按照大的種類來分，有軟RAID(HostRAID)以及硬件RAID兩種。軟RAID沒有專門的IOP運(yùn)算芯片，一般是利用主機(jī)的CPU進(jìn)行“兼職”校驗(yàn)，所以性能一般都比較低，而且附帶的軟件“虛擬”功能也比較少，應(yīng)該算是最簡單的RAID。軟RAID的表現(xiàn)形式又可分為兩種，一種是純粹的基于上層軟件的RAID，如Windows/Linux/Veritas Volume manager等中具備的RAID功能；另一種是接口芯片上板載的RAID，如Ultra320 SCSI、SAS接口芯片所具有的RAID功能。
硬件RAID最大的特征是具有專門的用于IOP運(yùn)算的芯片，所以會有比較高的性能，而且一般也會附帶一些高級的“虛擬”功能。我們也可以把硬RAID分為兩種，一種被廣泛的應(yīng)用到外部磁盤陣列中；另一種是在服務(wù)器中的RAID，例如ROMB(RAID On Motherboard)、RAID卡等，這些產(chǎn)品使用Intel的IOP芯片或者具有RISC運(yùn)算的ROC(RAID on Chip)芯片。本文的重點(diǎn)在于介紹服務(wù)器中RAID技術(shù)的特性。
一、 服務(wù)器中的RAID產(chǎn)品介紹
服務(wù)器中的RAID技術(shù)被廣泛應(yīng)用是從RAID卡開始的，早期的RAID卡基于PCI總線（64bit/33MHz or 66MHz），提供Ultra160的SCSI通道。當(dāng)時(shí)提供類似產(chǎn)品的廠家有DPT、Mylex、AMI，但隨著時(shí)間的流逝，這些廠家已經(jīng)被全部并購。隨著新的總線、接口技術(shù)的出現(xiàn)，之后的RAID卡開始支持PCI-X總線（64bit/66MHz, 64bit/100MHz，64bit/133MHz）、PCI-E總線（X1、X4、X8等等），也開始支持Ultra320 SCSI、SATA1、SAS、SATA2等接口。
RAID卡最大的兩大功能是提供RAID運(yùn)算，以及提供數(shù)據(jù)通道，所以在一般的RAID卡上都會有兩個(gè)大的核心芯片，一個(gè)是基于Intel或IBM PowerPC的IOP芯片，另一個(gè)是提供SCSI/SATA/SAS的I/O控制器芯片。當(dāng)然，最新的ROC(RAID on Chip)技術(shù)已經(jīng)可以把這兩大功能集成到一個(gè)單芯片中，以降低成本，并有利于小尺寸設(shè)計(jì)。另外，還有一種特殊的被稱為ZCR(Zero Channel RAID)的卡，上面只有一個(gè)IOP芯片，它是通過和主板上板載的SCSI/SATA/SAS等接口控制器配合來實(shí)現(xiàn)兩大功能的。
對于SCSI來說，屬于并行通道技術(shù)，所以有零通道、單通道、雙通道甚至四通道的RAID卡，每個(gè)通道支持15個(gè)有效地址。對于SATA來說，屬于點(diǎn)對點(diǎn)串行通道技術(shù)，所以有雙端口、四端口、八端口甚至更多端口的RAID卡。對于SAS來說，也屬于點(diǎn)對點(diǎn)串行技術(shù)，并且引入了交換、虛擬端口等概念，一般有X4（即4個(gè)PHY組成的一個(gè)寬Port）、2X4(即有兩個(gè)寬Port)寬端口的RAID卡。
RAID卡需要占用主機(jī)的PCI插槽，而且成本相對比較高，隨著計(jì)算機(jī)集成度越來越高，ROMB(Raid on Motherboard)技術(shù)出現(xiàn)了，這種技術(shù)把RAID卡的RAID校驗(yàn)運(yùn)算、數(shù)據(jù)通道兩大功能集成到主板上，從而進(jìn)一步降低了成本。
上面提到的不管是RAID卡，還是ROMB，都屬于硬件RAID，只是硬件上的表現(xiàn)形式不一樣，而在軟件方面是統(tǒng)一的。RAID產(chǎn)品的軟件分為兩個(gè)部分，一個(gè)是底層的用于和主機(jī)啟動交互的BIOS以及功能軟體Firmware；另一個(gè)是上層的基于OS的管理軟件，一般都具有圖形化和命令行的管理軟件。舉個(gè)例子，Adaptec公司的SCSI、SATA、SAS RAID卡以及ROMB產(chǎn)品具有統(tǒng)一的Firmware版本，統(tǒng)一的RAID功能，而且可以通過統(tǒng)一的圖形化管理軟件進(jìn)行集中管理。
二、 服務(wù)器中的RAID產(chǎn)品業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)功能特性介紹
上面提到了，服務(wù)器中的RAID產(chǎn)品軟件功能是統(tǒng)一的，而軟件功能又決定了產(chǎn)品的特性。目前已經(jīng)有很多廠家參與到RAID產(chǎn)品的市場中，而這些廠家的產(chǎn)品也具有一些業(yè)界“標(biāo)準(zhǔn)”的功能特性。下面逐一進(jìn)行簡單介紹。
1. RAID0，1，10，5，50
最初的RAID定義包括了RAID0到RAID5，但經(jīng)過客戶實(shí)際需求的洗禮，目前在服務(wù)器中使用的RAID級別一般都是RAID0、1、5，以及復(fù)合RAID 10、50。大家對這些標(biāo)準(zhǔn)的RAID級別應(yīng)該非常熟悉了，就不多介紹了。
2. 在線RAID優(yōu)化調(diào)整
現(xiàn)在的業(yè)務(wù)要求很少的宕機(jī)時(shí)間，所以標(biāo)準(zhǔn)的RAID卡也都具有了一些在線RAID調(diào)整功能，從而不需要重啟系統(tǒng)就可以完成某些任務(wù)。
－ 在線擴(kuò)容：例如在原來RAID5基礎(chǔ)上增加一個(gè)或者幾個(gè)盤的容量。
－ 在線RAID級別轉(zhuǎn)換： 根據(jù)客戶應(yīng)用的變化，進(jìn)行RAID級別的轉(zhuǎn)換，例如從RAID10到RAID5，從而實(shí)現(xiàn)可用容量、冗余度、安全性的調(diào)整。
－ 在線條帶大小調(diào)整：根據(jù)客戶應(yīng)用對性能要求的變化，對RAID的條帶大小（Stripe Size）進(jìn)行在線調(diào)整。
3．可配置的熱備份盤（Hot Spares）
熱備份技術(shù)用于對一些RAID級別進(jìn)行保護(hù)，如RAID1/5等，當(dāng)RAID組中的一個(gè)磁盤損壞后，熱備份盤就會自動頂替損壞磁盤，在進(jìn)行Rebuild(重構(gòu))后，之前的RAID組又重新恢復(fù)完整性。
熱備份盤可以配置成Global全局的，每個(gè)RAID中的損壞磁盤都可以頂替；也可以配置成Dedicated專職的，只對某個(gè)RAID中的損壞磁盤進(jìn)行頂替；還可以劃分Pool池，從而在多個(gè)熱備份盤的配置下可以有效管理。
4． 熱插拔磁盤以及自動重構(gòu)
上面提到，現(xiàn)在的業(yè)務(wù)要求更多的在線操作，所以能夠支持在線插拔磁盤是非常重要的。另外，在更換完磁盤后，能夠自動的進(jìn)行Rebuild(重構(gòu))也是非常關(guān)鍵的。
5． 靈活的初始化（Initialization）方式
根據(jù)客戶的需求，在做RAID的時(shí)候可以選擇多種靈活的初始化（Initialization）方式，如前臺Clear初始化，對所包含磁盤寫0，初始化之后RAID組才可見；后臺初始化，對所包含磁盤進(jìn)行奇偶校驗(yàn)運(yùn)算，邊初始化邊可用；立即生效初始化，只對磁盤的Metadata RAID信息區(qū)寫操作，對數(shù)據(jù)區(qū)不進(jìn)行任何操作。
6． 多個(gè)物理磁盤上可以創(chuàng)建多個(gè)虛擬RAID
之前的RAID成員都是以物理磁盤為單位的，比如3個(gè)36GB的磁盤做一個(gè)RAID5，這個(gè)RAID就包括了3塊磁盤的所有容量。但現(xiàn)在的RAID技術(shù)都添加了“虛擬”功能，在多個(gè)物理磁盤上可以創(chuàng)建多個(gè)RAID，例如3個(gè)72GB的磁盤，可以創(chuàng)建2個(gè)RAID5，每個(gè)RAID5都是3個(gè)36GB的磁盤空間組成的。
三、 服務(wù)器中的RAID產(chǎn)品高級特性介紹
隨著RAID技術(shù)的發(fā)展，目前市場上也出現(xiàn)了一些更高級的RAID技術(shù)，例如一些新RAID級別、更高級的“虛擬”功能以及從外部存儲中引入的一些概念等。下面就對這些新的技術(shù)、概念分別進(jìn)行介紹。
1. 更優(yōu)化的磁盤利用率
隨著硬盤的技術(shù)的發(fā)展，單個(gè)硬盤的容量逐漸變大，但客戶的原有系統(tǒng)不可能隨著新的技術(shù)出現(xiàn)而淘汰，這樣就產(chǎn)生了老系統(tǒng)與新設(shè)備的融合問題。例如之前使用的RAID5是5塊36GB硬盤組成的，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，RAID5需要在線擴(kuò)容，由于36GB的盤已經(jīng)停產(chǎn)，客戶只能購買72GB的磁盤，那么對于每個(gè)擴(kuò)容上去的72GB磁盤，只能有效利用36GB的空間，從而浪費(fèi)掉了50%容量。
新的更優(yōu)化的磁盤利用率功能，采用更為“虛擬”的技術(shù)，可以有效地利用大容量硬盤剩下的空間。例如左圖所示，2個(gè)36GB的磁盤和2個(gè)72GB的磁盤可以做成一個(gè)Array1(4×36GB)，那兩個(gè)72GB的剩余的2×36GB空間可以做成另外一個(gè)Array2，從而利用上了所有的硬盤空間。當(dāng)然，從性能上考慮，可以把Array1做成RAID5，用于大I/O要求的生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存??；把Array2做成RAID0，用于很少I/O要求的臨時(shí)數(shù)據(jù)存放。
2. Copyback熱備份
Copyback熱備份功能是一個(gè)非常簡單的概念，但卻是比較有用的一個(gè)功能。我們還是回顧一下傳統(tǒng)的RAID5+熱備份盤的情況吧，參照圖一，3個(gè)磁盤做成一個(gè)RAID5，另外有一個(gè)熱備份盤。當(dāng)Disk3磁盤壞掉之后，熱備份盤會自動頂替Disk3，再Rebuild之后恢復(fù)為完整的RAID5。之后拔下Disk3，換上新的盤，但其實(shí)熱備份盤已經(jīng)變成了”Disk3”，需要手工把新?lián)Q上的新盤設(shè)置為熱備份盤，從而熱備份盤的位置發(fā)生了改變。
Copyback熱備份的功能在于自動“回拷”，見圖二，在新的Disk3插入之后，熱備份盤上的數(shù)據(jù)會自動拷貝到新的Disk3上，之后自動還原成熱備份盤，從而保證了熱備份盤的固定位置。對于系統(tǒng)管理員來說，總是希望把熱備份盤定義為固定槽位以便于管理，Copyback熱備份功能就可以幫助管理員實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿望，無論多少次換盤，熱備份盤的位置永遠(yuǎn)是固定的。
當(dāng)然，并不是所有的管理員都認(rèn)為越自動化越好。比如在Copyback功能激活后，插入新盤的情況下會自動“回拷”，由于性能會受到一定的影響，所以一般需要在系統(tǒng)I/O比較少的時(shí)候進(jìn)行。管理員可以根據(jù)自身的需要，“Enable”或者“Disable”此功能。
3. RAID1E
RAID1是指兩塊硬盤做Mirror，完全的鏡像，兩塊硬盤不進(jìn)行條帶化，而只是寫入同樣的數(shù)據(jù)，RAID1技術(shù)只適應(yīng)于兩塊磁盤。能否在奇數(shù)數(shù)量盤上也實(shí)現(xiàn)鏡像？RAID1E可以實(shí)現(xiàn)這樣的功能，和RAID1不一樣，RAID1E是一種虛擬的鏡像，不是基于單個(gè)物理盤，而是基于盤上的條帶化數(shù)據(jù)。如下圖所示，在3塊磁盤的情況下，數(shù)據(jù)被條帶化為A,B,C,D……..，在第一個(gè)條帶組中分別寫入A,B,C，在第二個(gè)條帶組中寫入C,A,B，以此類推。這樣對于每個(gè)條帶化的數(shù)據(jù)A,B,C,D……，都會在不同的盤上存放兩份，實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)塊的鏡像。
當(dāng)然，根據(jù)RAID1E的工作原理，在多個(gè)偶數(shù)盤上，比如4/6/8等也可以實(shí)現(xiàn)RAID1E，但一般不建議這么做，而是建議做RAID10，因?yàn)樵谶@些情況下，RAID10的容錯(cuò)概率要比RAID1E高。
4. RAID5EE
RAID5EE是一個(gè)比較實(shí)用的技術(shù)。讓我們回顧一下傳統(tǒng)的RAID5＋HotSpare盤的情況，正常的I/O讀寫都是在RAID5上進(jìn)行的，只有在RAID5中的一塊磁盤損壞的情況下，HotSpare磁盤才進(jìn)行頂替，換句話說，如果RAID5中的磁盤都能正常工作的話，HotSpare磁盤是空閑、不需要轉(zhuǎn)動的，這是一種被動的熱備份方式，因?yàn)闊醾浞荽疟P的帶寬并沒有被有效利用。
有沒有一種解決辦法呢？RAID5EE提供了一個(gè)完善的替代“RAID5+HotSpare”盤的解決辦法。如下圖所示，原來的一塊單獨(dú)HotSpare熱備份盤也進(jìn)行Stripe條帶化，并且平均分配到了5塊磁盤中。這樣，在RAID5EE讀寫的時(shí)候，5塊磁盤同時(shí)參與I/O，相比于4塊磁盤+HotSpare盤的情況，多了一個(gè)磁盤的讀寫帶寬，提高了性能。特別是在整體磁盤數(shù)量比較少，如4/5/6等的情況下，性能的提高尤為明顯。
RAID5EE相比于RAID5性能提高，那對于可靠性和容量利用率有什么影響呢？對于RAID5EE來講，一塊硬盤損壞，就會自動重構(gòu)成一個(gè)RAID5，另外一個(gè)硬盤再損壞，就會變成Degraded狀態(tài)的RAID5，這和RAID5＋HotSpare的容錯(cuò)能力是一樣的，也就是可靠性一樣；對于RAID5EE來講，損失的容量為2塊物理磁盤，而對于RAID5+HotSpare來講，損失的容量也為2塊物理磁盤，所以容量利用率也一致。
值得注意的一點(diǎn)，RAID5EE中包括的HotSpare盤是分布在每個(gè)磁盤中的，只能供RAID5EE本身來使用，不能做另外RAID5的熱備。也就是說，如果客戶有兩個(gè)或者更多個(gè)RAID5，一個(gè)HotSpare盤需要為所有RAID5服務(wù)的話，客戶不要使用RAID5EE，因?yàn)镽AID5EE只適用于替代一個(gè)RAID5+HotSpare盤的情況。
5. RAID6
RAID6是在RAID5的基礎(chǔ)上，可以允許2塊磁盤的同時(shí)損壞，屬于更高級的一種容錯(cuò)技術(shù)。目前各個(gè)廠家的產(chǎn)品都相繼推出了RAID6，但使用的RAID6不盡相同，如采用Intel P+Q編碼、RAID-DP編碼、PARK編碼等等。
由于RAID6能夠支持2塊磁盤的同時(shí)損壞，所以更適合應(yīng)用于MTBF相對低的SATA磁盤。但由于RAID6的算法相對比較復(fù)雜，所以寫性能，特別是在損壞一塊盤、兩塊盤情況下的性能會比較差，客戶需要根據(jù)自己的實(shí)際應(yīng)用綜合評定選擇，千萬不能揀了芝麻而丟了西瓜。
下圖就是一種形式的RAID6。大家可以看到，對于數(shù)據(jù)區(qū)從0到11來說，都有兩個(gè)不同的校驗(yàn)區(qū)，如1，有綠色P和黃色P兩個(gè)校驗(yàn)區(qū)。這樣，無論同時(shí)損壞哪兩塊硬盤，都可以從另外的硬盤中恢復(fù)出所有的數(shù)據(jù)。
6. Snapshot快照
提起Snapshot快照，很多人都會以為我在談外部存儲。的確，對于外部存儲來講，Snapshot已經(jīng)成為了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的功能，無論對于高端磁盤陣列，還是中低端磁盤陣列，一般都具有這種功能。但是隨著服務(wù)器內(nèi)部RAID技術(shù)的發(fā)展，有的廠家，比如Adaptec，也把Snapshot快照功能融入進(jìn)來。
Snapshot的核心在于對邏輯卷進(jìn)行指定時(shí)間點(diǎn)的快照，從而生成一個(gè)虛擬的快照卷，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)備份、克隆等等。對于Adaptec的Snapshot而言，有兩種實(shí)現(xiàn)方式。
一是Snapshot Backup。在這種模式下，會把源邏輯盤上指定時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)完全復(fù)制到目標(biāo)快照卷中，從而客戶可以對Snapshot快照卷進(jìn)行操作，也可以實(shí)現(xiàn)復(fù)制多個(gè)一樣的系統(tǒng)。需要指出的是，和普通的Copy不同，Snapshot是指定時(shí)間點(diǎn)的拷貝，所以Snapshot卷上的數(shù)據(jù)在指定時(shí)間點(diǎn)上是一致性的，可以適用于數(shù)據(jù)庫等應(yīng)用環(huán)境。
另外一種是Snapshot Nobackup。這種模式更類似外部存儲中使用的Snapshot技術(shù)。它對于源邏輯卷創(chuàng)建指定時(shí)間點(diǎn)的臨時(shí)“Copy”，生成了Snapshot卷，從而用于磁帶備份或者數(shù)據(jù)參考。這種模式并不拷貝所有的數(shù)據(jù)，而僅僅是采用Copy-on-Write的機(jī)制拷貝寫入的即將變化的數(shù)據(jù)，所以相對于第一種方式而言，需要更少的I/O，對系統(tǒng)的性能影響也比較小。客戶可以根據(jù)自身的需求來選擇相應(yīng)的Snapshot方式。
總結(jié)
以上是目前服務(wù)器中的RAID特性介紹，大家可以明顯的感覺到服務(wù)器中的RAID產(chǎn)品軟件功能越來越多樣化。其實(shí)，這都是底層的Firmware中具有的功能，對于上層的圖形化GUI管理軟件而言，功能也越來越復(fù)雜，但管理上卻越來越簡單化。另外，一些外部存儲中具有的高級功能正慢慢轉(zhuǎn)移到了服務(wù)器中，為以后外部存儲和內(nèi)部存儲的無縫結(jié)合提供了基礎(chǔ)。
（本文作者現(xiàn)就職于Adaptec公司）
