_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)學院新疆烏魯木齊830054 )[摘要]:計算機的發(fā)展,對信息的存儲技術(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),在多個磁盤上交叉存儲使得多盤可平行操作,I0響應(yīng)時間得到改善,同時利用冗余容錯技術(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)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬與處理輔助技術(shù):因為RAID系統(tǒng)在操作用戶數(shù)據(jù)時需要花費時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,使整個系重滯后的。在過去10年,局域網(wǎng)的帶寬平均每16個月就增長一統(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-直以來阻礙計算機發(fā)展的"I/O"瓶頸,并且在許多其它方面也帶寬可以達到400 Tbps,單個硬盤的容量可達到1IPB, 而那時磁發(fā)揮了 巨大的作用,主要表現(xiàn)為:盤的I/0性能只能達到2.5Gbps,將整個硬盤數(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,這主要是因為系932h!磁盤I0性能的滯后會成為計算機系統(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。隨機的1I0請求達到平衡。同時,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冗余磁盤陣列RAID (redundant aray of inexpensive diske)分 ,然后把它們同時寫到不同的盤上,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)存儲的安全性。如果independent disks),目前己成為數(shù)據(jù)存儲的主流技術(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)進行恢復。當然,RAID系統(tǒng)對數(shù)據(jù)所做的處理不同,得RAID系統(tǒng)由兩個主要部件組成:控制器及磁盤陣列?？刂频降陌踩砸簿筒煌?。 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" ,負責路由、緩沖以及管理主機(或網(wǎng)據(jù)的安全性。絡(luò))和磁盤陣列之間的數(shù)據(jù)流。磁盤陣列是把多個磁盤組織起存儲管理:RAID系統(tǒng)簡化了存儲系統(tǒng)的管理。磁盤陣列將來,由陣列管理程序進行統(tǒng)一管理,而給用戶看到的是一個或多多個物 理磁盤"結(jié)合"成一個虛擬磁盤,這樣就使得原來對多個個虛擬盤。當用戶對這個虛擬磁盤進行操作時，這些操作經(jīng)過管存 儲單元的管理轉(zhuǎn)化為對單個存儲單元的管理,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,從而提高存儲系統(tǒng)的安全性和I/0性能。硬盤進行的操作沒有區(qū)別。4. RAID級別分類及比較RAID使用一組磁盤同時進行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)了多個級別,有明確吞吐量,并依靠存儲冗余信息來保障數(shù)據(jù)的安全性。RAID可以標準的級別分別是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)或直接連到主機服務(wù)器上,以網(wǎng)絡(luò)連接存儲四個級別。 現(xiàn)在簡述一下各個級別的工作方式和特點: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個磁盤同時3. RAID系統(tǒng)的特點工作。系統(tǒng)傳輸來的數(shù)據(jù),經(jīng)過RAID控制器平均分配到N個磁RAID系統(tǒng)的一個明顯優(yōu)勢是擴大了磁盤的容量。除容量盤中 。從系統(tǒng)的角度看,N個硬盤是- -個容量為N個硬盤容量之外,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"磁盤容點主要表現(xiàn)在:量。另一方面就是多個硬盤同時讀取,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)塊分為多個段,以并行的方式存儲空間中。"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 各RAID成員盤中。這樣在讀寫時就可以并行地在多成的,它和所保護的用戶數(shù)據(jù)放在不同的磁盤上。個通道甚至多個硬盤上同時進行,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,磁盤出錯后無法進行數(shù)據(jù)恢復。如果其中有用戶數(shù)據(jù)進行及時恢復。一些情況下,還可以對"核查"數(shù)據(jù)進行一個磁盤出 故鷹|下完整而導致丟失。所以恢復。RAIDO中國煤化工磁盤恢復:當磁盤出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)會自動將用戶數(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。在兩組磁盤中以達到保護數(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)的可用性和實時性。其中最為重要的高。它可以提供最可靠的數(shù)據(jù)保護,但是磁盤利用率最低,只有是"熱備份",它能在系統(tǒng)正常運行的狀態(tài)下替換掉出故障的硬50%。在整個鏡像過程中,只有一半的磁盤容量是有效的,另-盤,而用戶卻毫無察覺。當RAID中的硬盤出現(xiàn)故障時,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列中每一個磁盤都具有一個對應(yīng)的鏡像盤。對任何- -個磁盤的磁盤 ,接受完全相同的數(shù)據(jù)，安全性極高。數(shù)據(jù)寫人都會被復制到鏡像盤中，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)動器,將校驗數(shù)據(jù)任何一個磁盤讀取數(shù)據(jù),不論其中哪一個硬盤壞了,數(shù)據(jù)都可以寫到陣列中 的一個單獨的校驗磁盤。因為RAID3需要同步磁盤從鏡象盤恢復回來而無需停機，這樣就提供了完整、實時的備轉(zhuǎn) 動,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)動器數(shù)量最多。主機卷管理軟件 中實現(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能力，和更高的磁盤轉(zhuǎn)動速度。它擁有最高的數(shù)據(jù)安全性和最短的故障恢復時間。RAIDS是一種旋轉(zhuǎn)奇偶校驗獨立存取的陣列方式,不使用3) RAID3采用冗余校驗碼作為冗余數(shù)據(jù),綜合考慮數(shù)據(jù)安專門的校驗磁盤， 而是將校驗數(shù)據(jù)以循環(huán)的方式放在每一個磁全性,數(shù)據(jù)吞吐率以及磁盤利用率三個指標:它采用校驗算法來盤中 。RAIDS的控制比較復雜,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 ,因為這種方式的應(yīng)用比其它級別的RAID有更多的輸出/輸在只有一個硬盤的數(shù)據(jù)損壞時，采用一個硬盤的校驗數(shù)據(jù)就完人需求 ,既要速度快,又要處理數(shù)據(jù),計算校驗值做錯誤校正全可以恢復數(shù)據(jù)，而當幾個磁盤同時損壞時，就不能恢復。等。 RAIDS沒有固定的校驗盤,而是按某種規(guī)則把奇偶校驗信息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-個盤的數(shù)據(jù)讀寫不能匹也有校驗信息。這解決了爭用校驗盤的問題,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)進行多個寫操作。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硬盤生成的數(shù)據(jù)校驗切種事務(wù)處理， 它是一種快速、大容量和容錯分布合理的磁盤陣成塊,分別存放到組成陣列的各個硬盤中去。就像內(nèi)存可以通過列。多加一位進行奇偶校驗以防止數(shù)據(jù)傳輸錯誤一樣,它們也是通5. 總結(jié)過犧牲-部分的容量,達到存放對有效數(shù)據(jù)校核的結(jié)果的目的。隨著技術(shù)的發(fā)展,存儲網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將大大改變。磁盤子系統(tǒng)RAIDS將校驗數(shù)據(jù)分布在各個盤上,當寫操作進行時除非下一和 RAID子系統(tǒng)是建立服務(wù)器級存儲的主要工具。隨著存儲容個寫操作的校驗恰好也在這個盤上(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)成為存儲的主流技術(shù)。則仍然可以以并行的方式進行。RAID5方式的主要缺陷在于寫目前的RAID實現(xiàn)是建立在分條、鏡像和基于XOR校驗的基礎(chǔ)盤的速度很慢,因為在寫有效數(shù)據(jù)的同時,還需要將算出的校驗上。隨著破盤驅(qū)動器價格的持續(xù)下降,使用校驗RAID的價格因數(shù)據(jù)寫盤，這樣就占用了一個通道。在讀盤的時候，其速率與索將逐漸削弱 ,而基于鏡像的方案將成為主導技術(shù)。RAIDO是相當?shù)?。各級別RAID的優(yōu)缺點比較:參考文獻:RAIDO本質(zhì)上并不是-個RAID,因為不帶有校驗的磁盤1. 趙文輝.網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)[M].北京:清華大學出版社, 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.存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(MI.北京:電子工業(yè)出版社，20050據(jù)將徹底丟失。它能實現(xiàn)多個1IO操作的并行處理。RAID不需3. 崔寶江網(wǎng)絡(luò)RAID存儲系統(tǒng)邊界性研究計算機研究與發(fā)展205/06要計算校驗,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)研究華中科技大學學報(自然科學版)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學報2006/06速度的系統(tǒng),其數(shù)據(jù)保護性能很強。磁盤鏡像是一個基于塊層的6.廖強基于存儲網(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磁盤看起來就像是一個(上接第40頁)4.一個簡單開發(fā)實例Stnute- -onig.xml的配置文件:下面就以一-個微型的實例(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)中的實現(xiàn)。//配置ActonForm用Stnuts MVC框架實現(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..............邏輯比較復雜,模型組建可以用EJB來實現(xiàn)),它封裝了計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。實踐證明,struts MVC是一個很好的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。的可擴展性得到加強，可維護性得到提高。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