1、服務器RAID技術及應用,范廣敏 服務器網絡事業(yè)部 聯(lián)想集團有限公司,什么是RAID？ RAID技術是怎樣實現(xiàn)數(shù)據(jù)保護的？ RAID技術帶給用戶什么價值？,RAID技術及應用,我們的目標,培訓內容,RAID術語 RAID技術的實現(xiàn) IDE RAID與SCSI RAID技術及應用 常用RAID卡產品介紹 問題與討論,RAID技術及應用,RAID技術的定義,RAID Redundant Array of Independent Disks RAID是將同一陣列中的多個磁盤視為單一的虛擬磁盤，數(shù)據(jù)是以分段的方式順序存放于磁盤陣列中。,RAID術語,RAID技術及應用,Disk Spanning,Di

2、sk Spanning 數(shù)據(jù)跨盤技術使多個硬盤像一個硬盤那樣工作 用廉價的資源來突破現(xiàn)有硬盤空間限制 最大限度的利用磁盤空間 不能改善硬盤的可靠性和速度 JBOD (Just A Bunch Of Disks),RAID技術及應用,RAID術語,Disk Striping,Disk Striping 將數(shù)據(jù)按照一定大小分成多個數(shù)據(jù)塊，這些數(shù)據(jù)塊可以被分別存放在不同的物理盤上 系統(tǒng)在從特定硬盤讀取數(shù)據(jù)時可以通知下個目標盤準備數(shù)據(jù) 提高系統(tǒng)讀寫數(shù)據(jù)的性能,RAID術語,RAID技術及應用,Disk Mirroring,Disk Mirroring 將相同的數(shù)據(jù)同時寫入多個硬盤中 當某個物理硬盤失效

3、時，提供數(shù)據(jù)資料的保護能力 降低系統(tǒng)寫數(shù)據(jù)的性能,RAID術語,RAID技術及應用,Hot Swap,Hot Swap 處于運行狀態(tài)的磁盤陣列子系統(tǒng)當出現(xiàn)單個物理盤失效的情況時，采用新硬盤將失效物理盤在線替換，同時保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行 只有RAID級別為1、3、5、10、30、50的陣列才提供該功能,RAID術語,RAID技術及應用,Parity,Parity 來自多個物理磁盤上的數(shù)據(jù)通過異或(XOR)操作運算產生的冗余奇偶數(shù)據(jù) 當單個硬盤失效時，這些冗余數(shù)據(jù)能夠通過與其它物理磁盤上的數(shù)據(jù)進行異或(XOR)操作而恢復由于硬盤失效而丟失的數(shù)據(jù) 產生的冗余數(shù)據(jù)可以被存放于一個專作奇偶校驗用的硬盤上，也

4、可以將這些奇偶校驗數(shù)據(jù)分散分布在磁盤陣列的全部硬盤中 產生和存儲奇偶校驗數(shù)據(jù)需要一些額外的操作，目前產生奇偶校驗數(shù)據(jù)有兩種方式：硬件生成和軟件計算。,RAID術語,RAID技術及應用,培訓內容,RAID術語 RAID技術的實現(xiàn) IDE RAID與SCSI RAID技術及應用 常用RAID卡產品介紹 問題與討論,RAID技術及應用,RAID Levels RAID 0,RAID0 Striping 數(shù)據(jù)以分段（1K - 8M Byte）的方式放在磁盤陣列中，沒有校驗數(shù)據(jù)。 沒有容錯能力，同一通道4個1GB的硬盤做RAID0的效率是1個4GB硬盤的3-3.5倍；,RAID技術的實現(xiàn),RAID技術及

5、應用,A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,4N-2,4N-1,4N,4N-3,.,.,.,.,磁盤0,磁盤2,磁盤3,磁盤1,RAID Levels RAID 1,RAID1 Mirroring 使磁盤讀取的效率增加，但寫入的效率降低 通過數(shù)據(jù)直接備份具有容錯能力,RAID技術的實現(xiàn),RAID技術及應用,A0,A0,A1,A1,N,N,.,.,磁盤0,磁盤1,RAID Levels RAID 3,RAID3 Striping with Dedicated Parity Drive 有校驗數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)容錯能力 當單個硬盤失效時，會產生奇偶盤I/O瓶頸效應,RAID技術的實現(xiàn),RAI

6、D技術及應用,RAID Levels RAID 5,RAID5 Striping with Distributed Parity 有校驗數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)容錯能力 校驗值分散在各個盤的不同位置，相當程度的分散了負載，故有較好的性能，尤其是對小型數(shù)據(jù)。RAID5適用于銀行和股市的聯(lián)機交易系統(tǒng)（OLTP）。,RAID技術的實現(xiàn),RAID技術及應用,RAID Levels RAID 10,Two RAID 1s Striped,RAID技術的實現(xiàn),RAID技術及應用,RAID Levels RAID 30,Two RAID 3s Striped,RAID技術的實現(xiàn),RAID技術及應用,RAID Leve

7、ls RAID 50,Two RAID 5s Striped,RAID技術的實現(xiàn),RAID技術及應用,培訓內容,RAID術語 RAID技術的實現(xiàn) IDE RAID與SCSI RAID技術及應用 常用RAID卡產品介紹 問題與討論,RAID技術及應用,SCSI 與IDE,SCSI(Small Computer System Interface) 定義了一種輸入/輸出總線和邏輯接口，主要目標是提供一種設備獨立的機制用來連接主機和訪問設備。 IDE（Intergraded drive electronics) 現(xiàn)在PC機使用的主流硬盤接口,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術

8、及應用,IDE RAID,基于IDE接口的RAID 應用產品稱為IDE RAID 與SCSI RAID相比有及具競爭力的性價比 為中低端應用的服務器產品提供更強的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保護以及較高的性能價格比 支持RAID 0，1，0+1，5,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,SCSI RAID,基于SCSI接口的RAID 應用產品稱為SCSI RAID 多個I/O并行操作，設備傳輸速度快； 可擴展性好，最多可連接15個外部scsi設備； 支持RAID級別多，RAID0、RAID1、RAID10、RAID3、RAID5、RAID30、RAID50、JBOD等； 支持H

9、otspare,在線熱插拔，性能更穩(wěn)定、可靠性更好；,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,為什么用RAID卡,用戶對磁盤系統(tǒng)的四大要求 增加磁盤I/O存取速度 數(shù)據(jù)安全性要求，及容錯（Fault tolerance）的能力 有效的利用磁盤空間 分擔主機CPU的I/O事務 降低內存及磁盤的性能差異 提高計算機的整體工作性能,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,IDE RAID 卡,將若干IDE硬盤做成一個或幾個陣列盤，提高了系統(tǒng)中磁盤I/O的性能，并且使磁盤系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)鏡像的安全保護功能。 具有可管理性，在操作系統(tǒng)支持下，管理軟件可

10、監(jiān)控陣列的狀態(tài)，添加和刪除陣列，在線數(shù)據(jù)恢復等； 最多支持4個硬盤，可實現(xiàn)RAID 0、1、0+1 QW1060、1600B應用了IDE RAID卡，2100主板集成IDE RAID 控制器,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,SCSI RAID卡,將若干硬盤做成一個或幾個陣列盤，提高了系統(tǒng)中磁盤I/O的性能，并且使磁盤系統(tǒng)具有容錯的安全保護功能。 通過磁盤Cache的運用，提高系統(tǒng)的存取速度， 結合SAF-TE （SCSI Access Fault Tolerant Enclosure）對磁盤陣列中的磁盤進行監(jiān)控管理，管理的人機接口有,1）RAID卡本身的指示

11、報警； 2）具有SAF-TE功能的熱插拔背板； 3）操作系統(tǒng)上安裝的監(jiān)控軟件。,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,SCSI RAID卡的結構,SCSI 控制器,RAID 處理器,Firmware,CACHE MEMORY,指示報警,電池,通 道 B,通 道 A,PCI 總 線,SCSI終結器,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,磁盤CACHE,RAID卡提高磁盤讀寫性能的另一手段是：磁盤CACHE。,CPU,系統(tǒng)CACHE,Memory,Memory 控制器,RAID CPU,磁盤CACHE,SCSI控制器,SCSI硬盤,IDE

12、 RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,磁盤CACHE的兩大工作：,磁盤I/O,從磁盤讀,寫入磁盤,首先從CACHE讀,首先往CACHE寫,無CACHE,有CACHE,預讀,回寫,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,預 讀,Read Ahead,Pre-Fetch,預讀的兩種方式,CACHE預讀提高了計算機系統(tǒng)中的硬盤讀的功能，尤其是在讀取含有大量文件碎片的文件時。 具有良好預讀功能的RAID卡能在看起來很隨機的讀訪問中，識別出讀取磁盤的規(guī)律， 通過這個規(guī)律提前將系統(tǒng)要讀取的數(shù)據(jù)放在CACHE中。,IDE RAID與SCSI RAID技術及

13、應用,RAID技術及應用,Read ahead,Pre-Fetch,當RAID卡發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)要讀的是先前已經讀過的數(shù)據(jù)時，在這一次，便將這一個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)寫到CACHE里。, 對于程序文件的讀取有利, 對于數(shù)據(jù)文件的讀取有利,特別是系統(tǒng)CPU的性能低時.,由于硬盤數(shù)據(jù)經常是以一族連續(xù)的硬盤扇區(qū)組織起來的，所以有時侯如把系統(tǒng)所請求的扇區(qū)隨后的一個扇區(qū)里的數(shù)據(jù)同時讀進來是有價值的。,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,回寫,回寫是通過暫時將數(shù)據(jù)存在CACHE里，從而推遲將數(shù)據(jù)寫到慢設備（如硬盤、磁帶機）的一種工作方式。數(shù)據(jù)將在隨后的時間，硬盤閑置的時候寫到硬盤中。寫的時

14、候也是統(tǒng)一將CACHE內的尚未寫出的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)塊的在硬盤中的BLOCK序號寫入，這樣可以提高寫的效率。,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,系統(tǒng),block7,block1,block5,block3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,block1,block3,block5,block7,注：回寫需要加電池給CACHE供電，以免數(shù)據(jù)在寫到硬盤之前系統(tǒng)斷電導致硬盤數(shù)據(jù)丟失。,電梯式回寫,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,通寫,通寫模式下，所有數(shù)據(jù)在以命令完成狀態(tài)返回到計算機之前，直接寫到硬盤。,IDE RAID與SCSI R

15、AID技術及應用,RAID技術及應用,磁盤Cache性能分析,容量 增加CACHE大小對于預讀來說，為系統(tǒng)提供了更多的來自CACHE的可供讀取的記錄。 對于回寫來說，允許控制卡保存更多的記錄留待后期寫磁盤。特別是對于電梯式回寫，使得連續(xù)的回寫段之間有更近的間隔，降低硬盤寫操作的平均訪時間并提高了吞吐率。,1、當用戶數(shù)很多而且不是都訪問相同的數(shù)據(jù)。 2、當數(shù)據(jù)文件很大時。,大容量cache,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,磁盤CACHE的類型,EDO：工作頻率在33MHz，RAID處理器頻率低于100MHz時 SDRAM:工作頻率在66MHz，RAID處理器頻

16、率高于100MHz時 - 提高系統(tǒng)I/O的速度 ECC：對CACHE數(shù)據(jù)進行校驗 Non-ECC：不對CACHE數(shù)據(jù)進行校驗 - 提高系統(tǒng)I/O的可靠性,Mylex的RAID卡需要ECC的；Adaptec的RAID卡沒限定,磁盤Cache性能分析,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,帶RAID卡SCSI系統(tǒng)硬件框圖,H O S T,RAID 處理器,Firmware,Cache Memory,SCSI主控制器 ID=7,SCSI ID=0,SCSI ID=5,終結器,終結器,SCSI 總線,背板 HSC ID=6,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,

17、RAID技術及應用,RAID 處理器,是一個PCI從設備，接受并執(zhí)行來自系統(tǒng)的命令。同時占用PCI中斷，代表SCSI磁盤子系統(tǒng)向系統(tǒng)。提出中斷請求，請求占用PCI總線，返回對系統(tǒng)。命令的響應，如輸送SCSI硬盤上的數(shù)據(jù)。 作為RAID卡的CPU，通過執(zhí)行閃存中的Firmware，控制SCSI控制器、Cache Memory以及指示報警電路，來實現(xiàn)RAID卡的功能，運作流程如流程圖所示。,初始化RAID卡寄存器,發(fā)送配置提示、響應 HOST 命令進入配置界面,提供配置菜單、將用戶提供的RAID卡參數(shù)、RAID參數(shù)存入NVRAM,根據(jù)RAID參數(shù)，通過SCSI控制器對硬盤進行初始化寫操作,完成配置

18、,讀取NVRAM內的上次RAID參數(shù)，與硬盤實際信息進行比較，顯示結果,等待Host發(fā)出讀寫操作命令,處理器運作流程簡圖,RAID,IDE RAID與SCSI RAID技術及應用,RAID技術及應用,培訓內容,RAID術語 RAID技術的實現(xiàn) IDE RAID與SCSI RAID技術及應用 常用RAID卡產品介紹 問題與討論,RAID技術及應用,SCSI RAID 卡產品介紹,Adaptec 2100S 單通道Ultra160 SCSI RAID i960RS/32-Bit/33MHz 3200S 雙通道Ultra160 SCSI RAID i960RN/64-Bit/33MHz 3210S

19、雙通道Ultra160 SCSI RAID IOP303/64-Bit/66MHz 3410S 四通道SCSI RAID IOP303/64-Bit/66MHz RAID 0, 1, 0/1, 5, 0/5 支持 Windows 2000，Windows NT, NetWare，SCO UNIX以及 Linux等多種操作系統(tǒng),常用RAID卡產品介紹,RAID技術及應用,Mylex(IBM) AcceleRAID 160 單通道Ultra160 SCSI RAID i960RS/32-Bit/33MHz AcceleRAID 170 單通道Ultra160 SCSI RAID i960RM/32

20、-Bit/33MHz AcceleRAID 352 雙通道Ultra160 SCSI RAID i960RN/64-Bit/33MHz RAID 0, 1, 0+1, 3, 5, 10, 30, 50, JBOD 支持 Windows 2000，Windows NT, NetWare，Solaris，SCO UNIX等多種操作系統(tǒng),SCSI RAID 卡產品介紹,常用RAID卡產品介紹,RAID技術及應用,SCSI RAID 卡產品介紹,AMI(LSI) Express 300(Series 490) 單通道U2W SCSI RAID i960RM/32-Bit/33MHz Express 5

21、00(Series 475) 單通道Ultra160 SCSI RAID i960RM /32-Bit/33MHz Elite 1600(Series 493) 雙通道Ultra160 SCSI RAID i960RN/64-Bit/66MHz RAID 0, 1, 3, 5, 10, 30, 50 支持 Windows 2000，Windows NT, NetWare，Solaris，SCO UNIX以及 Linux等多種操作系統(tǒng),常用RAID卡產品介紹,RAID技術及應用,IDE RAID卡產品介紹,Promise FastTrak66 雙通道ATA/66 RAID 支持四顆硬盤 RAID 0, 1, 0+1, JBOD FaseTrak100 雙通道ATA/100 RAID 支持四顆硬盤 RAID 0, 1, 0+1, JBOD 支持 Windows 2000，Windows NT，NetWare以及 Linux等多種操作系統(tǒng),常用RAID卡產品介紹,RAID技術及應用,機型,RAID卡,萬全服務器機型與RAID卡對應表,常用RAID卡產品介紹,RAID技術及應用,培訓內容,RAID術