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外部盘阵技术

一外部盘阵技术概述

磁盘阵列(Redundant Arrays of
Inexpensive Disks,RAID),有“价格便宜具有冗余能力的磁盘阵列”之意。原理是利用数组方式来作磁盘组,配合数据分散排列的设计,提升数据的安全性。磁盘阵列是由很多价格较便宜的磁盘,组合成一个容量巨大的磁盘组,利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术,将数据切割成许多区段,分别存放在各个硬盘上。磁盘阵列还能利用同位检查(Parity
Check)的观念,在数组中任一颗硬盘故障时,仍可读出数据,在数据重构时,将数据经计算后重新置入新硬盘中。

磁盘阵列其样式有三种,一是外接式磁盘阵列柜、二是内接式磁盘阵列卡,三是利用软件来仿真。

外接式磁盘阵列柜最常被使用大型服务器上,具可热抽换(Hot Swap)的特性,不过这类产品的价格都很贵。

内接式磁盘阵列卡,因为价格便宜,但需要较高的安装技术,适合技术人员使用操作。

利用软件仿真的方式,由于会拖累机器的速度,不适合大数据流量的服务器。

在RAID中,可以让很多磁盘驱动器同时传输数据,而这些磁盘驱动器在逻辑上又是一个磁盘驱动器,所以使用RAID可以达到单个磁盘驱动器几倍、几十倍甚至上百倍的速率。这也是RAID最初想要解决的问题。

RAID容错是建立在每个磁盘驱动器的硬件容错功能之上的,所以它提供更高的安全性。在很多RAID模式中都有较为完备的相互校验/恢复的措施,甚至是直接相互的镜像备份,从而大大提高了RAID系统的容错度,提高了系统的稳定冗余性。

二RAID种类

RAID技术主要包含RAID 0~RAID 50等数个规范,它们的侧重点各不相同,常见的规范有如下几种:

RAID 0:RAID 0连续以位或字节为单位分割数据,并行读/写于多个磁盘上,因此具有很高的数据传输率,但它没有数据冗余,因此并不能算是真正的RAID结构。RAID 0只是单纯地提高性能,并没有为数据的可靠性提供保证,而且其中的一个磁盘失效将影响到所有数据。因此,RAID 0不能应用于数据安全性要求高的场合。

RAID 1:它是通过磁盘数据镜像实现数据冗余,在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据。当原始数据繁忙时,可直接从镜像拷贝中读取数据,因此RAID 1可以提高读取性能。RAID 1是磁盘阵列中单位成本最高的,但提供了很高的数据安全性和可用性。当一个磁盘失效时,系统可以自动切换到镜像磁盘上读写,而不需要重组失效的数据。

RAID 0+1: 也被称为RAID 10标准,实际是将RAID 0和RAID 1标准结合的产物,它的优点是同时拥有RAID 0的超凡速度和RAID 1的数据高可靠性,但是CPU占用率同样也更高,而且磁盘的利用率比较低。

RAID 2:将数据条块化地分布于不同的硬盘上,条块单位为位或字节,并使用称为“加重平均纠错码(海明码)”的编码技术来提供错误检查及恢复。这种编码技术需要多个磁盘存放检查及恢复信息,使得RAID 2技术实施更复杂,因此在商业环境中很少使用。

RAID 3:它同RAID 2非常类似,都是将数据条块化分布于不同的硬盘上,区别在于RAID 3使用简单的奇偶校验,并用单块磁盘存放奇偶校验信息。

RAID 4:RAID 4同样也将数据条块化并分布于不同的磁盘上,但条块单位为块或记录。RAID 4使用一块磁盘作为奇偶校验盘,每次写操作都需要访问奇偶盘,这时奇偶校验盘会成为写操作的瓶颈,因此RAID 4在商业环境中也很少使用。

RAID 5:RAID 5不单独指定的奇偶盘,而是在所有磁盘上交叉地存取数据及奇偶校验信息。在RAID 5上,读/写指针可同时对阵列设备进行操作,提供了更高的数据流量。RAID 5更适合于小数据块和随机读写的数据。

RAID 6:与RAID 5相比,RAID 6增加了第二个独立的奇偶校验信息块。两个独立的奇偶系统使用不同的算法,数据的可靠性非常高,即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用。但RAID 6需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间,相对于RAID 5有更大的“写损失”,因此“写性能”非常差。较差的性能和复杂的实施方式使得RAID 6很少得到实际应用。

RAID 7:这是一种新的RAID标准,其自身带有智能化实时操作系统和用于存储管理的软件工具,可完全独立于主机运行,不占用主机CPU资源。

RAID 5E(RAID 5 Enhencement): RAID 5E是在RAID
5级别基础上的改进,与RAID 5类似,数据的校验信息均匀分布在各硬盘上,但是,在每个硬盘上都保留了一部分未使用的空间,这部分空间没有进行条带化,最多允许两块物理硬盘出现故障。RAID 5E是把数据分布在所有的硬盘上,性能会比RAID5 加一块热备盘要好。

RAID 5EE: 与RAID
5E相比,RAID 5EE的数据分布更有效率,每个硬盘的一部分空间被用作分布的热备盘,它们是阵列的一部分,当阵列中一个物理硬盘出现故障时,数据重建的速度会更快。

RAID 50:RAID50是RAID5与RAID0的结合。此配置在RAID5的子磁盘组的每个磁盘上进行包括奇偶信息在内的数据的剥离。每个RAID5子磁盘组要求三个硬盘。RAID50具备更高的容错能力,因为它允许某个组内有一个磁盘出现故障,而不会造成数据丢失。

RAID 或独立(或廉价)冗余磁盘阵列

定义: “多种技术的集合,将多个廉价的磁盘驱动器作为一个单元处理,以提高性能及可靠性”

RAID 级别包括标准或复合级别:

标准级别为磁盘的群组

例如:使用两个磁盘创建一个 RAID 0 阵列

复合级别指标准级别的群组

例如:使用两个 RAID 0 阵列创建一个 RAID 00 阵列

IBM ServeRAID 适配器支持的 RAID 级别:

0、00、1、10、1E、1E0、5、5E、5EE、50、6 及 60

RAID 级别 容错性 读取性能 写入性能 说明
RAID 0 所有数据在所有驱动器上均匀分布(条带化存储)
RAID 1 很高 很高 将一个驱动器镜像复制到另一个驱动器(两个磁盘)
RAID 1E 很高 很高 对所有数据进行镜像
(两个以上的磁盘)
RAID 5 分布式校验和。数据和奇偶校验在所有驱动器上条带化存储。
RAID 5E 分布式校验和及热备份。数据、奇偶校验和热备份在所有驱动器上条带化存储。
RAID 6 很高 分布式校验和。数据和奇偶校验在所有驱动器上条带化存储–两次。

RAID 级别

容错性

读取性能

写入性能

说明

RAID
00

在多个 RAID-0 阵列上条带化(RAID-0)存储

RAID
10

很高

很高

在多个 RAID-1 阵列上条带化(RAID-0)存储

RAID
1E0

很高

很高

在多个 RAID-1E 阵列上条带化(RAID-0)存储

RAID
50

在多个 RAID-5 阵列上条带化(RAID-0)存储

RAID
5E

RAID-1分布式校验和及热备份。数据、奇偶校验和热备份在所有驱动器上条带化存储。

RAID
60

中等

在多个 RAID-6 阵列上条带化(RAID-0)存储

RAID 0

RAID 0 条带化存储,无奇偶校验

  • 优点


大型驱动器阵列,最大可用空间


通过数据分带提升性能


可用空间 = N

  • 缺点


没有冗余

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RAID 1

RAID 1 磁盘镜像

  • 优点


良好的读取性能


出色的数据冗余


驱动器最小数量  = 2


可用空间 = N/2

  • 缺点


冗余的高额费用


两个物理磁盘的局限性1677313654_thumb_l

RAID 1E

RAID 1 增强型 (RAID 1E) 磁盘分条及镜像

  • 优点


通过数据分带提升性能


出色的数据冗余


与 RAID 1 相比,阵列容量更大


驱动器最小数量  = 3


可用空间 = N/2

  • 缺点


冗余的高额费用

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RAID 5

RAID 5 数据分带,支持非对称奇偶检验

  • 优点


非常高效地利用冗余空间


驱动器最小数量  = 3


可用空间 = N – 1

  • 缺点


与 RAID 1 相比,其读/写性能低

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增强型
RAID 5 (5E)

增强型 RAID 5 (RAID 5E) 数据分带,支持非对称奇偶检验以及分布式热备份

  • 优点


通过数据分带提升性能


出色的数据冗余


与 RAID 1 相比,阵列容量更大


驱动器最小数量  = 4


可用空间 = N -2

  • 缺点


逻辑驱动器/阵列的数量

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RAID 6

RAID-6 是带双重奇偶校验 RAID 的分带集

  • 优点


多种奇偶校验类型


两套奇偶校验数据在阵列内所有的驱动器上存储


与单奇偶校验 (RAID-5) 相比,故障间的平均时间在 100 倍以上


驱动器最小数量  = 4

  • 在不丢失数据的情况下,两个驱动器可能丢失


可用空间 = N/-2


缺点


复杂的控制器设计

写入性能差

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RAID 00

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RAID 10

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RAID 1E0

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RAID 50

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RAID 5EE

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备份区总计达到 72 GB (相当于一个物理磁盘的容量),并预留作为热备份区使用。

当一个驱动器发生故障时,利用剩余的数据及奇偶信息,通过数据重建,在备份空间对数据重新分带。

RAID 60

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三IBM相关产品

入门级磁盘存储

V3500系列

主机接口:1
Gb iSCSI(可选 8 Gbps 光纤通道)

用户界面:图形用户界面
(GUI)

单/双控制器:仅限双控制器

每个控制器的缓存容量:4 GB

驱动器类型:双端口、热插拔 6 Gb SAS 磁盘驱动器

受支持的驱动器:小型
(SFF)

2.5 英寸磁盘驱动器: 146 GB、300 GB、15K
rpm 300 GB、600 GB 和
900 GB、10K rpm
500 GB、1 TB、7.2K
rpm、SAS 近线
大型 (SFF)

3.5 英寸磁盘驱动器: 2 TB 和 3 TB、7.2K
rpm

支持的最大驱动器数量 SFF 机柜:24 个
2.5 英寸驱动器 LFF 机柜:12
个 3.5 英寸驱动器

RAID 级别:RAID
0、1、5、6
和 10

风扇与电源:全冗余、热插拔

机架支持:标准
19 英寸机架安装机柜‡

管理软件:Storwize
V3500 机器编码

工作:10°C
- 35°C
(50°F
- 95°F),海平面下
30.5 米(100 英尺)到海平面上 3,000 米(9,842 英尺)
非工作:-10°C
- 50°C
(14°F
- 125°F)
相对湿度:

工作:
20% - 80% 非工作:
10% - 90% 电功率:

电压范围:100
– 240 V 交流 频率:50
- 60 Hz Power:

LFF 控制机柜:358
W SFF 控制机柜:405 W

散热(每小时
BTU):LFF 控制机柜:1,222
SFF 控制机柜:1,383

 
3169124110

DS3500

包含
6 Gbps 串行连接 SCSI (SAS)
系统,能以入门级价格提供中端性能和可扩展性

以直观而又功能强大的存储管理软件提供内置的管理专业技术

凭借全盘加密提供持续的数据安全性,并支持高性能固态驱动器 (SSD)

实现网络设备构建系统
(NEBS)
和欧洲电信标准协会 (ETSI)
合规性,并支持 48 V DC 电源

双活动型热插拔控制器

4 种接口选项
– SAS、iSCSI/SAS、光纤通道/SAS

4 个或
8 个 6 Gbps
SAS 端口

8 个
8 Gbps 光纤通道端口和 4 个
6 Gbps SAS 端口

8 个
1 Gbps iSCSI 端口和 4 个
6 Gbps SAS 端口

4 个
10 Gbps iSCSI 端口和 4 个
6 Gbps SAS 端口

2 个
6 Gbps SAS 驱动器扩展端口

多达
192 个驱动器 – 高性能、近线(本机语言)SAS、固态驱动器和 SED SAS 驱动器

EXP3512(2U,12
个 3.5 in 驱动器)和
EXP3524(2U,24
个 2.5 in 驱动器)机箱

机箱可在控制器后方混用

每个控制器
1 GB 缓存,可升级至 2 GB

镜像,电池供电,降级至闪存

电源和散热模块容纳有电源、冗余散热风扇

所有主要组件均为热插拔客户更换元件,并可轻松触及和卸下或更换

提供
DC 供电型号的 24 个
2.5 in. 驱动器的机箱(DS3524 和
EXP2524)

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中端磁盘存储

DS5000系列

最多支持16个Gb/s FC主机端口,可提供高达64Gb/s的主机连接带宽;

未来可支持4Gb/s FC,8Gb/s FC和10Gb/s iSCSI主机接口混用;

支持RAID 0,1,3,5,6,10,允许系统管理员灵活选择最适合用户环境和性能的数据保护方式;

支持在单个系统中通过混用高性能的FC硬盘和高容量的SATA硬盘建立分层次的存储;

全冗余的I/O通路,自动故障切换,在线管理等设计保证“始终在线”的数据可用性。

下图为DS5100

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其他还有DS4800系列,DS8000系列等。

高端磁盘存储

双SMP IBM POWER® 处理器,缩短周期时间并加快响应速度,从而更快速地访问数据

采用创新缓存算法的高容量缓存,可以动态自行调整缓存使用情况,从而帮助优化实时工作负载需求

I/O Priority Manager QoS manager,可以为单独的工作负载动态地分配系统资源,从而可以实现更高效的存储整合和应用程序服务管理

内部光纤通道互连,提升性能,实现更高的多用途吞吐量

驱动器选件包括各种转速的传统转轴式驱动器和超快固态驱动器,有助于支持分层式存储环境,并将多个存储系统整合至单个 DS8000 系统

IBMSystem Storage Easy Tier,监控数据吞吐量并跨适当的驱动器层自动放置数据,从而优化当前工作负载需求

IBM DS8000 Storage Tier Advisor    ,提供了一款易于使用的工具,该工具可以分析当前应用程序工作负载的性能

可从 5 TB 扩展至超过 2,300 TB 的物理容量,并可在不中断系统的情况下进行升级

支持容量升级,以满足业务的动态需求

提高容量,同时避免业务中断

自动精简配置,通过使容量配置流程实现自动化,降低存储管理成本

全盘加密 (FDE) 驱动器,保护敏感信息免受内部及外部威胁

借助用于备份或复制的时间点数据副本帮助确保在源数据丢失时恢复数据

可在后台复制数据,并使用户几乎可以立即使用源数据和复制的数据

IBM FlashCopy SE,提供节省空间的快照功能,可以大幅降低时间点副本所需的存储容量

IBM Tivoli Storage FlashCopy Manager,为流行的企业应用程序提供应用程序感知型 FlashCopy 和远程镜像功能

IBM 城域镜像、全球镜像、城域/全球镜像、z/OS 城域/全球镜像和全球复制,在远程站点创建数据的重复副本

提供多种灵活选项,以便支持多种两站点和三站点式业务连续性方案

可让用户在计划内与计划外系统和站点中断期间访问数据

支持互联网协议版本 6 (IPv6) 和美国政府标准配置文件 IPv6

提供拥有更佳安全性、寻址空间、路由性能和服务的新一代互联网协议

8352122844


参考资料

  1. http://baike.baidu.com/view/63423.htm
  2. http://www.doc88.com/p-016909015386.html
  3. http://publib-b.boulder.ibm.com/abstracts/sg247313.html?Open
  4. http://publib-b.boulder.ibm.com/redpieces/abstracts/sg248024.html?Open
  5. http://publib-b.boulder.ibm.com/redpieces/abstracts/sg248023.html?Open
  6. http://publib-b.boulder.ibm.com/abstracts/sg247145.html?Open
  7. http://publib-b.boulder.ibm.com/abstracts/redp4505.html?Open
  8. http://www-03.ibm.com/systems/cn/storage/disk/storwize_v3500/index.shtml?LNK=browse
  9. http://www-03.ibm.com/systems/cn/storage/disk/ds3500/index.shtml?LNK=browse

10.
http://www-03.ibm.com/systems/cn/storage/disk/ds5000/index.shtml?LNK=browse

11.http://www-03.ibm.com/systems/cn/storage/disk/ds8000/

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