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全面解析RAID6技术

日期:2008年10月8日 作者: 查看:[大字体 中字体 小字体]

既然是讲原理,那些“为什么需要RAID6”、“RAID6的优势”等内容就都省去了。直接进入枯燥无趣的理论。

一、RAID5和XOR运算

为了照顾初学者,还是先把相关基本概念介绍一下,老手可以跳过这部分直接看下面。(别低头!是看本帖下面,想些什么呐~)

XOR运算是数理逻辑的基本运算之一,在课本上的符号是一个圆圈里面一个加号。实在懒得用插入符号功能,大家就凑合着看吧。

两个数字之间的XOR运算定义是:

1 XOR 1 = 0

1 XOR 0 = 1

0 XOR 1 = 1

0 XOR 0 = 0

(忽然想起试行新车牌的时候,有些深圳人用三位二进制数标记性别。010是男的,101是女的。Sorry,扯远了。)

多个数字XOR的时候,有两个特点:

A)结果与运算顺序无关。也就是 (a XOR b) XOR c = a XOR (b XOR c)。

B)各个参与运算的数字与结果循环对称。如果 a XOR b XOR c = d,那么a = b XOR c XOR d;b = a XOR c XOR d;c = a XOR b XOR d。

磁盘阵列中的RAID5之所以能够容错,就是利用了XOR运算的这些特点。上面例子中的a、b、c、d就可以看作是四颗磁盘上的数据,其中三个是应用数据,剩下一个是校验。碰到故障的时候,甭管哪个找不到了,都可以用剩下的三个数字XOR一下算出来。

在实际应用中,阵列控制器一般要先把磁盘分成很多条带(英文叫Stripe,注意不是Stripper),然后再对每组条带做XOR。

见下面第一个图。

P1 = 数据a XOR 数据b XOR 数据c

P2 = 数据d XOR 数据e XOR 数据f

P3 = 数据g XOR 数据h XOR 数据i

P4 = 数据j XOR 数据k XOR 数据l

扫盲部分就讲这么多,再不懂就google吧,满山遍野都是RAID5算法的介绍。

二、RAID6和Reed-Solomon编码

本来想写成“李德-所罗门编码”,但那样就不方便大家一边看帖子一边google了。

Reed-Solomon编码是通讯领域中经常碰到的一个算法,已经有15年以上的历史了。(靠!讲存储嘛,跟通讯有个鸟关系?)

其实很多校验算法都是通讯领域最先研究出来,然后才应用到其他领域的。前面说到的XOR算法对一组数据只能产生一个校验,搞通讯的工程师们觉得不够可靠,于是就研究出很多能对一组数据产生多个校验的算法。Reed-Solomon编码是其中应用最广泛的一个,咱们以前经常用的ADSL、xDSL、高速Modem都有采用。后来手机、卫星电视、数字电视、CD唱片、DVD、条码系统、还有……(有完没完!说存储呢!)连高级点儿的服务器内存也用这个算法做校验和纠错。(总算跟存储沾上点儿边~)

现在存储的工程师也觉得RAID5中只能容忍一颗磁盘离线不够理想,需要一种容忍多颗磁盘离线的技术,自然就会想到Reed-Solomon编码啦。把这种算法应用到存储中,就可以让N颗磁盘的空间装应用数据,M颗磁盘的空间装校验码(对一组N个数据生成M个校验,但实际上校验码是分散在所有磁盘上的),这样只要离线的磁盘不大于M颗,数据就不会丢失。

Reed-Solomon编码理论中有一个公式:

N + M + 1 = 2的b次方(在电脑里写公式真是麻烦!)

其中b是校验字的位数。(校验字是生成校验过程需要用的一个东东,不是最后的校验码。)举例来说,如果用8位的字节做校验字,那么M + N = 255,而RAID6是特指M = 2,这样N = 253。

就是说,用8位字节做校验字的话,理论上一个RAID6的磁盘组可以容下253颗磁盘。

当然啦,实际应用中,太多的磁盘一起做运算会严重影响性能,所以阵列控制器和芯片的设计者都会把磁盘组的容量限制在16颗左右。

(做了这么多无聊算术题,还是没提RAID6到底是啥!)

喂!喂!别走啊,很快就讲到RAID6的实现啦。

卖了这么多关子,实在是因为RAID6这个概念所指的意义太混乱。从功能上讲,能实现两颗磁盘掉线容错的,都叫RAID6。(至少我认识的销售们都这么认为。)但是实行这一功能的方式却有很多很多。(沉默3分钟)

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