近年來存儲數(shù)據(jù)呈現(xiàn)驚人的成長，存儲設(shè)備為了適應(yīng)各種新的運(yùn)用需求??從而使得虛擬帶庫，高清非線編，數(shù)據(jù)化監(jiān)控系統(tǒng)等等不斷出現(xiàn)令人興奮地發(fā)展。存儲設(shè)備不但可支持更高速的傳輸，更大的容量存儲，及更高的I/O存取，而且相對應(yīng)的對數(shù)據(jù)保護(hù)的技術(shù)也有所進(jìn)展??如snap shot、CDP等等。操作系統(tǒng)也增進(jìn)了對存儲設(shè)備的支持，如Microsoft Windows 2003推出了一系列對存儲技術(shù)的支持，如VSS，VDS，MPIO 等。在各廠商的積極創(chuàng)新與努力推展下，各家的儲存設(shè)備功能變得更強(qiáng)大，總體持有成本也有顯著的降低。但性價(jià)比的提供，不代表使用者就能有效地去駕御他所擁有的存儲設(shè)備，就能充分的應(yīng)用其功能去解決所面臨的IT困境。我們希望能提供一些想法與建議去幫助存儲設(shè)備的使用者如何去規(guī)劃適用的盤陣功能。

你的傳統(tǒng)盤陣真的發(fā)揮了它的功能，解決了您的問題嗎？

九成以上盤陣的使用者通常在系統(tǒng)安裝完成后，便不再去進(jìn)行盤陣系統(tǒng)功能的變更了。

我想有幾種原因：

• 系統(tǒng)參數(shù)太復(fù)雜了：使用者面臨的是一堆高深的難以理解的參數(shù)、術(shù)語，而使用手冊語意不清楚，不想也罷；
  
• 數(shù)據(jù)的安全性太重要了：必須避免進(jìn)行配置的更動與數(shù)據(jù)的搬遷，使用者不能承擔(dān)數(shù)據(jù)在參數(shù)配置變更時(shí)可能丟失的風(fēng)險(xiǎn)；
  
• 盤陣不過是個大硬盤：只是用來存放數(shù)據(jù)，容量不夠再進(jìn)行采購就行了；
  
• 管理太復(fù)雜了：服務(wù)器，應(yīng)用軟件，網(wǎng)絡(luò)，備分等等IT各環(huán)節(jié)的管理已經(jīng)夠復(fù)雜了，真不想再多花任何一份心思去想額外的事了。

以上幾點(diǎn)有必要進(jìn)行澄清與糾正.

• 系統(tǒng)的參數(shù)代表存儲設(shè)備能提供更強(qiáng)大與更具彈性的配置，一個良好的系統(tǒng)應(yīng)該能針對各種應(yīng)用需求提供優(yōu)化處理，以滿足各種應(yīng)用的解決方案。適度的了解參數(shù)調(diào)校有助于改善數(shù)據(jù)存儲性能，進(jìn)而提升整體IT環(huán)境的效率。
  
• 數(shù)據(jù)的安全性是絕對重要的，所以選擇合適的盤陣系統(tǒng)，如合理的價(jià)位，強(qiáng)大的功能，穩(wěn)定的性能等都是必需列入考慮范圍的，而規(guī)劃合適的RAID Level，必要地優(yōu)化備援硬盤，多路徑配置等都能有效地避免將來變動設(shè)定的機(jī)會。
  
• 盤陣不過是個大硬盤：盤陣絕對不只是大硬盤，它有強(qiáng)大的I/O運(yùn)算，穩(wěn)定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，智能的數(shù)據(jù)優(yōu)化功能，借由系統(tǒng)所提供的優(yōu)化設(shè)定，如快取設(shè)定可以提升傳輸性能，及SMART功能可以事先預(yù)防硬盤故障等等。
  
• 管理太復(fù)雜：初期的規(guī)劃若能詳加考慮，就可以預(yù)防將來的變更。 良好的盤陣系統(tǒng)雖然可以提供彈性的變更以適應(yīng)數(shù)據(jù)及任務(wù)需求的改變。但事前謹(jǐn)慎的規(guī)劃必能減少參數(shù)變更或設(shè)定調(diào)整時(shí)出現(xiàn)得不必要的風(fēng)險(xiǎn)。

一般傳統(tǒng)盤陣的選擇不外乎取決于幾點(diǎn)：

• 傳輸速度的要求；
  
• 容量及硬盤數(shù)量；
  
• 接口標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)行；
  
• 系統(tǒng)配置空間的考慮；
  
• 易于管理的方式。

有幾點(diǎn)是我們必須要考慮的：

• 針對個別的應(yīng)用必須有相對應(yīng)的優(yōu)化參數(shù)設(shè)定；
  
• 減少任何可能造成系統(tǒng)增加MTBF的機(jī)會；
  
• 數(shù)據(jù)安全的保障；
  
• 彈性的RAID設(shè)定；
  
• I/O 延遲可能造成應(yīng)用端的困擾。

針對個別的應(yīng)用必須有相對應(yīng)的優(yōu)化參數(shù)設(shè)定

I/O的模式：

• Random：數(shù)據(jù)庫的I/O模式通常為小量，隨機(jī)的方式，在存儲的要求上，就是要求能夠傳送更高的IOPS(I/O per Sec)，因?yàn)閭鬏斄枯^小，故在邏輯盤的規(guī)劃上就可考慮較小的stripe size。一般而言盤陣的設(shè)定會給使用者選擇-Optimization for random，并且可以選擇小stripe size 如4K，16K等設(shè)定；
  
• Sequential：視訊影像，非線編等媒體運(yùn)用，尤其是近來漸漸走高清的媒體傳輸，動輒100~200GB/s的高傳輸量，在存儲的要求上，就是要求能夠傳送更高的IOPS(I/O per Sec)，I/O的特性就是Sequential，因?yàn)檩^大的傳輸量，較Sequential的特性，故在邏輯盤的規(guī)劃上就可考慮較大的stripe size. 而快取上的需求容量也較大，一般而言盤陣的設(shè)定會給序使用者選擇-Optimization for sequential ，并且可以選擇小stripe size 如512K，1MB等設(shè)定，快取的緩取配置單位會以較大的單位來為I/O進(jìn)行配置，故可以提供更高的傳輸。

減少任何可能造成系統(tǒng)增加MTBF的機(jī)會

○ 使用者可以因任務(wù)的需求來選擇合適的硬盤，在在線的服務(wù)上，需要的是高I/O傳輸，loading會較重，他可以選擇Fibre硬盤及SCSI硬盤，而近線及offline的應(yīng)用，就可以用較經(jīng)濟(jì)的SATA硬盤來配合，SAS的盤陣出現(xiàn)又帶給企業(yè)更具彈性的解決方案，使用者可以在同一個盤陣系統(tǒng)進(jìn)行SAS及SATA硬盤的配置，最后，除了選擇合適容量的硬盤之外，還必須要考慮硬盤與盤陣系統(tǒng)的兼容性；

圖示一：硬盤應(yīng)用示意圖

○ RAID 設(shè)定：提供多種的容錯RAID設(shè)定，以減少硬盤故障可能影響系統(tǒng)的可用性，尤其RAID6可允許同時(shí)有兩個硬盤發(fā)生故障，更大大的提高可用性；

○ 系統(tǒng)的環(huán)境及偵測：企業(yè)的IT環(huán)境必需，一個好的盤陣系統(tǒng)陣RAID的功能外，還必須俱備一個穩(wěn)定持續(xù)的系統(tǒng)環(huán)境.因?yàn)橛脖P在長時(shí)間的高速存取會產(chǎn)生高溫，讀取頭會因些許的振動而導(dǎo)致撞擊盤片而造成數(shù)據(jù)的損毀.好的盤陣必須能夠保持系統(tǒng)散熱，風(fēng)流，電壓，電流的持續(xù)穩(wěn)外，更要能夠偵測整體的狀況，當(dāng)不穩(wěn)定狀況發(fā)生時(shí)，還能保持系統(tǒng)及數(shù)據(jù)完整，并能通知管理者清楚的事件反應(yīng)，讓管理者能迅速做適當(dāng)?shù)奶幹靡耘懦收弦驗(yàn)椋?br />

I、 二段式風(fēng)扇設(shè)計(jì)：溫度過高，風(fēng)扇自動切換高轉(zhuǎn)速

II、事件反應(yīng)機(jī)制：當(dāng)溫度過高，風(fēng)扇故障，控制器故障時(shí)切換快取模式，或執(zhí)行系統(tǒng)關(guān)機(jī)，以保護(hù)整體系統(tǒng)

○ 無壞點(diǎn)考慮(無單點(diǎn)故障設(shè)計(jì)：由服務(wù)器至盤陣－叢集節(jié)點(diǎn)，端口，多路徑，交換機(jī)，冗余控制器，冗余電源，冗余風(fēng)扇)。

○ 容易服務(wù)的模塊化的設(shè)計(jì)：重要組件的故障常導(dǎo)致系統(tǒng)無法繼續(xù)提供服務(wù)，或可能導(dǎo)致系統(tǒng)處于不安全的狀態(tài) ，如盤陣控制器，BBU，電源供應(yīng)器，風(fēng)扇模塊，硬盤模塊等，要讓重要組件能夠被輕易地更換，迅速排除故障，以繼續(xù)提供服務(wù)。

圖示二：無壞點(diǎn)及易維護(hù)的模塊化設(shè)計(jì)

圖示三：系統(tǒng)的環(huán)境及偵測

數(shù)據(jù)安全的保障：

理由：

一般使用者在規(guī)劃RAID時(shí)，較常使用的是RAID5，而其它常見的則會有RAID1，RAID3，RAID4 等等，這些RAID level允許至多一塊盤故障，并能重建數(shù)據(jù)，可是很不辛的事，常見的情況如下：當(dāng)一個屬于RAID5的硬盤發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)管理者嘗試換上一塊新的硬盤 或以現(xiàn)有的熱備援硬盤進(jìn)行RAID的重建。但是很不幸在重建過程中在另一塊硬盤上遇到壞塊，而根據(jù)RAID的同位運(yùn)算奇偶校驗(yàn)功能，他只允許一個條帶是壞的，才能重新產(chǎn)生原來的數(shù)據(jù)，這個壞塊將造成RAID在被重建的硬盤里無法重建數(shù)據(jù)，導(dǎo)致這些數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)遺失。若只遇到少數(shù)的壞塊，并且這筆數(shù)據(jù)是關(guān)于系統(tǒng)開機(jī)或重要的系統(tǒng)文件的，則可能造成無法開機(jī)的狀況。要避免這種情況發(fā)生可采用下面的方式來避免：

方式：

○ 重建奇偶校驗(yàn)碼：

可使用盤陣的奇偶校驗(yàn)功能，他的原理很簡單，就是將RAID上的數(shù)據(jù)每一個軌道讀出來重新進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，在讀取的過程中就能先發(fā)現(xiàn)壞塊，而在邏輯硬盤還未處于降級狀態(tài)時(shí)，這個壞塊上讀不出來的數(shù)據(jù)是可以重新產(chǎn)生的，將其余硬盤上的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)運(yùn)算去還原數(shù)據(jù)，再回寫入壞塊. 通常磁性媒體上的壞塊是所謂的瞬時(shí)的壞塊，可以借由寫的動作將壞塊覆蓋。若該壞塊無法用寫的動作去修復(fù)，則盤陣會啟動硬盤的重新分配地址功能，去另行配置保留的扇區(qū)與壞塊的地址進(jìn)行交換，由這個扇區(qū)去取代壞塊，下次存取這壞塊位置時(shí)，實(shí)際是存取這個新的扇區(qū)

○ 盤片掃描：

盤陣的奇偶重建功能，原理很簡單，可是有個問題，因?yàn)樗鼤谋P陣控制器的運(yùn)算及占用內(nèi)部頻寬，當(dāng)執(zhí)行奇偶重建等于是對整個邏輯硬盤的重建，會嚴(yán)重影響整體系統(tǒng)的性能. 盤片掃描是一個較好的壞塊偵測方式，是由盤陣控制器下命令叫硬盤自己執(zhí)行校驗(yàn)檢查，當(dāng)硬盤自己檢查過程中就能先發(fā)現(xiàn)壞塊，而在邏輯硬盤還未處于降級狀態(tài)時(shí)，這個壞塊上讀不出來的數(shù)據(jù)是可以重新產(chǎn)生的，將其余硬盤上的數(shù)據(jù)，和進(jìn)行奇偶校驗(yàn)運(yùn)算去還原數(shù)據(jù)，再回寫入壞塊. 通常磁性媒體上的壞塊是所謂的瞬時(shí)的壞塊，可以借由寫的動作將壞塊覆蓋. 若該壞塊無法用寫的動作去修復(fù)，則盤陣會啟動硬盤的重新分配地址功能，去另行配置保留的扇區(qū)與壞塊的地址進(jìn)行交換，由這個扇區(qū)去取代壞塊，下次存取這壞塊位置時(shí)，實(shí)際是存取這個新的扇區(qū)

圖示四：盤片掃描

○ 預(yù)定盤片掃描：

盤片掃描可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)壞塊，避免壞塊造成數(shù)據(jù)在邏輯硬盤處于降級狀態(tài)模式時(shí)丟失，并且只用很少的盤陣控制器來操作。 但我們認(rèn)為若能將其何時(shí)執(zhí)行，持續(xù)執(zhí)行進(jìn)行自動化操作才能對數(shù)據(jù)提供更好的保護(hù). 這是就要有所謂的盤片掃描時(shí)間表，我們可以借由盤片掃描時(shí)間表提供彈性的時(shí)程安排去執(zhí)行盤片掃描，例如可以按排不同部門的數(shù)據(jù)盤，在不同時(shí)段，或非工作時(shí)間去執(zhí)行盤片掃描，可以更充分地利用盤陣控制器的運(yùn)算能力及頻寬，

圖示五：預(yù)定盤片掃描

彈性的RAID設(shè)定：

RAID 的選擇：在安裝盤陣時(shí)就會預(yù)先規(guī)畫應(yīng)該實(shí)行什么樣的RAID來作為數(shù)據(jù)的存儲空間，以下對各種不同的RAID level作一個簡述

RAID Level 0即數(shù)據(jù)分割，是最基本的方式。在一個普通硬盤驅(qū)動器上，數(shù)據(jù)被存儲在同一張盤的連續(xù)扇區(qū)上。RAID 0至少使用兩個磁盤驅(qū)動器，并將數(shù)據(jù)分成從512字節(jié)到數(shù)兆字節(jié)的若干塊，這些數(shù)據(jù)塊被交替寫到磁盤中。第1段被寫到磁盤1中，第2段被寫到磁盤2中，如此等等。當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)數(shù)據(jù)中的最后一個磁盤時(shí)，就寫到磁盤1的下一分段，以下如此。

分割數(shù)據(jù)將I／O負(fù)載平均分配到所有的硬盤。由于硬盤可以同時(shí)寫或讀，性能得以顯著提高。但是它卻沒有數(shù)據(jù)保護(hù)能力。如果一個磁盤出故障，數(shù)據(jù)就會丟失。RAID 0不適用于關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境，但它卻非常適合于視頻生產(chǎn)和編輯或圖像編輯。

RAID Level 1是磁盤鏡像??寫到磁盤1中的一切也寫到磁盤2中，從任何一個磁盤都可以讀取。這樣就提供了實(shí)時(shí)備份，但需要的磁盤驅(qū)動器數(shù)量最多，不能提高性能。RAID 1在多用戶系統(tǒng)中提供最佳性能和容錯能力，是最容易實(shí)施的配置，這最適用于財(cái)務(wù)處理、工資單、金融和高可用數(shù)據(jù)環(huán)境。

RAID Level 3包括數(shù)據(jù)分割，另外，它還指定一個硬盤來存儲奇偶信息。這就提供了某種容錯功能，在數(shù)據(jù)密集型環(huán)境或單一用戶環(huán)境中尤其有益于訪問較長的連續(xù)記錄。RAID 3需要同步主軸硬盤來預(yù)防較短記錄硬盤的性能下降。

RAID Level 5類似于Level 0，但是它不是將數(shù)據(jù)分成塊，而是將每個字節(jié)的位拆分到多個磁盤。這樣會增加管理費(fèi)用，但是，如果一個磁盤出現(xiàn)故障，則它可以更換，數(shù)據(jù)可以從奇偶和糾錯碼中重建。RAID 5包括所有的讀／寫運(yùn)行。它需要三到五個磁盤來組成數(shù)據(jù)，最適合于不需要關(guān)鍵特性或幾乎不進(jìn)行寫操作的多用戶系統(tǒng)。

RAID Level 6它使用特別的算法去產(chǎn)生二筆的Redundant 數(shù)據(jù)(我們稱之為P，Q)，擴(kuò)展了RAID 5。它能承受多個硬盤同時(shí)出現(xiàn)故障，但是，性能??尤其是寫操作卻很差，而且，系統(tǒng)需要一個極為復(fù)雜的控制器。(Infortrend EonStor 提供了P，Q 同時(shí)產(chǎn)生功能，提供了絕佳的RAID6效用。RAID5，RAID6性能差異近10%)

圖示六：RAID Level 示意圖

RAID 之間的切換

理由：

隨著企業(yè)的成長數(shù)據(jù)勢必也會不斷地增長，相關(guān)的擴(kuò)充及備份方案必需因整體的IT環(huán)境去做調(diào)整，原來的RAID規(guī)劃可能是配合數(shù)據(jù)庫隨意運(yùn)用。而現(xiàn)在的運(yùn)用必需轉(zhuǎn)成對更大條帶大小的支持，或者原有只有RAID5的規(guī)劃，因新系統(tǒng)有RAID6的功能，在原來的做法上必須將原來的數(shù)據(jù)備分，再重建RAID邏輯硬盤，再將數(shù)據(jù)灌回。這樣做不但耗時(shí)而且不具彈性.

方法：RAID Migration：

盤陣可以提供所謂的RAID Migration或者RAID重建功能，RAID Migration可以讓系統(tǒng)管理者來改變邏輯硬盤的RAID級別. 它可以借由進(jìn)行RAID邏輯硬盤數(shù)據(jù)的重新分配達(dá)成，更先進(jìn)的盤陣還能在RAID Migration上提供條帶大小的變更. 可以更有彈性地為系統(tǒng)管者提供強(qiáng)大的功能，以應(yīng)IT任務(wù)的需求。

圖示七：RAID Migration：

特殊運(yùn)用的考慮：

a) 近線存儲的運(yùn)用：在近線存儲的運(yùn)用上，盤陣的角色是處于在線和離線的存儲設(shè)備之間，duty cycle的部分不像在線服務(wù)，而是隨時(shí)被叫用，在這種情況下，將硬盤馬達(dá)關(guān)閉的功能啟動，讓盤陣在系統(tǒng)閑置一段時(shí)間后就將硬盤的馬達(dá)關(guān)閉，而當(dāng)服務(wù)器要存取盤陣時(shí)，盤陣控制器會自動喚醒馬達(dá)，立即回復(fù)服務(wù)功能，硬盤馬達(dá)關(guān)閉功能可以有效地減少電源的消耗，可以有效地節(jié)省總體的電源達(dá)50%以上.

圖示八：近線存儲的運(yùn)用

b) 非線編及影音多媒體的運(yùn)用：影音運(yùn)用要求的系統(tǒng)能夠提供一個穩(wěn)定的性能來輸出，盤陣對每一個I/O的響應(yīng)必須能夠及時(shí)快速，若處理I/O無法在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間響應(yīng)，則會造成影音電影的播放畫面或影像播放停滯. 如下頁，在讀與寫的I/O可以看到很明顯的性能落差，這在多媒體的播放是不允許的。

c) Spiky read performance 

原因：盤陣的設(shè)計(jì)主要是為數(shù)據(jù)存儲做優(yōu)化處理，故在數(shù)據(jù)的處理上不是以主機(jī)端的最快響應(yīng)速度為目的，其主要任務(wù)是保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確性，再將通用型的盤陣運(yùn)用在媒體播放影音的運(yùn)用中，最常見的問題有：

a) 硬盤的壞塊處理導(dǎo)致主機(jī)端來不及響應(yīng)；

b) 混合的讀寫需求讓快取的切換來不及響應(yīng)；

c) 對單一媒體流(通常是一個大的連續(xù)的的檔案，如電影影片)及多媒體流(如broadcast，IPTV)的優(yōu)化是無法同一對待的。

解決方法：

AV選項(xiàng)通常會有兩種優(yōu)化選項(xiàng)：單一媒體流和多媒體流。針對單一媒體流，盤陣控制器可從硬盤預(yù)讀較多的數(shù)據(jù)以供大的媒體流。而多媒體流的優(yōu)化則是盤陣控制器優(yōu)化內(nèi)存機(jī)制，避免讓多個服務(wù)同時(shí)落在同一硬盤，因此多媒體流可以盡可能被滿足。

a) 啟動盤陣的最多響應(yīng)時(shí)間：只要RAID邏輯硬盤不是處于降級狀況，而硬盤本身在處理壞塊，或者其它原因無法在限定時(shí)間內(nèi)響應(yīng)，盤陣控制器可立即由其它硬盤去算出數(shù)據(jù)，并將其立即響應(yīng)至主機(jī)端。

b) 設(shè)定對單一媒體流的優(yōu)化或多媒體流的優(yōu)化：針對任務(wù)的需求來設(shè)定單一媒體流的優(yōu)化或多媒體流的優(yōu)化，盤陣的內(nèi)存就能依據(jù)設(shè)定來進(jìn)行最佳化管理。

c) 使用RAID 6也可避免因硬盤處理壞塊而導(dǎo)致的主機(jī)端來不及響應(yīng)。

多易