中最短的那块木板？,什么是RAID？RAID技术是怎样实现数据保护的？RAID技术带给用户什么价值？,磁盘基本知识,基本磁盘与动态磁盘基本磁盘如果要改变分区容量就会丢失全部数据（当然也有一些特殊的磁盘工具软件可以改变分区而不会破坏数据）。比如？动态磁盘在不重新启动计算机的情况下可更改磁盘容量大小，而且不会丢失数据,PQMagic,SCSI、IDE与SATA,SCSI(Small Computer System Interface)定义了一种输入/输出总线和逻辑接口，主要目标是提供一种设备独立的机制用来连接主机和访问设备。IDE（Intergraded drive electronics)曾经统治PC大容量存储市场20与年的接口技术。SATA（Serial ATA）现在PC机使用的主流硬盘接口。,计算机网络管理技术,RAID技术的定义,RAIDRedundant Array of Independent DisksRAID是将同一阵列中的多个磁盘视为单一的虚拟磁盘，数据是以分段的方式顺序存放于磁盘阵列中。,计算机网络管理技术,Disk Spanning,Disk Spanning数据跨盘技术使多个硬盘像一个硬盘那样工作用廉价的资源来突破现有硬盘空间限制最大限度的利用磁盘空间不能改善硬盘的可靠性和速度JBOD(Just A Bunch Of Disks),1,2,3,4,300MB,400MB,400MB,100MB,Disk Striping,Disk Striping将数据按照一定大小分成多个数据块，这些数据块可以被分别存放在不同的物理盘上系统在从特定硬盘读取数据时可以通知下个目标盘准备数据提高系统读写数据的性能,Disk Mirroring,Disk Mirroring将相同的数据同时写入多个硬盘中当某个物理硬盘失效时，提供数据资料的保护能力降低系统写数据的性能,Hot Swap,Hot Swap处于运行状态的磁盘阵列子系统当出现单个物理盘失效的情况时，采用新硬盘将失效物理盘在线替换，同时保证系统稳定运行只有RAID级别为1、3、5、10、30、50的阵列才提供该功能。,Parity,Parity来自多个物理磁盘上的数据通过异或(XOR)操作运算产生的冗余奇偶数据当单个硬盘失效时，这些冗余数据能够通过与其它物理磁盘上的数据进行异或(XOR)操作而恢复由于硬盘失效而丢失的数据产生的冗余数据可以被存放于一个专作奇偶校验用的硬盘上，也可以将这些奇偶校验数据分散分布在磁盘阵列的全部硬盘中产生和存储奇偶校验数据需要一些额外的操作，目前产生奇偶校验数据有两种方式：硬件生成和软件计算。,RAID Levels RAID 0,RAID0Striping数据以分段（1K-8M Byte）的方式放在磁盘阵列中，没有校验数据。没有容错能力，同一通道4个1GB的硬盘做RAID0的效率是1个4GB硬盘的3-3.5倍；,A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,4N-2,4N-1,4N,4N-3,.,.,.,.,磁盘0,磁盘2,磁盘3,磁盘1,RAID 0系统的工作原理,RAID Levels RAID 1,RAID1Mirroring使磁盘读取的效率增加，但写入的效率降低通过数据直接备份具有容错能力,A0,A0,A1,A1,N,N,.,.,磁盘0,磁盘1,RAID 1工作原理图示,RAID Levels RAID 3,RAID3Striping with Dedicated Parity Drive有校验数据，提供数据容错能力当单个硬盘失效时，会产生奇偶盘I/O瓶颈效应,RAID-3工作原理,RAID Levels RAID 5,RAID5Striping with Distributed Parity有校验数据，提供数据容错能力校验值分散在各个盘的不同位置，相当程度的分散了负载，故有较好的性能，尤其是对小型数据。RAID5适用于银行和股市的联机交易系统（OLTP）。,RAID-5工作原理,RAID-5 正常时,RAID-5受损时,RAID 5 XOR 复原,RAID Levels RAID 10,RAID 1+0工作原理图示,为什么用RAID卡,用户对磁盘系统的四大要求增加磁盘I/O存取速度数据安全性要求，及容错（Fault tolerance）的能力有效的利用磁盘空间分担主机CPU的I/O事务降低内存及磁盘的性能差异提高计算机的整体工作性能,SCSI RAID卡的结构,SCSI控制器,RAID处理器,Firmware,CACHE MEMORY,指示报警,电池,通 道 B,通 道 A,PCI 总 线,SCSI终结器,SCSI 接口的图片,磁盘CACHE,RAID卡提高磁盘读写性能的另一手段是：磁盘CACHE。,CPU,系统CACHE,Memory,Memory 控制器,RAID CPU,磁盘CACHE,SCSI控制器,SCSI硬盘,磁盘CACHE的两大工作：,磁盘I/O,从磁盘读,写入磁盘,首先从CACHE读,首先往CACHE写,无CACHE,有CACHE,预读,回写,预 读,Read Ahead,Pre-Fetch,预读的两种方式,CACHE预读提高了计算机系统中的硬盘读的功能，尤其是在读取含有大量文件碎片的文件时。具有良好预读功能的RAID卡能在看起来很随机的读访问中，识别出读取磁盘的规律，通过这个规律提前将系统要读取的数据放在CACHE中。,Read ahead,Pre-Fetch,当RAID卡发现系统要读的是先前已经读过的数据时，在这一次，便将这一个数据块的数据写到CACHE里。,由于硬盘数据经常是以一族连续的硬盘扇区组织起来的，所以有时侯如把系统所请求的扇区随后的一个扇区里的数据同时读进来是有价值的。,回写,回写是通过暂时将数据存在CACHE里，从而推迟将数据写到慢设备（如硬盘、磁带机）的一种工作方式。数据将在随后的时间，硬盘闲置的时候写到硬盘中。写的时候也是统一将CACHE内的尚未写出的数据按照数据块的在硬盘中的BLOCK序号写入，这样可以提高写的效率。,系统,block7,block1,block5,block3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,block1,block3,block5,block7,注：回写需要加电池给CACHE供电，以免数据在写到硬盘之前系统断电导致硬盘数据丢失。,电梯式回写,通写,通写模式下，所有数据在以命令完成状态返回到计算机之前，直接写到硬盘。,磁盘Cache性能分析,容量增加CACHE大小对于预读来说，为系统提供了更多的来自CACHE的可供读取的记录。对于回写来说，允许控制卡保存更多的记录留待后期写磁盘。特别是对于电梯式回写，使得连续的回写段之间有更近的间隔，降低硬盘写操作的平均访时间并提高了吞吐率。,1、当用户数很多而且不是都访问相同的数据。2、当数据文件很大时。,大容量cache,磁盘CACHE的类型,EDO：工作频率在33MHz，RAID处理器频率低于100MHz时SDRAM:工作频率在66MHz，RAID处理器频率高于100MHz时-提高系统I/O的速度 ECC：对CACHE数据进行校验Non-ECC：不对CACHE数据进行校验-提高系统I/O的可靠性,Mylex的RAID卡需要ECC的；Adaptec的RAID卡没限定,磁盘Cache性能分析,软RAID与硬RAID,RAID也有全软、半软半硬与全硬之分。全软RAID就是指RAID的所有功能都是操作系统(OS)与CPU来完成，没有第三方的控制/处理(业界称其为RAID协处理器)与I/O芯片。这样，有关RAID的所有任务的处理都由CPU来完成，可想而知这是效率最低的一种RAID。由于全软 RAID是在操作系统下实现RAID，不能保护系统盘，亦即系统分区不能参与实现RAID。有些操作系统，RAID的配置信息存在系统信息中，而不是存在磁盘上，当系统崩溃，需重新安装时，RAID的信息也会丢失。尤其是全软RAID 5是CPU的增强方式，会导致30%-40%的I/O功能降低，所以在服务器中不建议使用全软RAID。,RAID技术如何实现数据保护,数据镜像,100%数据备份,磁盘有效空间利用50%,数据校验：无,硬盘数目：2,读写性能：读性能提高,RAID1,RAID技术如何实现数据保护,数据镜像+分段,100%数据备份,磁盘有效空间利用50%,数据校验：无,硬盘数目：4,读写性能：均有性能提高,RAID10,RAID技术如何实现数据保护,数据校验,数据分段存储,磁盘有效空间利用n/n+1,数据校验：校验数据存在专门校验盘,硬盘数目：3（最少）,读写性能：均有提高,RAID3,RAID技术如何实现数据保护,数据校验,数据分段存储,磁盘有效空间利用n/n+1,数据校验：校验数据均匀分布在各个磁盘上,硬盘数目：3（最少）,读写性能：均有提高,RAID5,RAID 技术的价值,提高系统I/O性能,数据安全保护,可 管 理 性,磁盘cache,预读,回写,数据镜像,数据校验,磁盘阵列集中管理,管理软件,磁盘分段,RAID1、10,RAID3、5、30、50,思 考 题,配置一个学生资料FTP服务器需采用何种RAID技术？为什么？如为我院财务处配置财务数据服务器需采用何种RAID技术？为什么？,谢谢！,
