_42福建電腦2007年第7期RAID技術(shù)研究方文平(新疆建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院新疆烏魯木齊830054 )[摘要]:計(jì)算機(jī)的發(fā)展,對信息的存儲(chǔ)技術(shù)提出了更高的要求。但是磁盤的I0性能始終成為提升的瓶頸。為了解決這一問題,提出了RAID陣列。RAID陣列采用數(shù)據(jù)分塊技術(shù),在多個(gè)磁盤上交叉存儲(chǔ)使得多盤可平行操作,I0響應(yīng)時(shí)間得到改善,同時(shí)利用冗余容錯(cuò)技術(shù),極大提高了磁盤陣列的可靠性和安全性。[關(guān)鍵詞]: RAID 存儲(chǔ)陣列冗余1.前言.余保證了用戶數(shù)據(jù)的安全性。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬與處理輔助技術(shù):因?yàn)镽AID系統(tǒng)在操作用戶數(shù)據(jù)時(shí)需要花費(fèi)時(shí)器性能基本上保持了同步增長，但磁盤I0性能的增長卻是嚴(yán)間來產(chǎn)生 和檢查"核查"數(shù)據(jù),這樣就產(chǎn)生了操作瓶頸,使整個(gè)系重滯后的。在過去10年,局域網(wǎng)的帶寬平均每16個(gè)月就增長一統(tǒng)的性 能受到重大影響。為了克服它,RAID系統(tǒng)融入了一些輔倍;而在1984年到1999年這15年間,磁盤的容量雖然增長了助技術(shù),如:高速緩存、并行處理、助寫盤和數(shù)據(jù)映射技巧等,它.1000倍,但傳輸速率僅增長了40倍,亦即每年僅增長20%多。們都在不同程度上減小了瓶頸, 提高了性能。未來每10年,磁盤的容量將增長100倍,而傳輸速率僅會(huì)增長正是以上這些功能的加入才使得RAID系統(tǒng)性能越來越完10倍。目前,硬盤典型容量為160 GB ,典型IO性能為30MB/s,善,使普通的磁盤陣列上升為智能RAID系統(tǒng),從基本上解決了將整個(gè)硬盤的數(shù)據(jù)讀出需要1.5h。到2020年，單條網(wǎng)絡(luò)鏈接的-直以來阻礙計(jì)算機(jī)發(fā)展的"I/O"瓶頸,并且在許多其它方面也帶寬可以達(dá)到400 Tbps,單個(gè)硬盤的容量可達(dá)到1IPB, 而那時(shí)磁發(fā)揮了 巨大的作用,主要表現(xiàn)為:盤的I/0性能只能達(dá)到2.5Gbps,將整個(gè)硬盤數(shù)據(jù)讀出居然需要I/O性能:RAID系統(tǒng)有效提高了IO性能,這主要是因?yàn)橄?32h!磁盤I0性能的滯后會(huì)成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)乃至網(wǎng)絡(luò)傳輸整統(tǒng)對數(shù)據(jù)所做的操作使系統(tǒng)中各成員盤的數(shù)據(jù)流的輸人輸出和體性能提升的瓶頸。隨機(jī)的1I0請求達(dá)到平衡。同時(shí),系統(tǒng)所采用的映射方式也提高為了克服I0瓶頸問題，美國加州大學(xué)Berkeley 分校提出了 數(shù)據(jù)的傳輸效率,如:-些映射方式把用戶數(shù)據(jù)分成許多小部了廉價(jià)冗余磁盤陣列RAID (redundant aray of inexpensive diske)分 ,然后把它們同時(shí)寫到不同的盤上,從而提高寫數(shù)據(jù)的效率。的概念，后來改為獨(dú)立冗余磁盤陣列RAID (redundant aray of數(shù)據(jù)安全:RAID系統(tǒng)大大提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。如果independent disks),目前己成為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的主流技術(shù)。存有用戶數(shù)據(jù)的磁盤出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)通過使用"核查"數(shù)據(jù)對2. RAID技術(shù)原理用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。當(dāng)然,RAID系統(tǒng)對數(shù)據(jù)所做的處理不同,得RAID系統(tǒng)由兩個(gè)主要部件組成:控制器及磁盤陣列。控制到的安全性也就不同。 但總的來說,RAID系統(tǒng)普遍地提高了數(shù)器是RAID系統(tǒng)的"大腦" ,負(fù)責(zé)路由、緩沖以及管理主機(jī)(或網(wǎng)據(jù)的安全性。絡(luò))和磁盤陣列之間的數(shù)據(jù)流。磁盤陣列是把多個(gè)磁盤組織起存儲(chǔ)管理:RAID系統(tǒng)簡化了存儲(chǔ)系統(tǒng)的管理。磁盤陣列將來,由陣列管理程序進(jìn)行統(tǒng)一管理,而給用戶看到的是一個(gè)或多多個(gè)物 理磁盤"結(jié)合"成一個(gè)虛擬磁盤,這樣就使得原來對多個(gè)個(gè)虛擬盤。當(dāng)用戶對這個(gè)虛擬磁盤進(jìn)行操作時(shí)，這些操作經(jīng)過管存 儲(chǔ)單元的管理轉(zhuǎn)化為對單個(gè)存儲(chǔ)單元的管理,從而減少了管理程序的處理,最終由物理磁盤執(zhí)行，并將結(jié)果告訴給用戶,這理的工作量,使管理更為方便。些處理對用戶來說是完全透明的，用戶不必知道數(shù)據(jù)是如何存總之,RAID系統(tǒng)就是將大量磁盤通過陣列管理系統(tǒng)組織起儲(chǔ)的,-切工作都由程序執(zhí)行,用戶對磁盤陣列的操作與對一-般來,形成磁盤陣列,從而提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的安全性和I/0性能。硬盤進(jìn)行的操作沒有區(qū)別。4. RAID級別分類及比較RAID使用一組磁盤同時(shí)進(jìn)行I0操作從而獲得更大的I0RAID從概念的提出到現(xiàn)在，已經(jīng)出現(xiàn)了多個(gè)級別,有明確吞吐量,并依靠存儲(chǔ)冗余信息來保障數(shù)據(jù)的安全性。RAID可以標(biāo)準(zhǔn)的級別分別是0.1.2.3.4.5 等。但是最常用的是0、1.3.5連接SAN、NAS網(wǎng)絡(luò)或直接連到主機(jī)服務(wù)器上,以網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)四個(gè)級別。 現(xiàn)在簡述一下各個(gè)級別的工作方式和特點(diǎn):系統(tǒng)的方式提供服務(wù)。1) RAIDO:又稱為集帶(Sriping)工作方式,是N個(gè)磁盤同時(shí)3. RAID系統(tǒng)的特點(diǎn)工作。系統(tǒng)傳輸來的數(shù)據(jù),經(jīng)過RAID控制器平均分配到N個(gè)磁RAID系統(tǒng)的一個(gè)明顯優(yōu)勢是擴(kuò)大了磁盤的容量。除容量盤中 。從系統(tǒng)的角度看,N個(gè)硬盤是- -個(gè)容量為N個(gè)硬盤容量之外,RAID在可管理性、可靠性及其它性能方面都有其優(yōu)勢。其特和的“大"硬盤。 RAIDO 的主要目的是獲得更大的“單個(gè)"磁盤容點(diǎn)主要表現(xiàn)在:量。另一方面就是多個(gè)硬盤同時(shí)讀取,從而獲得更高的存取速數(shù)據(jù)冗余:將用戶數(shù)據(jù)和"核查"數(shù)據(jù)一起放在磁盤陣列的度。 RAID 0的工作原理是將數(shù)據(jù)塊分為多個(gè)段,以并行的方式存儲(chǔ)空間中。"核查" 數(shù)據(jù)是用戶數(shù)據(jù)通過特定形式的轉(zhuǎn)化而形分別寫進(jìn) 各RAID成員盤中。這樣在讀寫時(shí)就可以并行地在多成的,它和所保護(hù)的用戶數(shù)據(jù)放在不同的磁盤上。個(gè)通道甚至多個(gè)硬盤上同時(shí)進(jìn)行,成倍的提高系統(tǒng)讀寫速度。但數(shù)據(jù)再生:是指利用"核查"數(shù)據(jù),通過一定的再生算法 ,對由 于數(shù)據(jù)沒有冗余,磁盤出錯(cuò)后無法進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。如果其中有用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)恢復(fù)。一些情況下,還可以對"核查"數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)磁盤出 故鷹|下完整而導(dǎo)致丟失。所以恢復(fù)。RAIDO中國煤化工磁盤恢復(fù):當(dāng)磁盤出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將用戶數(shù)據(jù)和”HCNMHG這種工作方式主要是核查"數(shù)據(jù)備份到替代磁盤上"核查"數(shù)據(jù)的備份有效地提高了為數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的安全性。在兩組磁盤中以達(dá)到保護(hù)數(shù)據(jù)的目的,系統(tǒng)的讀寫速度沒有提功能冗余:增加了系統(tǒng)的可用性和實(shí)時(shí)性。其中最為重要的高。它可以提供最可靠的數(shù)據(jù)保護(hù),但是磁盤利用率最低,只有是"熱備份",它能在系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下替換掉出故障的硬50%。在整個(gè)鏡像過程中,只有一半的磁盤容量是有效的,另-盤,而用戶卻毫無察覺。當(dāng)RAID中的硬盤出現(xiàn)故障時(shí),功能冗半用來存放同這一半完全相同的數(shù)據(jù),也就是數(shù)據(jù)的冗余。在陣2007年第7期福建電腦43列中每一個(gè)磁盤都具有一個(gè)對應(yīng)的鏡像盤。對任何- -個(gè)磁盤的磁盤 ,接受完全相同的數(shù)據(jù)，安全性極高。數(shù)據(jù)寫人都會(huì)被復(fù)制到鏡像盤中，系統(tǒng)可以從一組鏡像盤中的RAID3將數(shù)據(jù)分條存到陣列中的所有驅(qū)動(dòng)器,將校驗(yàn)數(shù)據(jù)任何一個(gè)磁盤讀取數(shù)據(jù),不論其中哪一個(gè)硬盤壞了,數(shù)據(jù)都可以寫到陣列中 的一個(gè)單獨(dú)的校驗(yàn)磁盤。因?yàn)镽AID3需要同步磁盤從鏡象盤恢復(fù)回來而無需停機(jī)，這樣就提供了完整、實(shí)時(shí)的備轉(zhuǎn) 動(dòng),而精確地控制磁盤操作是很困難的,所以RAID3很少在份。這種方式在所有RAID模式中需要的磁盤驅(qū)動(dòng)器數(shù)量最多。主機(jī)卷管理軟件 中實(shí)現(xiàn)。RAID3 的大部分性能優(yōu)勢來源于緩存總的來說,RAID1在多用戶系統(tǒng)中能提供最佳性能和容錯(cuò)能力，和更高的磁盤轉(zhuǎn)動(dòng)速度。它擁有最高的數(shù)據(jù)安全性和最短的故障恢復(fù)時(shí)間。RAIDS是一種旋轉(zhuǎn)奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取的陣列方式,不使用3) RAID3采用冗余校驗(yàn)碼作為冗余數(shù)據(jù),綜合考慮數(shù)據(jù)安專門的校驗(yàn)磁盤， 而是將校驗(yàn)數(shù)據(jù)以循環(huán)的方式放在每一個(gè)磁全性,數(shù)據(jù)吞吐率以及磁盤利用率三個(gè)指標(biāo):它采用校驗(yàn)算法來盤中 。RAIDS的控制比較復(fù)雜,尤其是利用硬件對磁盤陣列的控代替數(shù)據(jù)備份,提高了磁盤利用率,但相對降低了安全性。例如，制 ,因?yàn)檫@種方式的應(yīng)用比其它級別的RAID有更多的輸出/輸在只有一個(gè)硬盤的數(shù)據(jù)損壞時(shí)，采用一個(gè)硬盤的校驗(yàn)數(shù)據(jù)就完人需求 ,既要速度快,又要處理數(shù)據(jù),計(jì)算校驗(yàn)值做錯(cuò)誤校正全可以恢復(fù)數(shù)據(jù)，而當(dāng)幾個(gè)磁盤同時(shí)損壞時(shí)，就不能恢復(fù)。等。 RAIDS沒有固定的校驗(yàn)盤,而是按某種規(guī)則把奇偶校驗(yàn)信息RAID3的數(shù)據(jù)以位或字節(jié)交叉的方式存于各盤，這就要求各個(gè)均勻地分 布在陣列所有的硬盤上。在每塊硬盤上,既有數(shù)據(jù)信息盤的讀寫是高度同步的，如果其中有-個(gè)盤的數(shù)據(jù)讀寫不能匹也有校驗(yàn)信息。這解決了爭用校驗(yàn)盤的問題,使得在同-組內(nèi)可配好，則讀入到緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)是無意義的。并發(fā)進(jìn)行多個(gè)寫操作。所以RAID5適用于大數(shù)據(jù)量的操作及各4) RAIDS這種工作方式是將各個(gè)硬盤生成的數(shù)據(jù)校驗(yàn)切種事務(wù)處理， 它是一種快速、大容量和容錯(cuò)分布合理的磁盤陣成塊,分別存放到組成陣列的各個(gè)硬盤中去。就像內(nèi)存可以通過列。多加一位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)以防止數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤一樣,它們也是通5. 總結(jié)過犧牲-部分的容量,達(dá)到存放對有效數(shù)據(jù)校核的結(jié)果的目的。隨著技術(shù)的發(fā)展,存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將大大改變。磁盤子系統(tǒng)RAIDS將校驗(yàn)數(shù)據(jù)分布在各個(gè)盤上,當(dāng)寫操作進(jìn)行時(shí)除非下一和 RAID子系統(tǒng)是建立服務(wù)器級存儲(chǔ)的主要工具。隨著存儲(chǔ)容個(gè)寫操作的校驗(yàn)恰好也在這個(gè)盤上(而這種可能性是很小的),否量的持續(xù)增長,磁盤的RAID子系統(tǒng)已經(jīng)成為存儲(chǔ)的主流技術(shù)。則仍然可以以并行的方式進(jìn)行。RAID5方式的主要缺陷在于寫目前的RAID實(shí)現(xiàn)是建立在分條、鏡像和基于XOR校驗(yàn)的基礎(chǔ)盤的速度很慢,因?yàn)樵趯懹行?shù)據(jù)的同時(shí),還需要將算出的校驗(yàn)上。隨著破盤驅(qū)動(dòng)器價(jià)格的持續(xù)下降,使用校驗(yàn)RAID的價(jià)格因數(shù)據(jù)寫盤，這樣就占用了一個(gè)通道。在讀盤的時(shí)候，其速率與索將逐漸削弱 ,而基于鏡像的方案將成為主導(dǎo)技術(shù)。RAIDO是相當(dāng)?shù)?。各級別RAID的優(yōu)缺點(diǎn)比較:參考文獻(xiàn):RAIDO本質(zhì)上并不是-個(gè)RAID,因?yàn)椴粠в行ｒ?yàn)的磁盤1. 趙文輝.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社, 2005分條,不提供任何形式的冗余。假如RAIDO的磁盤失敗，那么數(shù) 2. TOM C.存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)(MI.北京:電子工業(yè)出版社，20050據(jù)將徹底丟失。它能實(shí)現(xiàn)多個(gè)1IO操作的并行處理。RAID不需3. 崔寶江網(wǎng)絡(luò)RAID存儲(chǔ)系統(tǒng)邊界性研究計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展205/06要計(jì)算校驗(yàn),因而它是所有類型的陣列中吞吐率最快的,適合高4.劉瑞芳RAID中覃拷貝技術(shù)研究華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)速I0的系統(tǒng)。2005/12RAID1主要是磁盤鏡像，它適用于需確保安全性又要兼顧5.陳華莢磁盤陣列RAID可靠性分析電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)2006/06速度的系統(tǒng),其數(shù)據(jù)保護(hù)性能很強(qiáng)。磁盤鏡像是一個(gè)基于塊層的6.廖強(qiáng)基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)-RAID的研究中 國科技信息2006/01功能，用設(shè)備虛擬化的基本形式使兩個(gè)磁盤看起來就像是一個(gè)(上接第40頁)4.一個(gè)簡單開發(fā)實(shí)例Stnute- -onig.xml的配置文件:下面就以一-個(gè)微型的實(shí)例(在線求一元二次方程aX7+bX+ :c=0的解)來說明Struts MVC在Web application開發(fā)中的實(shí)現(xiàn)。//配置ActonForm用Stnuts MVC框架實(shí)現(xiàn)求解應(yīng)用。首先,把應(yīng)用分解為模dorm-bean name=* equationActionFom" uype=" equation.EquationActioForn"/>Clomn-beans >型,視圖和控制器(為了分離業(yè)務(wù)處理邏輯和數(shù)據(jù)表示層,提高軟件的擴(kuò)展性和結(jié)構(gòu)性)。然后用web.xml和struts- config.xml將/配置Aetion子控制器映射其封裝起來,由struts- config.xml來協(xié)調(diào)它們工作。成。Calculation.java是處理業(yè)務(wù)邏輯的JavaBean(如果業(yè)務(wù)處理..............邏輯比較復(fù)雜,模型組建可以用EJB來實(shí)現(xiàn)),它封裝了計(jì)算二元一次方程的相關(guān)方法。EquationActionFormn.java 封裝了用于從視圖接受數(shù)據(jù)的邏輯。6.結(jié)論.4.2創(chuàng)建視圖組建。實(shí)踐證明,struts MVC是一個(gè)很好的J2EE的MVC框架。它視圖組建由參數(shù)輸人和結(jié)果輸人兩部分組成。iputjsp 頁通過 ActionSerlet和stus confg. xml來控制系統(tǒng)的其他部分共面是Struts應(yīng)用的數(shù)據(jù)輸人頁面。noRealRootjsp ,oneRootjsp和同工作。它使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰,系統(tǒng)的開發(fā)變得相對容易,系統(tǒng)twoRootjsp是結(jié)果輸出部分。的可擴(kuò)展性得到加強(qiáng)，可維護(hù)性得到提高。Struts MVC的架構(gòu)已4.3創(chuàng)建控制器組建經(jīng)成為一個(gè)成功的范例,它是目前應(yīng)用最為廣泛的架構(gòu)之一,相EquationActinjava協(xié)同AtionSerlet和stuts -configxml信隨著 它的不斷完善,trts一定會(huì)有更廣泛的發(fā)展空間。完成控制任務(wù)。ActionServlet 接收input.do 傳送數(shù)據(jù)的動(dòng)作,在struts- -config.xml中查找映射，執(zhí)行子控制器EquationAction。核心代碼如下:中國煤化工發(fā)大全清華大學(xué)出版社,public AcionFon! xcuetctioMapping mappinge AetionF orm form,2006. 2HtpSerletRequest request, HtSerletResponse reponse) {2.張桂:RHC N M H G戰(zhàn).人民郵電出版社205.83.曹廣在,王謝華. Struts 數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目開發(fā)寶典.電子工業(yè)出版社,006.1EquationActionForm equatonActonForm :Calculation ealculate new Calculation/paraneterl,parameler2,peramneter3);4. Trygve Reenskaug. The Model -View -Controller (MVC) Is Past and1/獲取Sesion,用于保存數(shù)據(jù)Present. University of OsloHtpSession session-reques.geSession0;5. Gulzar Kartik Ganeshan. Practical J2EE applicationarchitecture[M].USA:Osbome,20031