Parallel transfer with parity （并行傳輸及校驗(yàn)）

    RAID 2 等級(jí)的缺點(diǎn)相信大家已經(jīng)很明白了，雖然能進(jìn)行即時(shí)的ECC，但成本極為昂貴。為此，一種更為先進(jìn)的即時(shí)ECC 的RAID 等級(jí)誕生，這就是RAID 3。

    RAID 3 是在RAID 2 基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，主要的變化是用相對(duì)簡單的異或邏輯運(yùn)算（XOR， eXclusive OR ）校驗(yàn)代替了相對(duì)復(fù)雜的漢明碼校驗(yàn)，從而也大幅降低了成本。XOR 的校驗(yàn)原理如下圖1-9：

圖 1-9 XOR 的校驗(yàn)原理

    這里的A 與B 值就代表了兩個(gè)位，從中可以發(fā)現(xiàn)，A 與B 一樣時(shí)，XOR 結(jié)果為0，A 與B 不一樣時(shí)，XOR 結(jié)果就是1，而且知道XOR 結(jié)果和A 與B 中的任何一個(gè)數(shù)值，就可以反推出另一個(gè)數(shù)值。比如A 為1，XOR 結(jié)果為1，那么B 肯定為0，如果XOR 結(jié)果為0，那么B 肯定為1。這就是XOR 編碼與校驗(yàn)的基本原理。

    RAID 3 的結(jié)構(gòu)圖如下：

圖 1-10 RAID-3 結(jié)構(gòu)圖解

    從圖中可以發(fā)現(xiàn)，校驗(yàn)盤只有一個(gè)，而數(shù)據(jù)與RAID 0 一樣是分成條帶（Stripe ）存入數(shù)據(jù)陣列中，這個(gè)條帶的深度的單位為字節(jié)而不再是bit 了。在數(shù)據(jù)存入時(shí)，數(shù)據(jù)陣列中處于同一等級(jí)的條帶的XOR 校驗(yàn)編碼被即時(shí)寫在校驗(yàn)盤相應(yīng)的位置，所以彼此不會(huì)干擾混亂。讀取時(shí)，則在調(diào)出條帶的同時(shí)檢查校驗(yàn)盤中相應(yīng)的XOR 編碼，進(jìn)行即時(shí)的ECC。由于在讀寫時(shí)與RAID 0 很相似，所以RAID 3 具有很高的數(shù)據(jù)傳輸效率。

    RAID 3 在RAID 2 基礎(chǔ)上成功地進(jìn)行結(jié)構(gòu)與運(yùn)算的簡化，曾受到廣泛的歡迎，并大量應(yīng)用。直到更為先進(jìn)高效的RAID 5 出現(xiàn)后，RAID 3 才開始慢慢退出市場(chǎng)。下面讓存儲(chǔ)工程師總結(jié)一下RAID 3 的特點(diǎn)：

注：主軸同步是指陣列中所有硬盤的主軸馬達(dá)同步
圖1-11 RAID 3 的特點(diǎn)

    1.6 RAID-4 等級(jí)

    Independent Data disks with shared Parity disk （獨(dú)立的數(shù)據(jù)硬盤與共享的校驗(yàn)硬盤）

    RAID 3 英文定義是Parallel transfer with parity ，即并行傳輸及校驗(yàn)。與之相比，RAID 4 則是一種相對(duì)獨(dú)立的形式，這也是它與RAID 3 的最大不同。

圖 1-12  RAID-4 圖解

    與RAID 3 相比，存儲(chǔ)工程師發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵之處是把條帶改成了“塊”。即RAID 4 是按數(shù)據(jù)塊為單位存儲(chǔ)的，那么數(shù)據(jù)塊應(yīng)該怎么理解呢？簡單的話，一個(gè)數(shù)據(jù)塊是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)集合，比如一個(gè)文件就是一個(gè)典型的數(shù)據(jù)塊。RAID 4 這樣按塊存儲(chǔ)可以保證塊的完整，不受因分條帶存儲(chǔ)在其他硬盤上而可能產(chǎn)生的不利影響（比如當(dāng)其他多個(gè)硬盤損壞時(shí)，數(shù)據(jù)就完了）。

    不過，在不同硬盤上的同級(jí)數(shù)據(jù)塊也都通過XOR 進(jìn)行校驗(yàn)，結(jié)果保存在單獨(dú)的校驗(yàn)盤。所謂同級(jí)的概念就是指在每個(gè)硬盤中同一柱面同一扇區(qū)位置的數(shù)據(jù)算是同級(jí)。在寫入時(shí)，RAID 就是按這個(gè)方法把各硬盤上同級(jí)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)統(tǒng)一寫入校驗(yàn)盤，等讀取時(shí)再即時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)。因此即使是當(dāng)前硬盤上的數(shù)據(jù)塊損壞，也可以通過XOR 校驗(yàn)值和其他硬盤上的同級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。由于RAID 4 在寫入時(shí)要等一個(gè)硬盤寫完后才能寫一下個(gè)，并且還要寫入校驗(yàn)數(shù)據(jù)所以寫入效率比較差，讀取時(shí)也是一個(gè)硬盤一個(gè)硬盤的讀，但校驗(yàn)迅速，所以相對(duì)速度更快?？傊琑AID 并不為速度而設(shè)計(jì)。下面存儲(chǔ)工程師總結(jié)一下RAID 4 的特點(diǎn)：

圖 1-13 RAID-4 特點(diǎn)4

    1.7 RAID5 等級(jí)

    RAID5 和RAID4 相似但避免了RAID4 的瓶頸，方法是不用校驗(yàn)磁盤而將校驗(yàn)數(shù)據(jù)以循環(huán)的方式放在每一個(gè)磁盤中，RAID5 的控制比較復(fù)雜，尤其是利用硬件對(duì)磁盤陣列的控制，因?yàn)檫@種方式的應(yīng)用比其他的RAID level 要掌握更多的事情，有更多的輸出/入需求，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，不見得有最佳的性能。

    RAID5 在不停機(jī)及容錯(cuò)的表現(xiàn)都很好，但如有磁盤故障，對(duì)性能的影響較大,大容量的快取內(nèi)存有助于維持性能，但在OLTP 的應(yīng)用上，因?yàn)槊恳还P數(shù)據(jù)或記錄（record ）都很小，對(duì)磁盤的存取頻繁，故有一定程度的影響。某一磁盤故障時(shí)，讀取該磁盤的數(shù)據(jù)需把共用同一校驗(yàn)值分段的所有數(shù)據(jù)及校驗(yàn)值讀出來，再把故障磁盤的數(shù)據(jù)計(jì)算出來；寫入時(shí)，除了要重覆讀取的程序外，還要再做校驗(yàn)值的計(jì)算，然后寫入更新的數(shù)據(jù)及校驗(yàn)值；等換上新的磁盤，系統(tǒng)要計(jì)算整個(gè)磁盤陣列的數(shù)據(jù)以回復(fù)故障磁盤的數(shù)據(jù)，時(shí)間要很長，如系統(tǒng)的工作負(fù)載很重的話,有很多輸出/入的需求在排隊(duì)等候時(shí)，會(huì)把系統(tǒng)的性能拉下來。但如使用硬件磁盤陣列的話，其性能就可以得到大幅度的改進(jìn)，因?yàn)橛布疟P陣列如Arena 系列本身有內(nèi)置的CPU 與主機(jī)系統(tǒng)并行運(yùn)作，所有存取磁盤的輸出入工作都在磁盤陣列本身完成，不花費(fèi)主機(jī)的時(shí)間，配合磁盤陣列的快取內(nèi)存的使用，可以提高系統(tǒng)的整體性能，而優(yōu)越的SCSI 控制更能增加數(shù)據(jù)的傳輸速率，即使在磁盤故障的情況下，主機(jī)系統(tǒng)的性能也不會(huì)有明顯的降低。RAID5 要做的事情太多，所以價(jià)格較貴，不適于小系統(tǒng)，但如果是大系統(tǒng)使用大的磁盤陣列的話，RAID5 卻是最便宜的方案。這一點(diǎn)后續(xù)章節(jié)將詳盡介紹。

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