分类： 服务器与存储
2012-05-28 12:58:47
Raid简介
在EMC CX-series系列磁盘阵列中使用RAID（独立磁盘冗余）技术,通过RAID技术，可以将单独的磁盘组成一个逻辑单元（LUN）以提高可靠性和性能。在这一系列中支持5种RAID级别以及两种磁盘设置：（单个单元和hotspare热备盘）。你可以通过使用存储系统管理实用程序绑定磁盘以将其组成一个RAID组。其中4钟RAID级别使用磁盘条带化，两种使用镜像。
什么是磁盘条带化：
通过使用磁盘条带，存储系统硬件可以同时且独立地从多个磁盘读写数据。磁盘条带化通过允许若干读/写磁头同时执行来增强性能。从每个磁盘读取或向其写入的信息量组成了条带元素大小。条带大小等于条带元素大小乘以组中的磁盘数。例如：假设条带元素大小（Stripe element size）为128个扇区（默认）。如果组中有5个磁盘，则用5*条带元素大小128=640个扇区。在大多数RAID类型中，存储系统均使用磁盘条带化。
什么是镜像：
镜像维护了逻辑磁盘映像的拷贝，可以在无法访问source image时继续提供访问。镜像包括硬件镜像（SP同步磁盘映像）和软件镜像（操作系统同步映像）。但操作系统同步映像会占用服务器资源。在存储系统中，可以通过将磁盘绑定为RAID1镜像对或RAID1/0组来创建硬件镜像。对于任一RAID类型的LUN，存储系统可以使用MirrorView软件维护远程拷贝。
RAID类型
RAID 5组（单个存取阵列）
RAID 5组通常包括5个磁盘，但也可以包含3-16块磁盘，RAID 5使用磁盘条带化。使用RAID5组最多可以创建32个RAID 5 LUN，以将磁盘空间分配给不同的用户、服务器及应用。
存储系统将写入奇偶校验信息，以在组中某个磁盘出现故障时能够继续运行。更换故障磁盘后，SP使用存储在正常工作磁盘上的信息来重建组。在重建过程中，系统性能会降低。但是，存储系统可以继续运行，并且用户可以访问所有数据（包括存储在故障磁盘上的数据）
上图显示了5个磁盘的RAID5组，具有缺省条带元素大小（Stripe element size）的用户数据和奇偶校验数据。条带大小是所有条带元素的总和，注意：条带元素大小缺省为128个扇区，即65536字节。另外RAID5组具有优异的读取性能和良好的写入性能。优异的写入性能主要得益于存储系统缓存。
RAID 3组（并行存储阵列）
RAID3组由5个或9个磁盘组成。硬件始终从所有磁盘中读写数据。RAID3组使用磁盘条带化。为了维护RAID3的性能，你可以为每个RAID3组仅创建一个LUN。
存储系统将写入奇偶校验信息，以在组中某个磁盘出现故障时能够继续运行。更换故障磁盘后，SP使用存储在正常工作磁盘上的信息来重建组。在重建过程中，系统性能会降低。但是，存储系统可以继续运行，并且用户可以访问所有数据（包括存储在故障磁盘上的数据），这与RAID5相同。
如上图显示了RAID3组中数据块大小为2KB的用户数据和奇偶校验数据。RAID3和RAID5的不同点在于：
1.RAID3组中，硬件顺序处理磁盘请求，而RAID5组中，硬件可以间隔处理磁盘请求。
2.RAID3组中，奇偶校验信息存储在一个磁盘上，而RAID5组中，奇偶校验信息存储在所有磁盘上。
3.RAID3组中，每个磁盘的I/O仅在较小单位（一个扇区）内进行。
另外，每个RAID3组均需要一些专用SP内存（建议每组为6MB）。此内存在创建组时进行分配，不能再用于存储系统缓存。为了获得最佳性能，建议不要把RAID3组和RAID5、RAID1/0或RAID0组同时使用，但因为RAID1和单个单元所需占用的SP处理能力较少，所以可以与RAID3配合工作。
RAID1镜像
RAID1组由两个被存储系统硬件自动镜像的磁盘组成，可以使用RAID1组创建多个RAID1 LUN，以将磁盘空间分配给不同的用户、服务器和应用。
存储系统中的RAID1硬件镜像与软件镜像、远程镜像或其它磁盘类型的硬件镜像不同。从功能上，区别在于不能手动停止RAID1的镜像，因此也不能单独访问其中一个映像。如果要单独使用此类镜像中的一个磁盘，必须对镜像解除绑定（将丢失所有数据），再重新绑定为其它类型。
对于存储系统，RAID1硬件镜像具有以下优点：
1.自动运行，无需发出命令来启动它
2.映像的物理复制
3.可以选择重建时段，在此期间SP可以在出现故障后重新创建次映像。
对于RAID1，存储系统向两个磁盘写入相同的数据。
RAID0（非固定阵列）
RAID0组由3-16个磁盘组成。RAID0组使用磁盘条带化，使用这种技术硬件可以同时向多个磁盘读写数据。每个RAID0组最多可以创建32个LUN
使用RAID0时，硬件不在任何磁盘上维护奇偶校验信息，此类型本身没有数据冗余。RAID0通过对不同磁盘同时进行I/O来提高性能。
RAID 1/0组（镜像的RAID0组）
RAID1/0可以由4/6/7/10/12/14/16个磁盘组成，这些磁盘构成两个镜像映像，每个映像包含2-8个磁盘，RAID1/0使用磁盘条带化。它综合了RAID0的速度优势和镜像的冗余优势。使用RAID1/0组最多可以创建32个RAID1/0 LUN。
上图显示了6个磁盘的RAID1/0组，RAID1/0组可以在多个磁盘出现故障后继续运行，前提是每个映像对中有一个磁盘能够正常运行。
单个磁盘单元
单个磁盘单元是独立于机柜中任何其他磁盘的绑定磁盘，它本身没有高可用性，可通过软件镜像将它和其它单个单元配合使用来提高可用性。没个单个磁盘单元可以创建一个LUN
热备盘（hoyspare）
热备盘是专用的备用磁盘，用户不能在此磁盘上存储信息，热备盘具有全局性，如果RAID5组、RAID3组、RAID1或RAID1/0组中任一磁盘出现故障，SP可以在热备盘上自动重建出现故障的磁盘的结构。SP完成重建后，磁盘组将使用热备盘替代出现故障的磁盘正常运行。更换故障磁盘后，SP会将数据从热备盘拷贝到替换磁盘上。拷贝完成后，磁盘组将使用原插槽中的磁盘，并且SP将自动停止使用热备盘。注意：如果热备盘的容量小于RAID组中故障磁盘的容量，则RAID组将无法使用热备盘。如果使用不同容量的多块热备盘，存储系统将自动使用适合大小的热备盘替换出现故障的磁盘。
RAID利弊权衡
下表比较了各种RAID类型读写性能和每GB的相对成本。表中数据为理论最大值。
性能方面考虑：
1.RAID5具有单个存取功能，允许对组中的每个磁盘同时进行读取，可提供较高的读吞吐量。如果存储系统使用写缓存，RAID5将具有优异的写入性能。
2.RAID3具有病行存取功能，可以为连续的大块（大于 64 KB 的块）请求提供较高的吞吐量。使用 RAID 3 时，系统将在每个请求中访问所有五个磁盘，但是在写入前无需读取数据和奇偶校验 - 这对大块请求来说是一个优点，但对小块请求则不是。RAID 3 使用 SP 内存时无需缓存，这意味着您不必使用缓存所需的次 SP 和 BBU。通常，I/O 请求大小越大，RAID 3 组的性能越好。当读取请求达到 1MB 时，读取性能将快速增强。当写入请求为大于 256 KB 的连续写入请求时，写入性能将大大增强。对于发出极大 I/O 请求的应用，RAID 3 LUN 提供的写入性能明显高于 RAID 5 LUN。
3.RAID 1 镜像对将其磁盘锁定为同步状态，但是 SP 可以从读 / 写磁头相距较近的磁盘读取数据。因此，RAID 1 的读取性能是单个磁盘读取性能的两倍，而其写入性能与单个磁盘的写入性能相同。
4.RAID 0 组（非冗余单个存取阵列）或 RAID 1/0 组（镜像 RAID 0组）可以同时执行的 I/O 操作数量与组中的磁盘数量相同。由于RAID 1/0 锁定 RAID 0 磁盘对的方式与 RAID 1 相同，因此 RAID1/0 的性能等于磁盘对的数量乘以 RAID 1 的性能数值。如果对某一特定 LUN 要求较高的吞吐量，请使用 RAID 1/0 或 RAID 0 组。RAID1/0 组至少需要四个磁盘； RAID 0 组至少需要三个磁盘。
5.单个单元的每个读取或写入操作只能进行一个 I/O 操作。
存储灵活性方面考虑：
某些 RAID 组类型（RAID 5、RAID 1、RAID 1/0 和 RAID 0）允许在每个组中最多创建 32 个 LUN。这可以增加灵活性，特别是对于较大的磁盘，因为这使您可以将不同大小的 LUN 分配给不同的服务器、应用和用户。相反，使用 RAID 3 时，每个 RAID 组只能有一个LUN，并且组中必须包含五个或九个磁盘，对一个服务器、应用或用户来说这是相当大的存储块。但是，RAID 3 的属性使其成为单线程类型应用的理想类型。
数据可用性和磁盘空间使用率方面考虑：
如果数据可用性至关重要，并且您无法花费大量时间用于更换磁盘、重新绑定磁盘、使操作系统可以访问磁盘以及从备份载入信息等操作，请使用冗余 RAID 组：RAID 5、RAID 3、RAID 1 镜像对或RAID 1/0。如果数据可用性不太重要，或磁盘空间使用率很重要，请绑定单个单元。
RAID 1 镜像对或 RAID 1/0 组可以提供非常高的数据可用性。它们比RAID 5 或 RAID 3 组更昂贵，因为只有磁盘总容量的 50% 可用于用户数据，如第 2-11 页所示。
RAID 5 或 RAID 3 组可以提供较高的数据可用性，但是比镜像对需要更多的磁盘数。在五磁盘的 RAID 5 或 RAID 3 组中，80% 的磁盘空间可用于用户数据。因此 RAID 5 和 RAID 3 组的磁盘空间使用率高于镜像对。对于数据高可用性、良好的性能和高磁盘空间使用率同等重要的应用， RAID 5 或 RAID 3 组通常比 RAID 1 镜像对更为适合。对于任一 RAID 组中的 LUN，您可以通过在远程站点建立远程镜像来提供灾难恢复功能。
RAID组原则
要确定何时使用 RAID 5 组、RAID 3 组或镜像（即 RAID 1 镜像对、RAID 1/0 组、RAID 0 组、单个磁盘单元或热备盘），您需要权衡以下因素：
1.数据可用性的重要性
2.性能的重要性
3.数据存储量
4.磁盘空间的成本
1.适合使用 RAID 5 组（单个存取阵列）的应用
◆ 数据可用性非常重要。
◆ 需要存储大量数据。
◆ 多任务应用使用不同大小的 I/O 转移。
◆ 需要优异的读取性能和良好的写入性能（使用写缓存时写入性能极好）。
◆ 需要每个 RAID 组多个 LUN 的灵活性。
2.适合使用 RAID 3 组（并行存取阵列）的应用
◆ 数据可用性非常重要。
◆ 需要存储大量数据。
◆ 使用较大 I/O 转移（大于 64 KB）的单任务应用。操作系统必须允许从磁盘地址是 2 KB 的倍数处（从 LUN 起始地址开始计算）开始进行转移。
3.适合使用 RAID 1 镜像对的应用
◆ 数据可用性非常重要。
◆ 写访问速率很重要，并且写入活动很多。
4.适合使用 RAID 1/0 组（镜像非冗余阵列）的应用
◆ 数据可用性至关重要。
◆ 整体性能非常重要。
5.适合使用 RAID 0 组（非冗余单个存取阵列）的应用
◆ 高可用性不重要。
◆ 在单个磁盘出现故障时，可以承受无法访问存储在 LUN 上的数据
所带来的损失。
◆ 整体性能非常重要。
6.适合使用单个单元的应用
◆ 高可用性不重要。
◆ 写访问速率有点重要。
7.适合使用热备盘的情况
◆ 在任何 RAID 5、RAID 3、RAID 1/0 或 RAID 1 组中，高可用性非常重要，因此要求 RAID 组中任一磁盘出现故障时无需人为干预即可迅速恢复数据冗余。
◆ 将由于 RAID 5 或 RAID 3 组中磁盘出现故障而导致性能降低的情况降至最低十分重要。
