真“假”RAID6对决

八喜 · 发表于 2007-6-10 18:49:15

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随着人们对双磁盘容错的需求越来越迫切，RAID6也越来越流行，市场关注度也越来越高。而早在RAID6出现以前，一些存储厂商为提高自身存储系统的可靠性，也研发了一些能够支持两个磁盘故障的RAID技术，比较有代表性的包括RAID5E，RAID5EE，以及RAID10和RAID01，这里暂且称呼它们为“假”RAID6或者准RAID6技术。

同样是双磁盘容错技术，它们和真RAID6技术到底有何差别？具体有什么优劣势？

RAID5E & RAID5EE

RAID5E和RAID5EE是被经常提起的支持两个磁盘故障的技术，IBM的存储系统就是广泛采用这种RAID技术来实现双磁盘容错。它到底是如何实现，包含什么样的功能？

图－1 RAID5E

RAID5E，是在RAID5中每个 Extent (它是在IBM主机中用于创建RAID的单位) 的后面加入了热备用空间 (Hot Space，如图－1中Extent尾部的HS0、HSr、HSp等) 。如Extent0故障，那么其他剩余Extents的热备份空间将会被用来重建和重新分配数据，并保证剩下的Extents为RAID5的一部分。从而使得即使一个Extent故障，也能马上有热备用磁盘来替换它，并重建RAID5，从而又带来容错力；从而达到所说的支持两个磁盘故障。

但是，它所能容忍的并不是任何两个磁盘同一时刻故障，可以将它看作是RAID5和在线热备用磁盘(online hot spare drives)的变体。它将I/O操作时的数据分布到所有磁盘，包括热备用磁盘；从而减少了每个磁盘的带宽，带来更高的效率。然而，这也就意味着热备用磁盘不能够被多个阵列共享。

在RAID5E中，没有专用的热备用磁盘，就像RAID5中没有专门的校验磁盘一样，热备用数据块是分布到所有的磁盘中；从而，对于10个磁盘的RAID5E，每个磁盘的80%被用于存储数据，10%用于存储校验，10%用于热备用。

图－2 RAID5EE

此外，RAID5EE和RAID5E类似，只是热备用空间被分布在各个Extents中，就像RAID5的检验数据那样分散布置一样；如过某个Extent故障，那么剩余Extent中的热备用空间(如图-2中的HS0, HS1, HS2等)，将会被立即用于重建数据，并保证它成为原来RAID5的一部分，从而达到所说的支持两个磁盘故障。

同RAID5E相比，它不是把热备用空间放到每个Extent的尾部，而是分布在数据块其中，它也不允许任何两个磁盘同一时刻故障。不过，RAID5EE在进行热替换时，其寻址可能会更加方便和灵活。

八喜 · 发表于 2007-6-10 18:50:25

RAID10 & RAID01
关于RAID10和RAID01的对比，曾引起过广泛的争论；下面,通过相关图示进行对比和解释。

RAID10是RAID1和RAID0的组合运用，它第一层为RAID1模式，第二层为RAID0模式，从而结合了两者的优点，提供了新的特性，如图-4所示。如果在下层RAID1中的某个磁盘出现故障，并不会影响数据的读取；然而，如果出现故障的磁盘没有被替换，那么那个剩下的磁盘将会成为单点故障；但是，如果该单点故障的磁盘再次损坏，那么整个阵列[wiki]存储[/wiki]的数据将会丢失；因此RAID10能支持的并不是任意两个磁盘故障，如图－4中：

图－4 RAID10

a) Disk0和Disk1不能同时损坏，否则数据不能正常读取；
b) Disk2和Disk3不能同时损坏，否则数据也不能正常读取；

RAID10常被应用到高负载的数据库中，因为它不需要进行校验计算，所以能够进行高速的I/O处理，带来更好的性能。

RAID01和RAID10类似，只不过它先做RAID0，然后再利用RAID1来完成两层RAID的设置；当某个RAID0中的一个磁盘损坏，那么损坏的数据将被转换到另一组RAID0；如图-5所示，当在不同RAID0组中的两个磁盘同时故障时，也会导致该RAID01失效；但是它却没有RAID10那么强健(robust)，如：

图－5 RAID01

a) Disk0和Disk2不能同时故障，此时两个RAID0都故障，数据不能读取；
b) Disk0和Disk3不能同时故障，此时两个RAID0都故障，数据不能读取；
c) Disk1和Disk2不能同时故障，此时两个RAID0都故障，数据不能读取；
d) Disk1和Disk3不能同时故障，此时两个RAID0都故障，数据不能读取；

显然，比起RAID10，RAID01导致故障的组合更多；其实，从数据存储的逻辑位置来看，RAID01和RAID10基本是一样，如果在设计过程中，加入智能识别的能力，两者可以达到一样的[wiki]容错[/wiki]可靠性。

除了以上几种双磁盘容错技术外，前面我们已经详细解析过RAID6的算法了，它通过P+Q的双重校验技术，采用基于伽罗瓦域(Galois Field)计算的里德-所罗门(Reed-Solomon)编码，从而允许任意两个磁盘同时故障。

八喜 · 发表于 2007-6-10 18:51:01

对比、分析与总结

一般情况下，如果磁盘没有故障，raid 5写操作还可以，可是一旦一块磁盘故障，性能会大幅下降。raid组中磁盘越多，性能越差，原来一个写操作只需并行完成两个磁盘写，而如果raid中1块磁盘有故障，8块盘的raid 5需要完成7个块盘的并行读和两块盘的并行写。

通常写操作可以100% cache hit，而读操作能做到90%以上就已经很不错了，何况这种大规模的磁盘读，所以一定需要物理读，写cache是0.00x毫秒级的，而物理读写需要若干毫秒，respnd time可能达到1000倍以上的差别，我们把这种现象称之为写惩罚。

对大型系统，这种性能变化无法接受，即使是故障的时候，因此才会有诸多双磁盘容错技术的引入。我们把这些双磁盘容错技术做一个对比：

表-1 各种[wiki]RAID[/wiki]对比表

由上表可见，RAID6提供了高可靠性，但是随之而来的却是性能的影响；RAID5E和RAID5EE结合了RAID5和热备用技术，在某种程度上支持两个磁盘故障，其容错能力相对与RAID5和RAID6之间，不过它也需要计算校验，因而对性能也会有一定影响；而RAID01和[wiki]RAID1[/wiki]0可以某两个盘同时故障，其容错能力相对RAID6较弱，不过它不需要校验，从而带来了更好的性能，但是其存储空间的利用率不高。

针对以上不同真假RAID6的技术特性，各厂商也采取了不同的策略。比如，HDS就宣称支持RAID6；而EMC认为RAID10也能满足需求，并且还有其他的存储技术来达到高可靠性，因此目前还不支持RAID6；而IBM则对RAID5E和RAID5EE支持较多,用它来满足高性能的需求；对于中低端应用，比如[wiki]SATA[/wiki]阵列，由于SATA磁盘的平均故障间隔时间(Mean Time To Failure, MTTF)的影响，大部分都支持RAID6。

由此我们可见，在双磁盘容错的实现方式中，RAID6并不是唯一的，也不是最完美的解决方案。以上提到的几种RAID技术，都可实现双磁盘容错，且各有各自的特色，以及对应的应用领域；用户所需要作的是根据自己的环境、功能和预算，选择合适的技术，来满足自己的需求。

jason888 · 发表于 2008-8-7 03:14:13

thanks.............................................
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