优点 数据分布式存储在连续的硬 盘上，具有较高的读速率， 适合大文件连续读操作的应
A
B
C
D
……
用
异或运算 缺点 如果有一个硬盘损坏，数据 的有效性没有影响 A0 B0 C0 D0 校验盘是整个硬盘阵列系统 的瓶颈 有数据盘故障时，每次读操 作时都需要进行校验计算， 读性能大幅度下降 最小 硬盘数 3
RAID级别 —— RAID 1
RAID 1又称镜像（Mirror），数据同时一致写到主硬盘和镜像硬盘
数据 A B C D E
……
优点

提供了很高的数据安全性和可用性 100％的数据冗余 设计、使用简单 不作校验计算，CPU占用资源少
A B C D =
A B C
缺点


空间利用率只有1/2
P=A0 XOR A1
异或运算
A0 数据盘
A或运算进行 奇偶校验得到校验位P
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RAID基本概念3——重建（Rebuild）
A0
XOR
XOR
故障 更换
A0
数据盘
A1
数据盘
A2
数据盘
Write-back 回写
Write-through 直写
后端总线
后端总线
磁盘
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控制器的缓存保护技术
三种常见控制器Cache保护设计
FC或IP(GE) 缓存(Cache)
FC或IP(GE)
FC或IP(GE) 缓存(Cache) CPU 后端总线 CPU
A0 B0 C0 数据 D0 A1 B1 C1 E1 A2 B2 D2
……
异或运算
A0 A1 A2
B0 B1 B2 P3 B4
C0 C1 P2 C3 C4
D0 P1 D2 D3 D4
P0 E1 E2 E3 E4
校验信息Px 分布式存储
A3 P4
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体系结构设计 缓存技术 RAID技术 主机通道连接技术 快照技术 复制技术
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XX公司
常见阵列体系结构
光纤通道主机 端口
CPU
高速缓存
光纤通道 后端环路 ... ...
光纤通道主机 端口
CPU
高速缓存
RAID 2
RAID 3 RAID 4 RAID 5 RAID 6
海明码错误校验及校正
数据条带化读写，校验信息存放于专用硬盘 单次写数据采用单个硬盘，校验信息存放于专用硬盘 数据条带化，校验信息分布式存放 数据条带化，分布式校验并提供两级冗余
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RAID级别 —— RAID 6
RAID 6 是带有两个独立分布式奇偶校验方案的独立数据硬盘 （Independent data disks with two independent distributed parity schemes）。广义上讲，能够允许两个硬盘同时失效的RAID级别统称为 RAID 6，狭义上讲，特指Intel的RAID P+Q技术。硬盘空间利用率为(N2)/N，N为RAID6阵列硬盘总数 RAID 6技术：
A1
B1 C1 D1 数据盘
A2 B2 C2 D2
PA

PB
PC PD 校验盘
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RAID级别 —— RAID 4
RAID 4是带有共享校验硬盘的独立数据盘（ Independent data disks with shared parity disk），与RAID 3类似，不同在于对数据访问是每 次一个盘，而RAID 3是每次一个条带，RAID4的读写性能较差，目前 较少使用
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RAID基本概念1——条带
分条
条带
硬盘0
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硬盘1
硬盘2
硬盘3
RAID基本概念2——校验
两个数字之间的XOR运算定义是：
1 XOR 1 = 0 1 XOR 0 = 1 0 XOR 1 = 1 0 XOR 0 = 0
相对于单个硬盘，无法提高写性能
D E
硬盘数
2
E
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RAID级别 —— RAID 3
RAID 3即带有校验的并行数据传输阵列（Paralleled transfer with parity），数据条带化分布在数据盘中，同时使用专用校验硬盘存放校验 数据
RAID3、RAID4、RAID5区别
RAID 3是与RAID 4类似，在每组盘中使用单一的校验盘，但是RAID 3 中条带划分较小，使得每一个操作都要跨越阵列中所有的磁盘。例如， 一个块数据中的第一个字节可能在第一个盘上，第二个字节在第二个盘 上，诸如此类。 RAID 3经常处于磁头同步状态以减少等待时间，RAID 3适于单一大文件以高数据率进行读写的应用，诸如超级计算机和图形 图像处理。 对于多用户并行发起众多互不相关磁盘操作的应用则不适 宜。作为对比， RAID 4盘组中的每一个数据盘都可以同时满足一个单 独用户的请求。 RAID 5与RAID 4类似，但与RAID 4拥有独立校验盘不同，RAID 5在阵 列中所有磁盘上存储校验信息。RAID 5的主要的优势在于它可以防止 校验盘本身成为读写瓶颈。主要的缺点是不能方便的将一块新磁盘添加 到现有的RAID组中。
RAID 5
该热备盘由系统中两个RAID组共享，可自动顶替任何一个RAID中的一个 失效硬盘
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RAID级别 —— RAID 0
RAID0即没有容错设计的条带硬盘阵列（Striped Disk Array without Fault Tolerance），以条带形式将RAID组的数据均匀分布在各个硬盘中
A
B
数据 C D E
F
G
H ……
优点

极高的读写效率 速度快，由于不存在校验， 所以不占用CPU资源 部署简单 无冗余，通常和其他RAID 级别混合使用
A E I
B F J
C G K
D H L
缺点


最小 硬盘数 2
不适合用于关键数据环境
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前端总线
系统缓存 读缓存 写缓存 CPU CPU CPU
前端总线
系统缓存 读缓存 写缓存 CPU
后端总线
后端总线
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控制器缓存镜像
1、主机数据写入缓存； 2、缓存数据进行异或 运算，产生校验数据； 3、将校验数据添加到 缓存；
RAID组合方式 — 级别扩展
同时采用两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别
RAID 0+1
先做RAID 0，后做RAID 1，同时提供数据条带化和镜像
RAID 10
类似于RAID 0+1，区别在于先做RAID 1，后做RAID 0
RAID 50
先做RAID 5，后做RAID 0，能有效提高RAID 5的性能
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RAID 3/4/5的读和写
读操作：多磁盘同时读取数据 写操作：更新数据之前，需要将条带中其他部分数据读出并重新计算 校验值，新数据和校验数据同时被写更新。
RAID3
RAID 4 / 5
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UIT 存储基础
技术中心 郭镭
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第四章
阵列技术
磁盘阵列体系结构 RAID技术 阵列与主机链接 快照与复制
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磁盘阵列
什么是磁盘阵列：磁盘阵列是一种采用RAID技术、冗余技术和在线 维护技术制造的一种高性能、高可用的磁盘存储设备。 磁盘阵列核心技术：

通常的中档控制器设计 单个或集群的双控制器 前端主机端口，后端光纤环路 镜像的高速缓存
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矩阵式高端阵列体系结构
高端企业级磁盘阵列
CHIP Cross Bar ACP
光纤通道
...
CHIP 光纤通道 CHIP 高速
A0 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 C0
……
异或运算
A0
A1 A2 A3
B0 B1 B2 B3
C0 C1 C2 C3 数据盘
D0 D1 D2 D3
P0
P1
P2 P3 校验盘
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RAID级别 —— RAID 5
RAID 5与RAID 3机制类似，但校验数据均匀分布在各数据硬盘上， RAID成员硬盘上同时保存数据和校验信息，数据块和对应的校验信息 保存在不同硬盘上。RAID 5是最常用的RAID方式之一。