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目前,许多物流企业的物流信息化工作没有解决好运作层和运作管理层的信息采集问题,以至于系统缺乏足够信息源,因而大大影
响整个企业信息资源的开发利用。
另一方面,不少企业忽视信息资源规划工作,缺乏统筹规
划和统一的信息标准,致使设计、生产和经营管理信息不能快捷流通,不能共享,形成许多
信息孤岛”,企业还没有享受到信息化投资应产生的效益,从而严重阻碍了物流企业信息化
管理现状的进程。
信息化建设中的RAID技术应用分析
发表时间:
2010-11-24石方夏岳凤芝来源:
万方数据
关键字:
RAIDRAID存储技术独立磁盘冗余阵列存储
信息化应用调查我要找茬在线投稿加入收藏发表评论好文推荐打印文本
从信息化建设的角度出发,聍信息化建设中的RAID存储技术进行了介绍,分析了在使用RAID技术的过程中不同RAID级别的优点和不足,并对不同的信息化建设部门采用不同的RAID模式给了一些建议。
最后.对RAID的实现方式和日常维护进行分析说明,以期在信息化建设中能充分发挥RAID的作用。
信息化建设是在国家统一规划和组织下,在农业、工业、教育、科学技术、国防及社会
生活各方面,应用现代信息技术深入开发和广泛利用信息资源,加速国家实现现代化的过程。
随着计算机网络技术及通信技术的日益发展,信息化建设已成为一种不可阻挡的潮流。
随着信息化建设的不断推进,信息量不断骤增,原来一直在后台服务于计算机及通信技
术的存储问题也从幕后走到台前,而且越来越显示出它的重要性。
在众多的存储技术中,RAID
技术以其优异的性能在信息存储中起到了巨大的作用。
1、RAID技术简介
RAID(RedundantArrayofIndependentDisks,独立磁盘冗余阵列)是一种使用多磁盘
驱动器来存储信息的信息存储系统,它可以使用多种不同的存储技术来实现不同等级的冗余、
错误恢复和数据保护功能。
通过RAID可以在一个或多个磁盘出现故障的情况下防止数据丢
失,而对磁盘阵列的操作与单个硬盘一样,用户不必规划数据在各磁盘的分布。
因而,磁盘
空间的使用率得到了提高,而且磁盘容量几乎可作无限的延伸。
由于存取数据时各个磁盘一
起作存取的动作,所以存取更为快捷,大幅加快了数据存取的时间。
用RAID技术进行数据
信息的存储是一个符合服务器大容量硬盘、大量数据存储、保护数据安全性、提高运行速度
等综合要求的信息数据存储方案。
2、RAID技术的工作原理及特点
2.1RAID技术原理
RAID系统由两个主要部件组成:
RAID控制器及磁盘阵列。
控制器是RAID系统的核心,
负责路由、缓冲以及管理主机和磁盘阵列之间的数据流。
磁盘阵列把多个磁盘组织起来,由
阵列管理程序进行统一管理,而给用户看到的是一个或多个虚拟盘。
当用户对这个虚拟磁盘
进行操作时,这些操作经过管理程序的处理,最终由物理磁盘执行,并将结果告诉给用户,用户对磁盘阵列的操作与对一般硬盘进行的操作没有区别。
RAID使用一组磁盘同时进行I/O操作,从而获得更大的I/O吞吐量,并依靠存储冗余信息来保障数据的安全性。
RAID可以连接NASSAN网络或直接连到主机服务器上,以网络连接存储系统的方式存储信息、提供服务。
2.2RAID的特点
2.2.1高传输速率、大数据吞吐量
RAID通过同时使用多个磁盘,提高了传输速率。
RAID通过在多个磁盘上同时存储和读
取数据来大幅提高存储系统的数据吞吐量。
RAID可以达到单个磁盘驱动器几倍至上百倍的
传输速率,这也是设计RAID的初衷。
222超强容错功能、更高的数据安全性
通过数据校验,RAID可以实现容错功能。
而普通磁盘驱动器则无法提供容错功能。
RAID
容错是建立在每个磁盘驱动器的硬件容错功能之上的,所以它提供了更高的安全性。
在很多
RAID模式中都有较为完备的相互校验/恢复措施,甚至是直接相互镜像备份,从而大大提高
了RAID系统的容错能力。
2.2.3功能冗余
RAID增加了系统的可用性和实时性。
其中最为重要的是“热备份”,它能在系统正常运行的状态下替换掉出故障的硬盘。
当RAID中的硬盘出现故障时,功能冗余保证了数据的
安全性。
2.2.4辅助技术
RAID系统在读写用户数据时需要花费时间来进行数据校验,这样就产生了操作瓶颈,使整个系统的性能受到重大影响。
为了解决这个问题,RAID系统融入高速缓存、并行处理、
助写盘和数据映射技巧等辅助技术,使RAID的整体运行性能有所提高。
3、RAID技术在信息存储中的应用
3.1RAID的级别
3.1.1RAID0
RAID0的主要特点就是条带化。
RAID0连续以位或字节为单位分割数据,并行读写于
多个磁盘上,当一组磁盘阵列被条带化成RAID0模式时,数据块被分别存储在多个磁盘中,
读写操作时,数据从多个磁盘同时进行,有效地提高了磁盘读写的速度。
由于读写负载是在
RAID0卷的磁盘中平衡的,所以应考虑使用统一型号、容量的硬盘,以提高RAID0磁盘阵
列的读写效率和性能。
图1是RAID0磁盘阵列中数据条带化。
图1RAIDOJ»
盘律列申软据峯箒花
虽然RAID0提高了读写速度,但它没有数据冗余,其中的一个磁盘出现故障将影响到所有数据,数据的安全性没有保障。
因此,RAID0不能应用于对数据安全性要求高的信息
化建设单位。
当将磁盘阵列设置成RAID0模式时,磁盘阵列的总容量等于该阵列最小磁盘容量乘上磁盘数量。
例如:
5个300GB的硬盘和一个250GB硬盘组成RAID0,则可得到的磁盘空间是1500GB(250GBX6)。
RAID0的应用建议:
图像编辑、非最终版本的预编辑应用系统、需要高性能的应用环境以及对数据的传输率要求较高的单位。
3.1.2RAID1
当把一个磁盘阵列设置成RAID1模式时,事实上是建立了一个RAID镜像,即相同的数
据被同时写到两个对等的硬盘上,读写操作也是在两个硬盘上同时进行。
在执行读操作时,RAID1使用查询技术和负载均衡技术,使硬盘读操作用最有效的方式分布执行。
只要有一个硬盘相对空闲或磁头距所读数据较近,则该读操作将在该磁盘首先
执行。
RAID1可以提高读取性能和安全性,但RAID1是磁盘阵列中单位成本最高的阵列模
式,它的存储容量只有阵列总容量的一半。
图2为RAID1镜像模式下,两个磁盘上数据的
分布示意。
图2商个磁盘上就据的分储杂第
RAID1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。
一个硬盘出错,另一个镜像硬盘可继续工作,该功能被称为容错。
如果将损坏的硬盘更换为一个新硬盘,则另一个好的硬盘会自动将其数据镜像到新的硬盘上,而不需要重组失效的数
据。
考虑RAID1的特点,在使用RAID1时需使用偶数量的磁盘,也就是说RAID1至少由
两个硬盘或更多的偶数块硬盘组成。
100GB
设置成RAID1模式的阵列容量等于两个磁盘中较小那个的容量。
例如,一个的硬盘和一个120GB的硬盘组成RAID1,则其RAID1卷的容量等于100GB。
RIAD1的建议应用环境:
财务部门、付款部门、需要高可用性以及对数据的安全有较
咼要求的部门。
3.1.3RAID0+1
RAID0+1也被称为RAID10标准,特点是镜像/条带。
实际是将RAID0和RAID1相结合的产物,在连续地以位或字节为单位分割数据并且并行读/写的同时,为每一块磁盘作磁
盘镜像进行冗余。
既可以利用RAID0的读写速度提高存储性能,又可以利用RAID1的镜像
保护数据。
它的优点是同时拥有RAID0的超凡速度和RAID1的数据高可靠性,但是CPU占用率十分高,而且磁盘的利用率也比较低。
设置RAID10至少需要安装4块硬盘,当把4块磁盘设置成RAID10后,每一对磁盘被设置成镜像,每一对磁盘之间被设置成条带以便数据快速传输。
图3为RAID10的数据分布
及镜像示意。
图3RAID10的就据分布及钱1械#%
设置成RAID10模式的阵列容量等于最小磁盘的容量乘以磁盘个数除以2。
RAID10的建议应用环境:
图像处理、数据库服务器、一般文件服务器、备份磁盘驱动
器及在信息化建设中对存储速度和数据安全性都有要求的单位可以考虑用这种磁盘阵列模式。
3.1.4RAID3
RAID3是将数据条块化分布于不同的硬盘上,并使用简单的奇偶校验,用单块磁盘存
放奇偶校验信息。
如果一块磁盘故障,奇偶盘及其他数据盘可以重新产生数据,奇偶盘故障
则不影响数据使用。
RAID3对于大量的连续数据可提供很好的传输率,但对于随机数据来说,奇偶盘会成为写操作的瓶颈,传输速度会受到影响。
RAID3特别适合在大型、连续性档案以写入为主的如绘图、数据仓储、视讯编辑、影像、高速数据撷取、多媒体等单位应用。
3.1.5RAID5
RAID5是分布式校验的条带块模式,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。
RAID5不单独指定奇偶校验盘,而是在所有磁盘上交叉地存取数据及奇偶
校验信息,任何一块硬盘上的数据丢失,均可以通过校验数据推算出来。
图4为RAID5条
带化数据和校验信息存放示意。
RAID5是目前应用最广泛的RAID技术。
它和RAID3最大的区别在于校验数据是否平
均分布到各块硬盘上。
RAID5具有数据安全、读写速度快,空间利用率高等优点,应用非
常广泛,但不足之处是如果一块硬盘出现故障,整个系统的性能将大大降低。
图4RAID5条带化It据和就脸信息存救示壽
尽管如此,RAID5还是被认为是最富有弹性的RAID级别。
在信息化建设中是一种不错
的信息数据存储选择,设置RAID5至少需要3块硬盘。
RAID5的建议应用环境:
文件和应用服务器、网站、电子邮件和新闻服务器、企业内网服务器等。
RAID6是由一些大型企业提出来的私有RAID级别标准,其全称为“IndependentData
DiskswithTwoIndependentDistributedParitySchemes(带有两个独立分布式校验方案
的独立数据磁盘)”。
RAID6不同于RAID5的只能为每一个磁盘提供一个校验值,RAID6
为每一个磁盘提供二个校验值(见图5)。
由于校验值的使用可以达到恢复数据的目的,因此
多增加一位校验位,数据恢复的能力就越强。
同时RAID6阵列中允许出现故障的磁盘可以
达到2个,但相应的阵列磁盘数量最少也要4个。
不过在增加一位校验位后,就需要一个比
较复杂的控制器来进行控制,同时也使磁盘的写能力降低,并且还需要占用一定的磁盘空间。
因此,这种RAID级别应用还比较少,图5为RAID6校验数据存放示意图。
RAID6的优点如下:
容量较好,可用N-2块磁盘的容量;
可靠性极高,能在双重故障的情况下恢复数据,解
决了SATA磁盘和低端磁盘经常出现故障和读/写错误的问题。
但也存在着不足之处:
写人性
能较低,仅为RAID0的六分之一。
3.1.7RAID7
RAID7是一种新的RAID标准,RAID7不仅仅是一种技术,还是一种“存储计算
机”(StorageComputer)。
RAID7与其他RAID标准有明显区别。
RAID7等级是至今为止,
理论上性能最高的RAID模式。
在RAID7中,多个硬盘组成一个“柱子”,它们都有各自的通道。
这样做的好处就是在读/写某一区域的数据时,可以迅速定位,不会因单个硬盘的限制,同一时间只能访问该数据区的一部分。
另外,RAID7可完全独立于主机运行,不占用主机CPU资源。
RAID7是一套实时事件驱动操作系统,主要用来进行系统初始化和安排RAID7磁盘阵列的所有数据传输,并把它们转换到相应的物理存储驱动器上。
通过存储计算机操作系统来设定和控制读写速度,可使主
机I/O传递性能达到最佳。
如果一个磁盘出现故障,还可自动执行恢复操作,并可管理备份磁盘的重建过程。
所有的I/O传输都是异步的,因为它有自己独立的控制器和带有Cache的接口,与系统
时钟并不同步。
如果RAID7有N个磁盘,那么除去一个校验盘(用作冗余计算)外,可同时
用N-1个主机系统随机发出的读/写指令,从而显著地改善了I/O性能。
RAID7系统内置实时操作系统还可自动对主机发送过来的读/写指令进行优化处理,以
智能化方式将可能被读取的数据预先读人快速缓存中,从而大大减少了磁头的转动次数,提
高了I/O速度。
RAID7可帮助用户有效地管理EI益庞大的数据存储系统,并使系统的运行效率提高至少一倍以上,满足了各类用户的不同需求。
3.1.8RAID5E
RAID5E(RAID5Enhencement)是在RAID5级别基础上的改进,与RAID5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。
RAID5最多允许两块物理硬盘出现故障。
由于RAID5E是把数据分布在所有的硬盘上,性能会比RAID5加一块热备盘更好。
当
一块硬盘出现故障时,有故障硬盘上的数据会被压缩到其它硬盘上未使用的空间,逻辑盘保
持RAID5级别。
图6是RAID5E的结构及工作原理。
图6RAID5E的姑构及工柞原克
从信息化建设的角度出发,聍信息化建设中的RAID存储技术进行了介绍,分析了在使用RAID技术的过程
中不同RAID级别的优点和不足,并对不同的信息化建设部门采用不同的RAID模式给了一些建议。
与RAID5E相比,RAID5EE的数据分布更有效率,每个硬盘的一部分空间被用作分布热备盘,它们是阵列的一部分。
图7是RAID5EE的数据分布、校验数据分布以及热备空间
D
9
P
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O
3
p
S
F
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S7RAID5EE的數慑分布■枚验数攥分布=—亠-亠uors
以友热备空何分布示盘」
图7中D为数据,P为校验信息,S是热备的空间。
从图7中可以看出,被预留出来的热备空间是均匀分布在硬盘上的。
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,这与它的数据分布结构是紧密相关的。
3.2RAID的实现方式
磁盘阵列有两种方式可以实现,那就是“软件阵列”与“硬件阵列”。
软件阵列是指通过网络操作系统自身提供的磁盘管理功能将连接的普通SCSI卡上的多
块硬盘配置成逻辑盘,组成阵列。
如微软的WindowsNT/2000Server/Server2003和NetVoll的NetWare两种操作系统都可以提供软件阵列功能,其中WindowsNT/2000Server/Server2003可以提供RAID0,
RAID1,RAID5;
NetWare操作系统可以实现RAID1功能。
软件阵列可以提供数据冗余功能,但是磁盘子系统的性能会有所降低。
硬件阵列是使用专门的磁盘阵列卡来实现的,现在
的非入门级服务器几乎都提供磁盘阵列卡,不管是集成在主板上或非集成的都能轻松实现阵
列功能。
硬件阵列能够提供在线扩容、动态修改阵列级别、自动数据恢复、驱动器漫游、超高速缓冲等功能。
它能提供性能、数据保护、可靠性、可用性和可管理性的解决方案。
磁盘阵列卡拥有一个专门的处理器和专门的存贮器,用于高速处理和高速缓冲数据。
这样一来,服务器对磁盘的操作就直接通过磁盘阵列卡来进行,因此不需要大量的CPU及系统内存资源,
不会降低磁盘子系统的性能。
3.3RAID的安全管理
(1)注意检查运行日志文件
磁盘阵列的日志文件详细记录了磁盘阵列内部运行情况,包括发生的每个事件序列号、严重级别、相关的服务器IP地址、有关设备的具体位置及事件发生的时间等内容,这些信
息对于诊断和排除磁盘阵列故障十分有用。
(2)注意备份系统配置参数
建立磁盘阵列系统后,要及时记录磁盘阵列的逻辑配置、物理配置、状态配置等参数,具体包括使用的每个逻辑盘大小、RAID类型、条带容量、数据写人磁盘方式,由哪些物理
磁盘组成,每个物理磁盘的通道号、目标序列号、生产厂家、型号、容量、阵列控制器的型号等。
(3)定时备份重要数据
配备了磁盘阵列并不意味着可以高枕无忧。
基于设备投入成本、技术复杂性等因素,无
法同时采用阵列控制器冗余、磁盘冗余、热备用磁盘、备用电池或双UPS电源供电等技术,
所以对重要业务数据一定要备份。
数据备份的介质可以是磁带、可读写光盘,或磁盘。
备份
方式可以是通过操作系统本地备份或通过网络系统远程备份。
(4)建立热备用磁盘
热备用磁盘也是RAID技术的又一项技术,当磁盘阵列中一个正在使用的物理磁盘发生故障后,一个待机的磁盘会立刻上线,代替此故障盘,阵列控制器根据逻辑驱动器上的冗余
数据,通过校验算法把原来存储在故障盘上的数据重建到热备用磁盘上。
热备用磁盘必须符
合三个条件:
一是空间容量不小于故障盘的容量;
二是平时必须是空盘,即闲置不用;
三是
阵列控制器自动重建数据功能正常有效。
在_个阵列中,只能有一个热备用磁盘。
热备用磁
盘增加了一次数据逃生的机会,系统管理员要及时更换发生故障的磁盘,并指定新的热备用
磁盘。
(5)定期检查数据一致性
通过对RAID互为镜像的磁盘数据一致性检查;
或对主数据块进行重新校验,将产生的校验数据与冗余数据比较,可以发现不一致的错误数据。
一致性检查一般间隔时间以每周1〜2次为宜。
4、结语
目前成熟的RAID技术有RAID0,RAID1,RAID3,RAID5,RAID10,RAID35等,在信息化建设的过程中,不同的单位要根据自己的实际需要合理地选择自己的RAID模式,通
过灵活配置磁盘阵列来获得更加符合其要求的磁盘存储系统。
这样,在信息化建设中,RAID
技术才能发挥最大的作用,信息化建设才会更加有成效。
沁园春•雪
北国风光,千里冰封,
万里雪飘。
望长城内外,惟余莽莽;
大河上
下,顿失滔滔。
山舞银蛇,原驰蜡象,
欲与天公试
比高。
须晴日,看红装素裹,
分外妖娆。
江山如此多娇,引无数英雄竞折腰。
惜秦皇汉武,略输文采;
唐宗宋祖,稍逊风骚。
一代天骄,成吉思汗,只识弯弓射大雕。
俱往矣,数风流人物,还看今朝。
1克
出师表
两汉:
诸葛亮
先帝创业未半而中道崩殂,今天下三分,益州疲弊,此诚危急存亡之秋也。
然侍卫之臣
不懈于内,忠志之士忘身于外者,盖追先帝之殊遇,欲报之于陛下也。
诚宜开张圣听,以光先帝遗德,恢弘志士之气,不宜妄自菲薄,引喻失义,以塞忠谏之路也。
宫中府中,俱为一体;
陟罚臧否,不宜异同。
若有作奸犯科及为忠善者,宜付有司论其刑赏,以昭陛下平明之理;
不宜偏私,使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等,此皆良实,志虑忠纯,是以先帝简拔以遗陛下:
愚以为宫中之事,事无大小,悉以咨之,然后施行,必能裨补阙漏,有所广益。
将军向宠,性行淑均,晓畅军事,试用于昔日,先帝称之曰能”,是以众议举宠为督:
愚以为营中之事,悉以咨之,必能使行阵和睦,优劣得所。
亲贤臣,远小人,此先汉所以兴隆也;
亲小人,远贤臣,此后汉所以倾颓也。
先帝在时,每与臣论此事,未尝不叹息痛恨于桓、灵也。
侍中、尚书、长史、参军,此悉贞良死节之臣,愿陛下亲之、信之,则汉室之隆,可计日而待也r^iT
臣本布衣,躬耕于南阳,苟全性命于乱世,不求闻达于诸侯。
先帝不以臣卑鄙,猥自枉屈,三顾臣于草庐之中,咨臣以当世之事,由是感激,遂许先帝以驱驰。
后值倾覆,受任于败军之际,奉命于危难之间,尔来二十有一年矣。
先帝知臣谨慎,故临崩寄臣以大事也。
受命以来,夙夜忧叹,恐托付不效,以伤先帝之明;
故五月渡泸,深入不毛。
今南方已定,兵甲已足,当奖率三军,北定中原,庶竭驽钝,攘除奸凶,兴复汉室,还于旧都。
此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。
至于斟酌损益,进尽忠言,则攸之、祎、允之任也。
愿陛下托臣以讨贼兴复之效,不效,则治臣之罪,以告先帝之灵。
若无兴德之言,则责攸之、祎、允等之慢,以彰其咎;
陛下亦宜自谋,以咨诹善道,察纳雅言,深追先帝遗诏。
臣不胜受恩感激。
今当远离,临表涕零,不知所言。
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