[宏圖學(xué)院課件]raid磁盤陣列

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1、[宏圖學(xué)院課件]raid磁盤陣列深入分析各種raid模式本文從低層原理上，深入透析了目前存在的7種raid模式的組成原理，結(jié)構(gòu)，并深刻分析了各種級(jí)別相對于單盤IO速率的變化。Raid0Raid0是這樣一種模式：我們拿5塊盤的raid0為例子。上圖中5個(gè)豎條，分別代表5個(gè)磁盤上的一個(gè)extent，也就是豎條的意思，每個(gè)磁盤被邏輯的劃分為N個(gè)這種extent。然后再在磁盤相同偏移的extent上，橫向邏輯分割，形成strip，一個(gè)strip橫跨過的extent個(gè)數(shù)，稱為striplenth，而一個(gè)strip和一個(gè)extent交叉帶，稱為一個(gè)segment

2、，一個(gè)segment中所包含的datablock個(gè)數(shù)，稱為stripdepth。Datablock，可以是N倍個(gè)扇區(qū)大小的容量，應(yīng)該可以調(diào)節(jié)，或者不可調(diào)，隨控制器而定。Raid0便是將一系列連續(xù)編號(hào)的datablock，分布到多個(gè)物理磁盤上，擴(kuò)散IO，提高性能。其分布的方式，如圖所示：這個(gè)例子中，條帶深度為4，則0、1、2、3號(hào)datablock，被放置到第一個(gè)條帶的第一個(gè)segment中，然后4、5、6、7號(hào)block，放置到第一個(gè)條帶的第二個(gè)segment中，依此類推，條帶1放滿后，繼續(xù)放條帶2。這種特性，稱為“局部連續(xù)”，因?yàn)閎lock只有在一

3、個(gè)segment中是物理連續(xù)的，邏輯連續(xù)，就需要跨物理磁盤了。對外來說，參與形成raid0的各個(gè)物理盤，會(huì)組成一個(gè)邏輯上連續(xù)，物理上也連續(xù)的虛擬磁盤。磁盤控制器對這個(gè)虛擬磁盤發(fā)出的指令，都被raid控制器截獲，分析，根據(jù)block映射關(guān)系公式，轉(zhuǎn)換成對組成raid0的各個(gè)物理盤的真實(shí)物理IO請求指令，收集或?qū)懭霐?shù)據(jù)之后，再提交給主機(jī)磁盤控制器。Rai0還有另一種非條帶化模式，即寫滿其中一塊物理磁盤之后，再接著寫另一塊，直到所有組成磁盤全部寫滿。這種模式，對IO寫沒有任何優(yōu)化，但是對IO讀，能提高一定的并發(fā)IO讀幾率。在進(jìn)一步講述raid0和其他rai

4、d級(jí)別之前，我們先來看一下IO的種類。IO按照可以分為：讀/寫IO，大/小塊IO，連續(xù)/隨機(jī)IO，順序/并發(fā)IO。下面我們來分別介紹每一種IO。讀/寫IO，這個(gè)就不用多說了，讀IO，就是發(fā)指令，從磁盤讀取某段扇區(qū)的內(nèi)容。指令一般是通知磁盤開始扇區(qū)位置，然后給出需要從這個(gè)初始扇區(qū)往后讀取的連續(xù)扇區(qū)個(gè)數(shù)，同時(shí)給出動(dòng)作是讀，還是寫。磁盤收到這條指令，就會(huì)按照指令的要求，讀或者寫數(shù)據(jù)。控制器發(fā)出的這種指令＋數(shù)據(jù)，就是一次IO，讀或者寫。大/小塊IO，指控制器的指令中給出的連續(xù)讀取扇區(qū)數(shù)目的多少，如果數(shù)目很大，比如128，64等等，就應(yīng)該算是大塊IO，如果很小

5、，比如1，4，8等等，就應(yīng)該算是小塊IO，大塊和小塊之間，沒有明確的界限。連續(xù)/隨機(jī)IO，連續(xù)和隨機(jī)，是指本次IO給出的初始扇區(qū)地址，和上一次IO的結(jié)束扇區(qū)地址，是不是完全連續(xù)的，或者相隔不多的，如果是，則本次IO應(yīng)該算是一個(gè)連續(xù)IO，如果相差太大，則算一次隨機(jī)IO。連續(xù)IO，因?yàn)楸敬纬跏忌葏^(qū)和上次結(jié)束扇區(qū)相隔很近，則磁頭幾乎不用換道或換道時(shí)間極短；如果相差太大，則磁頭需要很長的換道時(shí)間，如果隨機(jī)IO很多，導(dǎo)致磁頭不停換道，效率大大降底。順序/并發(fā)IO，這個(gè)的意思是，磁盤控制器每一次對磁盤組發(fā)出的指令套（指完成一個(gè)事物所需要的指令或者數(shù)據(jù)），是一條還

6、是多條。如果是一條，則控制器緩存中的IO隊(duì)列，只能一個(gè)一個(gè)的來，此時(shí)是順序IO；如果控制器可以同時(shí)對磁盤組中的多塊磁盤，同時(shí)發(fā)出指令套，則每次就可以執(zhí)行多個(gè)IO，此時(shí)就是并發(fā)IO模式。并發(fā)IO模式提高了效率和速度。說完了4種IO模式，我們再來說2個(gè)概念：IO并發(fā)幾率。單盤，IO并發(fā)幾率為0，因?yàn)橐粔K磁盤同時(shí)只可以進(jìn)行一次IO。對于raid0，2塊盤情況下，條帶深度比較大的時(shí)候（條帶太小不能并發(fā)IO，下面會(huì)講到），并發(fā)2個(gè)IO的幾率為1/2。其他情況請自行運(yùn)算。IOPS。一個(gè)IO所用的時(shí)間＝尋道時(shí)間＋數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。IOPS＝IO并發(fā)系數(shù)/（尋道時(shí)間＋數(shù)

7、據(jù)傳輸時(shí)間），由于尋道時(shí)間相對傳輸時(shí)間，大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，所以影響IOPS的關(guān)鍵因素，就是降底尋道時(shí)間，而在連續(xù)IO的情況下，尋道時(shí)間很短，僅在換磁道時(shí)候需要尋道。在這個(gè)前提下，傳輸時(shí)間越少，IOPS就越高。每秒IO吞吐量。顯然，每秒IO吞吐量＝IOPS乘以平均IOSIZE。Iosize越大，IOPS越高，每秒IO吞吐量就越高。設(shè)磁頭每秒讀寫數(shù)據(jù)速度為V，V為定值。則IOPS＝IO并發(fā)系數(shù)/（尋道時(shí)間＋I(xiàn)OSIZE/V），代入，得每秒IO吞吐量＝IO并發(fā)系數(shù)乘IOSIZE乘V/（V乘尋道時(shí)間＋I(xiàn)OSIZE）。我們可以看出影響每秒IO吞吐量的最大因素，就是

8、IOSIZE和尋道時(shí)間，IOSIZE越大，尋道時(shí)間越小，吞吐量越高。相比能顯著影響IOPS的因素，只有一個(gè)，