目錄

一、重要概念

1.漢明碼

2.布爾邏輯運(yùn)算

3.扇區(qū)、塊、段、條帶、條帶長(zhǎng)度和深度

4.讀/寫IO

5.大/小塊IO

6.連續(xù)/隨機(jī)IO

7.順序/并發(fā)IO

8.持續(xù)/間斷IO

9.穩(wěn)定/突發(fā)IO

10.實(shí)/虛IO

11.IO并發(fā)幾率

12.IOPS

13.每秒IO吞吐量

二、磁盤陣列

1. RAID 0

2. RAID 1

3. RAID 2

4.RAID 3

5.RAID 4

6.RAID 5

7 RAID6

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一、重要概念

1.漢明碼

漢明碼在原有的數(shù)據(jù)中插入一定數(shù)量的校驗(yàn)位來進(jìn)行措施檢測(cè)和糾錯(cuò)。比如，對(duì)于一組4位數(shù)據(jù)編碼為例，漢明碼會(huì)在者4位中加入三個(gè)校驗(yàn)位，從而使實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸達(dá)到7位。

需要被插入的漢明碼位數(shù)與數(shù)據(jù)位之間的數(shù)量關(guān)系為?。漢明碼只能糾正一個(gè)位的錯(cuò)誤。

2.布爾邏輯運(yùn)算

1 XRO 0 =1，1 XOR 1 = 0 ，0 XOR 0?=0 1 XRO 0 XOR 1 = 0 0 XOR 1?XOR 0?=1

不管多少位，進(jìn)行邏輯運(yùn)算后還是一位，假如有中間某一位被掩蓋，也完全可以推斷出來。

3.扇區(qū)、塊、段、條帶、條帶長(zhǎng)度和深度

在下圖RAID0中五個(gè)豎條，分別代表5個(gè)磁盤。然后再磁盤相同偏移處上共享邏輯分割，形成Stripee。一個(gè)Stripee橫跨過的扇區(qū)或塊的個(gè)數(shù)或字節(jié)容量，就是條帶長(zhǎng)度，即Stripee Length。而一個(gè)Stripee所占用的單位塊磁盤上的區(qū)域，稱為一個(gè)Segment。一個(gè)Segment中所包含的dataBlock或者扇區(qū)的個(gè)數(shù)或者字節(jié)容量，稱為Stripee Depth。Data Block或者扇區(qū)的個(gè)數(shù)或者字節(jié)容量，稱為Stripe Depth。Data Block可以是N倍個(gè)扇區(qū)大小的容量，應(yīng)該可以調(diào)或者不可調(diào)，有控制器而定。

4.讀/寫IO

指令通知磁盤開始扇區(qū)的位置，然后給出需要從這個(gè)初始山區(qū)網(wǎng)吧讀取的連續(xù)扇區(qū)個(gè)數(shù)，同時(shí)給出動(dòng)作時(shí)讀還是寫。磁盤收到這條指令滿清會(huì)按照指令的要求來讀或者寫數(shù)據(jù)?？刂破靼l(fā)出這種指令加數(shù)據(jù)并得到對(duì)方回執(zhí)的過程就是一次IO讀或者IO寫。

5.大/小塊IO

控制器的指令中給出的連續(xù)讀取扇區(qū)數(shù)目的多少。如果數(shù)目很大就是大塊IO，如128，如果很小就是小塊IO。大塊和小塊之間沒有界限。

6.連續(xù)/隨機(jī)IO

連續(xù)和隨機(jī)IO指本次IO給出的初始扇區(qū)地址應(yīng)該和上一次IO的結(jié)束扇區(qū)地址時(shí)不是完全連續(xù)的或者相隔不多的。是——連續(xù)IO，不是——隨機(jī)IO。連續(xù)IO幾乎不用換道，或者換道時(shí)間極短。如果相差太大，則磁頭需要很長(zhǎng)的環(huán)道時(shí)間。隨機(jī)IO需要很長(zhǎng)的環(huán)道時(shí)間

7.順序/并發(fā)IO

順序IO：發(fā)向磁盤的IO只包含了文件系統(tǒng)級(jí)下發(fā)的一個(gè)IO

并發(fā)IO：發(fā)向磁盤的IO只包含了文件系統(tǒng)級(jí)下發(fā)的多個(gè)IO

8.持續(xù)/間斷IO

持續(xù)IO:持續(xù)不斷地發(fā)送或者接受IO請(qǐng)求數(shù)據(jù)流.

間斷IO:IO數(shù)據(jù)流時(shí)斷時(shí)續(xù)

9.穩(wěn)定/突發(fā)IO

穩(wěn)定IO:某存儲(chǔ)設(shè)備或者某程序在一段時(shí)間內(nèi)接收或者發(fā)送的IOPS以及吞吐量保持相對(duì)恒定.

突發(fā)IO:單位時(shí)間的IOPS或者吞吐量突然猛增,突發(fā)IO

10.實(shí)/虛IO

實(shí)IO:請(qǐng)求讀或者寫實(shí)際文件或者磁盤數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)

虛IO:針對(duì)文件元數(shù)據(jù)操作,或?qū)Υ疟P發(fā)送非實(shí)體數(shù)據(jù)IO請(qǐng)求。

11.IO并發(fā)幾率

單盤：0

RAIO：0.5

12.IOPS

完成一次IO所用的時(shí)間=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間+數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，IOPS=IO并發(fā)數(shù)/（尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間+數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間）。

由于尋道時(shí)間相對(duì)于傳輸時(shí)間要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，所以影響IOPS的關(guān)鍵因素就是降低尋道時(shí)間。在連續(xù)IO的情況下，尋道時(shí)間很短，僅在換磁道時(shí)候需要尋道。在這個(gè)前提下，傳輸時(shí)間越少，IOPS越高。

13.每秒IO吞吐量

每秒IO吞吐量=IOPS*平均IO SIZE。IO SIZE越大，IOPS越高，每秒IO吞吐量就越高。設(shè)磁頭每秒讀寫數(shù)據(jù)速度為V，V為定值。則IOPS=IO 并發(fā)數(shù)/(尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間+IO SIZE/V)?？梢钥闯雒棵隝O吞吐量的最大因素就是IO SIZE 和尋道時(shí)間以及旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間。IO SIZE越大，尋道時(shí)間越小，吞吐量越高。相比能顯著影響IOPS的因素就只有一個(gè)，就是尋道時(shí)間。

二、磁盤陣列

1. RAID 0

左邊是4塊普通硬盤， 右邊是引入分割思想的后的硬盤，使用4個(gè)扇區(qū)組成的塊作為基本單元。不同硬盤的相同偏移處的塊組合成Stripe，也就是條帶。

當(dāng)有大塊數(shù)據(jù)寫入時(shí)，數(shù)據(jù)可以被分為多個(gè)塊，寫入4個(gè)硬盤，這樣就提高了速度。

假如某一時(shí)刻，主控制器發(fā)出指令；讀取 初始扇區(qū)10000? 長(zhǎng)度128。RAID控制器接受到這個(gè)指令后，計(jì)算邏輯扇區(qū)10000對(duì)應(yīng)的物理磁盤扇區(qū)號(hào)。依次計(jì)算出邏輯上連續(xù)的下128哥扇區(qū)所在物理磁盤的扇區(qū)號(hào)。分別向?qū)?yīng)這些扇區(qū)磁盤再次發(fā)出指令，讀取數(shù)據(jù)，磁盤接受道道指令，各自將數(shù)據(jù)交給RAID控制器，經(jīng)過控制器，在Cache中的組合，再提交給主機(jī)控制器。

如果這128個(gè)扇區(qū)都落在同一個(gè)Segment中，也就是條帶深度大于128個(gè)扇區(qū)容量，則這次IO只能從就只能真實(shí)的從這一塊物理磁盤上讀取，性能反而減慢，還增加控制器開銷，因此要減小條帶深度。在磁盤數(shù)量不變的情況下，減少條帶大小（也就是條帶長(zhǎng)度）。讓這個(gè)IO的數(shù)據(jù)被控制器分割。同時(shí)放滿一個(gè)條帶的第一個(gè)Segment、第二Segment等。但是條帶太小會(huì)導(dǎo)致并發(fā)概率低。

因此，如果小塊IO多，則適當(dāng)增大條帶深度；如果臉上大塊IO多，則適當(dāng)減小條帶深度。

2. RAID 1

寫IO沒有提升，因?yàn)閷憯?shù)據(jù)要向多塊物理盤同時(shí)寫數(shù)據(jù)。但是可以同時(shí)從兩塊物理盤上讀數(shù)據(jù)，提升速度。

?

3. RAID 2

RAID 2 在寫入數(shù)據(jù)的是常被，計(jì)算出他們的漢明碼并寫入校驗(yàn)陣列，讀取時(shí)也要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，最后再發(fā)向系統(tǒng)。

RAID2每次的讀寫都要?jiǎng)褡璐疟P聯(lián)動(dòng)，所以為了優(yōu)化性能，最好保證每塊磁盤主軸同步，使同一時(shí)刻每塊磁盤磁頭所處的扇區(qū)邏輯編號(hào)都一致，并存并取，達(dá)到最佳性能。如果不能同步，則會(huì)產(chǎn)生等待，影響速度。

根據(jù)IOPS公式，避免尋道時(shí)間影響，最佳做法是盡量產(chǎn)生連續(xù)IO。RAID2 適合連續(xù)IO的情況。

4.RAID 3

RAID2 以bit為單位分割數(shù)據(jù)，而RAID3以一個(gè)扇區(qū)或者幾個(gè)扇區(qū)來分散數(shù)據(jù)。

采用的是布爾邏輯運(yùn)算，每次IO都會(huì)分散到所有盤，RAID3 把一個(gè)邏輯塊又分割成N塊，數(shù)據(jù)在一次寫入之前，控制器就會(huì)計(jì)算好校驗(yàn)塊，然后同時(shí)將數(shù)據(jù)和校驗(yàn)塊寫入磁盤。

RAID3 的每一個(gè)條帶，其長(zhǎng)度被設(shè)計(jì)為一個(gè)文件系統(tǒng)塊的大小，深度隨磁盤數(shù)量而定，但是最小深度為一個(gè)扇區(qū)。這樣的話，每個(gè)Segment的大小就是1個(gè)扇區(qū)或者幾個(gè)扇區(qū)的容量。

這種情況，大塊IO雖然可以提高效率，但小塊IO很不適用。所有磁盤同一時(shí)刻都被一個(gè)IO占用著。

5.RAID 4

在RAID3 的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)并發(fā)IO，保證有空閑的磁盤未被IO占用，控制器一個(gè)IO過來，如果這個(gè)IO塊小于條帶深度，那么這次IO就會(huì)被完全禁錮在一塊磁盤上，直接寫入了一個(gè)磁盤的Segment中，這個(gè)過程只用到了一塊磁盤，而其他IO也可以個(gè)這個(gè)IO同時(shí)進(jìn)行，前提是其他IO的目標(biāo)不是這個(gè)IO要寫入或讀取的磁盤。

但有個(gè)非常重要的地方就是，每個(gè)IO寫操作必須占用校驗(yàn)盤。

6.RAID 5

整條寫(Full-Stripee?Write)：整條寫需要修改奇偶校驗(yàn)群組中所有的條帶單元，因此新的奇偶校驗(yàn)值可以根據(jù)所有新的條帶數(shù)據(jù)計(jì)算得到，不需要額外的讀、寫操作。因此，整條寫是最有效的寫類型。整條寫的例子，如?RAID?2、RAID?3。它們每次IO總是幾乎能保證占用所有盤，因此每個(gè)條帶上的每個(gè)Segment都被寫更新，所以控制器可以直接利用這些更新的數(shù)據(jù)計(jì)算出校驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，在數(shù)據(jù)被寫入數(shù)據(jù)盤的同時(shí)，將計(jì)算好的校驗(yàn)信息寫入校驗(yàn)盤。

重構(gòu)寫(Reconstruct?Write)：如果要寫入的磁盤數(shù)目超過陣列磁盤數(shù)目的一半，可采取重構(gòu)寫方式。在重構(gòu)寫中，從這個(gè)條帶中不需要修改的?Segment?中讀取原來的數(shù)據(jù)，再和本條帶中所有需要修改的?Segment?上的新數(shù)據(jù)計(jì)算奇偶校驗(yàn)值，并將新的?Segment?數(shù)據(jù)和沒有更改過的?Segment?數(shù)據(jù)以及新的奇偶校驗(yàn)值一并寫入。顯然，重構(gòu)寫要牽涉更多的I/O操作，因此效率比整條寫低。重構(gòu)寫的例子，比如在RAID?4中，如果數(shù)據(jù)盤為8塊，某時(shí)刻一個(gè)IO只更新了一個(gè)條帶的6個(gè)Segment，剩余兩個(gè)沒有更新。在重構(gòu)寫模式下，會(huì)將沒有被更新的兩個(gè)Segment的數(shù)據(jù)讀出，和需要更新的前6個(gè)Segment的數(shù)據(jù)計(jì)算出校驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后將這8個(gè)?Segment?連同校驗(yàn)數(shù)據(jù)一并寫入磁盤。可以看出，這個(gè)操作只是多出了讀兩個(gè)Segment?中數(shù)據(jù)的操作和寫兩個(gè)?segment?的操作，但是寫的時(shí)候幾乎不產(chǎn)生延遲開銷，因?yàn)槭呛暧^同時(shí)寫入。

讀改寫(Read-Modify?Write)：如果要寫入的磁盤數(shù)目不足陣列磁盤數(shù)目的一半，可采取讀改寫方式。讀改寫過程是：先從需要修改的?Segment?上讀取舊的數(shù)據(jù)，再?gòu)臈l帶上讀取舊的奇偶校驗(yàn)值；根據(jù)舊數(shù)據(jù)、舊校驗(yàn)值和需要修改的?Segment上的新數(shù)據(jù)計(jì)算出這個(gè)條帶上的新的校驗(yàn)值；最后寫入新的數(shù)據(jù)和新的奇偶校驗(yàn)值。這個(gè)過程中包含讀取、修改和寫入的一個(gè)循環(huán)周期，因此稱為讀改寫。讀改寫計(jì)算新校驗(yàn)值的公式為：新數(shù)據(jù)的校驗(yàn)數(shù)據(jù)=(老數(shù)據(jù)EOR新數(shù)據(jù))EOR老校驗(yàn)數(shù)據(jù)。如果待更新的Segment已經(jīng)超過了條帶中總Segment數(shù)量的一半，則此時(shí)不適合用讀改寫，因?yàn)樽x改寫需要讀出這些?Segment?中的數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)。而如果采用重構(gòu)寫，只需要讀取剩余不準(zhǔn)備更新數(shù)據(jù)的?Segment?中的數(shù)據(jù)即可，而后者數(shù)量比前者要少。所以超過一半用重構(gòu)寫，不到一半用讀改寫。整條更新就用整條寫。

寫效率排列為：整條寫>重構(gòu)寫>讀改寫。?

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把校驗(yàn)盤分隔開，組合與數(shù)據(jù)盤之中，依附于數(shù)據(jù)盤。RAID5是繼RAID0和RAID1之后又一個(gè)能實(shí)現(xiàn)并發(fā)IO的陣式。

RAID5寫的基本過程是，新數(shù)據(jù)過來之后，控制器立即讀取待更新扇區(qū)的原數(shù)據(jù)，同時(shí)也要讀取這個(gè)條帶上的校驗(yàn)數(shù)據(jù)。三者按照公式運(yùn)算，便可以得出新數(shù)據(jù)的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后將新數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)的校驗(yàn)數(shù)據(jù)寫到磁盤。

新數(shù)據(jù)的校驗(yàn)數(shù)據(jù)=（老數(shù)據(jù) EOR 新數(shù)據(jù)） EOR 老校驗(yàn)數(shù)據(jù)。

RAID 5E和RAID 5EE

再磁盤陣列中增加熱備盤，有一個(gè)故障盤之后，故障盤的數(shù)據(jù)，再系統(tǒng)空閑的時(shí)候遷移到熱備盤。

7 RAID6

RAID0-RAID5都是只能壞一個(gè)盤。RAID6目標(biāo)是可以壞兩個(gè)盤

RAID6采用兩塊校驗(yàn)盤，每次寫數(shù)據(jù)的時(shí)候，計(jì)算兩個(gè)等式，將兩個(gè)等式的結(jié)果寫入校驗(yàn)盤。

x XOR y =1 Ax XOR Bx=0

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與50位技術(shù)專家面對(duì)面20年技術(shù)見證，附贈(zèng)技術(shù)全景圖

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【存储知识学习】第四章-七种RAID-《大话存储》阅读笔记的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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