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磁盤(pán)陣列的原理及相關(guān)知識(shí)( 五 )

云知道


RAID 4
RAID 4也使用一個(gè)校驗(yàn)磁盤(pán)，但和RAID 3不一樣，RAID 4的方式是RAID 0加上一個(gè)校驗(yàn)磁盤(pán)，如下圖：磁盤(pán)0 磁盤(pán)1 磁盤(pán)2 磁盤(pán)3 磁盤(pán)4
A0 A1 A2 A3 P1
A4 A5 A6 A7 P2
… … … … …
4N-3 4N-2 4N-1 4N PNRAID 4是以扇區(qū)作數(shù)據(jù)分段，各磁盤(pán)相同位置的分段形成一個(gè)校驗(yàn)磁盤(pán)分段(parity block)，放在校驗(yàn)磁盤(pán) 。這種方式可在不同的磁盤(pán)平行執(zhí)行不同的讀取命令，大幅提高磁盤(pán)陣列的讀取性能；但寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，因受限于校驗(yàn)磁盤(pán)，同一時(shí)間只能作一次，啟動(dòng)所有磁盤(pán)讀取同一校驗(yàn)分段的所有數(shù)據(jù)分段，與要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)做好校驗(yàn)計(jì)算再寫(xiě)入 。RAID 4在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，有和RAID 0同樣好的性能，但校驗(yàn)盤(pán)則形成寫(xiě)入時(shí)的瓶頸，因?yàn)槿绻麑?xiě)入少于一個(gè)整體分段的話，需要一個(gè)RMW cycle (Read-Modify-Write)，譬如寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)分段，控制器首先把分段的數(shù)據(jù)和該分段的校驗(yàn)驗(yàn)值讀出來(lái)，然后用校驗(yàn)值減去分段的舊數(shù)據(jù)，再加上新的數(shù)據(jù)，并計(jì)算出新的校驗(yàn)值，最后才把數(shù)據(jù)及校驗(yàn)值寫(xiě)入 。因?yàn)閿?shù)據(jù)及校驗(yàn)值都要先讀出來(lái)再寫(xiě)入，這就增加了磁盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，讀取時(shí)延（Latency）的時(shí)間 。
但如果寫(xiě)入是一個(gè)整體分段（如A0）會(huì)有較好的性能，因?yàn)榕f的數(shù)據(jù)不必讀出來(lái)，控制器直接就利用要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)計(jì)算新的校驗(yàn)值并直接寫(xiě)入所有的磁盤(pán) 。OAraid?;磁盤(pán)陣列控制器是采用這種方式，所以O(shè)Araid?;磁盤(pán)陣列的RAID 4非常適于大型文件的應(yīng)用 。
RAID 4如果校驗(yàn)磁盤(pán)故障，就變成RAID 0，讀取的性能沒(méi)有影響，但寫(xiě)入的性能提升，因?yàn)椴挥糜?jì)算校驗(yàn)值 。但如果其中一個(gè)數(shù)據(jù)盤(pán)故障，不管是對(duì)故障盤(pán)的讀取或?qū)懭攵急仨毎淹凰械姆侄巫x出來(lái)以恢復(fù)故障盤(pán)的數(shù)據(jù)，這使得RAID 4性能降低 。
RAID 5
RAID 5和RAID 4相似，但避免了RAID 4的瓶頸，方法是不用校驗(yàn)磁盤(pán)而將校驗(yàn)數(shù)據(jù)以循環(huán)的方式放在每一個(gè)磁盤(pán)中，如下圖：磁盤(pán)0 磁盤(pán)1 磁盤(pán)2 磁盤(pán)3 磁盤(pán)4
P1 A0 A1 A2 A3
A4 P2 A5 A6 A7
… … … … …
4N-3 4N-2 4N-1 PN 4N磁盤(pán)陣列的第一個(gè)磁盤(pán)分段是校驗(yàn)值，第二個(gè)磁盤(pán)至后一個(gè)磁盤(pán)再折回第一個(gè)磁盤(pán)的分段是數(shù)據(jù)，然后第二磁盤(pán)的分段是校驗(yàn)值，從第三個(gè)磁盤(pán)再折回第二個(gè)磁盤(pán)的分段是數(shù)據(jù)，以此類推，直到放完為止 。圖中的第一個(gè)P1是由A0，A1，…，A3計(jì)算出來(lái)，第二個(gè)校驗(yàn)值分段，P2是A4，A5，…，A7計(jì)算出來(lái)，也就是校驗(yàn)值是由各磁盤(pán)同一位置的分段的數(shù)據(jù)所計(jì)算出來(lái) 。這種方式能大幅增加小檔案的存取性能，不但可同時(shí)讀取，甚至有可能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)寫(xiě)入的動(dòng)作，如可寫(xiě)入數(shù)據(jù)至磁盤(pán)1而其校驗(yàn)值分段在磁盤(pán)2，同時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)到磁盤(pán)4而其校驗(yàn)值分段在磁盤(pán)1，這對(duì)聯(lián)機(jī)交易處理（OPTP, On-Line Transaction Processing）如銀行系統(tǒng)、金融、股市等，或大型數(shù)據(jù)庫(kù)的處理提供了最佳的解決方案（solution），因?yàn)檫@些應(yīng)用的每一筆數(shù)據(jù)量小，磁盤(pán)輸入輸出頻繁而且必須容錯(cuò) 。

(接上）事實(shí)上，RAID 5的性能并無(wú)如此理想，因?yàn)槎鄶?shù)數(shù)據(jù)的修改，都要把同一校驗(yàn)值分段的所有數(shù)據(jù)讀出來(lái)修改后，做完校驗(yàn)計(jì)算再寫(xiě)回去，也就是RMW cycle，所以RAID 5和RAID 4在寫(xiě)入上有相同的難題，但因RAID 5校驗(yàn)值分散在各個(gè)盤(pán)的不同位置，相當(dāng)程度地分散了負(fù)載，故有較好的性能，尤其是對(duì)小型數(shù)據(jù) 。正因?yàn)闋恳话l(fā)而動(dòng)全身，所以：
R：N（可同時(shí)讀取所有磁盤(pán)）
W：1（可同時(shí)寫(xiě)入磁盤(pán)數(shù)）
S：N-1（利用率）
RAID 5的控制比較復(fù)雜，尤其是利用硬件對(duì)磁盤(pán)陣列的控制，因?yàn)檫@種方式的應(yīng)用比其他的RAID level要掌握更多的事情，有更多的輸入輸出需求，既要速度快，又要處理數(shù)據(jù)，計(jì)算校驗(yàn)值，做錯(cuò)誤校正等，所以價(jià)格較高；其應(yīng)用最好是OLTP，至于用于大型文件，不見(jiàn)得有最佳的性能 。

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