RAID概念是由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的D.A. Patterson教授在1988年提出的。是Redundent Array of Inexpensive Disks的縮寫，直譯為“廉價(jià)冗余磁盤陣列”，也簡(jiǎn)稱為“磁盤陣列”。后來RAID中的字母I被改作了Independent，RAID就成了“獨(dú)立冗余磁盤陣列”，當(dāng)然這只是名稱的變化，實(shí)質(zhì)內(nèi)容并沒有改變。

RAID的級(jí)別包括RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6，以及在此之上的各種組合，其中具有容錯(cuò)功能的是RAID1、RAID5和RAID6。為了讓大家更加清晰地認(rèn)識(shí)到RAID6的價(jià)值，也就是我們?yōu)槭裁匆芯亢桶l(fā)展RAID6技術(shù)，本文將對(duì)比介紹各種容錯(cuò)功能RAID系統(tǒng)的可靠性分析，并詳細(xì)介紹RAID6的應(yīng)用條件和優(yōu)勢(shì)。

RAID6的價(jià)值

眾所周知，服務(wù)器硬盤上的數(shù)據(jù)是珍貴的，而RAID技術(shù)就是用以保護(hù)這些數(shù)據(jù)的有效方式之一。經(jīng)過多年的發(fā)展，RAID技術(shù)雖然種類眾多，但一個(gè)突出的局限性就是，無法容忍兩塊硬盤同時(shí)故障的情況發(fā)生。一旦存儲(chǔ)系統(tǒng)中兩塊硬盤同時(shí)損壞，以往的RAID技術(shù)對(duì)此也無能為力了。

RAID6正是為了解決這個(gè)問題而誕生的。與其它RAID方式不同，他采用雙重校驗(yàn)的方式，也就是說有2份校驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而使得允許兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，仍然能夠正常的操作數(shù)據(jù)。在充分利用存儲(chǔ)空間的基礎(chǔ)上，大大的提高了RAID的容錯(cuò)能力；相比較于RAID5，RAID6無疑是一種有吸引力的新技術(shù)。

現(xiàn)在的磁盤可靠性已經(jīng)很高，尤其是高端的光纖通道磁盤，那么有必要對(duì)兩塊磁盤同時(shí)出現(xiàn)故障的情況進(jìn)行設(shè)防嗎?答案是肯定的，目前的磁盤容量已經(jīng)很大，如果一塊磁盤出現(xiàn)故障，那么整個(gè)RAID組中的磁盤都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)，磁盤容量越大需要的時(shí)間越長(zhǎng)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)的時(shí)間內(nèi)如果再發(fā)生磁盤故障，那么所有的數(shù)據(jù)都將丟失。因此樂觀的估計(jì)RAID6技術(shù)將可靠性提高了1000倍以上。

傳統(tǒng)可容錯(cuò)RAID

為了更好地說明RAID6的優(yōu)勢(shì)，我們先介紹兩種傳統(tǒng)可容錯(cuò)RAID技術(shù)。傳統(tǒng)RAID技術(shù)中，擁有容錯(cuò)功能的是RAID1和RAID5。

RAID1：

圖－1 RAID1數(shù)據(jù)分布示意

RAID1就是大家常說的鏡像系統(tǒng)，如圖－1所示。對(duì)于RAID1，因?yàn)樵丛O(shè)備和鏡像設(shè)備保存了同樣的數(shù)據(jù)，所以其存儲(chǔ)空間利用率為50%。如果每個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的故障率為p，那么整個(gè)RAID1其可用性為：1- p * p = 1 – p2

RAID5

圖－2 RAID5數(shù)據(jù)分布示意

RAID5采用計(jì)算異或 (XOR) 的方式來實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)，也就是說對(duì)于發(fā)送下來的數(shù)據(jù)，采用條帶 (stripe) 技術(shù)分塊，并計(jì)算校驗(yàn)。如圖－2所示，P0 = 0⊕1⊕2, ⊕為異或運(yùn)算。

因此，即使其中的一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)故障，也可以通過計(jì)算異或，得到相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，比如數(shù)據(jù)塊0出現(xiàn)故障，可以采用如下方式得到它:P0⊕1⊕2 = 0⊕1⊕2⊕1⊕2= 0⊕1⊕1⊕2⊕2 = 0

對(duì)于RAID5，如果由N個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備組成，由于要保存額外的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，那么其存儲(chǔ)空間利用率為：(N-1)/N ＝ 1 － 1/N

如果每個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的故障率為p，只要任何兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)故障，RAID5就不可用了，因此整個(gè)RAID5其可用性為1- p * p = 1 – p2

RAID6與傳統(tǒng)容錯(cuò)RAID對(duì)比

RAID6采用雙重校驗(yàn)的方法，如圖－1所示。第一種校驗(yàn)，采用異或 (XOR) 方法，來計(jì)算P；另一種則為采用Reed-Solomon編碼方式，來計(jì)算校驗(yàn)Q。從而使得即使RAID6損壞兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)，也能夠完成正常的操作。

圖－3 RAID6數(shù)據(jù)分布示意

其計(jì)算公式為：P0 = 0⊕1⊕2⊕3，Q0 = (K0⊙0)⊕(K1⊙1)⊕(K2⊙2)⊕(K3⊙3)，其中⊙ 為伽羅瓦域(Galois Field)計(jì)算操作，關(guān)于該計(jì)算的細(xì)節(jié)，在接下來的RAID6的技術(shù)原理中進(jìn)行詳細(xì)講解。

對(duì)于RAID6，如果由N個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備組成，由于要保存兩個(gè)額外的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，那么其存儲(chǔ)空間利用率為：(N-2)/N ＝ 1 － 2/N

如果每個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的故障率為p，只要任何三個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)故障，RAID6就不可用，因此整個(gè)RAID6其可用性為：1- p * p * p = 1 – p3

通過下面這張表，我們可以更清晰地了解RAID6與傳統(tǒng)容錯(cuò)RAID之間的區(qū)別。

表－1 容錯(cuò)RAID對(duì)比表

從表－1可以看出，相對(duì)于RAID1來說，當(dāng)N>2時(shí)，其存儲(chǔ)空間的利用率得到了提高；對(duì)于可用性來說，顯然RAID6提供了更好的可用性，允許兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備故障，這對(duì)于容錯(cuò)RAID來說，算的上是最重要的特性之一。

RAID6優(yōu)缺點(diǎn)分析

RAID5在一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備故障時(shí)，不用停機(jī)還能保護(hù)數(shù)據(jù)。但是，如果兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備故障，數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。盡管兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備故障比一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備故障的概率要小，但是考慮到目前應(yīng)用中的幾個(gè)原因，同時(shí)掉兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的可能性還是很大的：

A) 硬盤的廣泛使用：面向中低端存儲(chǔ)領(lǐng)域的SATA技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用，如桌面和SMB (Small Middle Business) 存儲(chǔ)，它低成本，容量大；但是，其平均無故障時(shí)間(MTBF)比FC和SCSI硬盤的都短，使同一時(shí)間掉兩塊盤的可能性變大了。

B) 人為操作原因：當(dāng)一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備故障時(shí)，通常維護(hù)人員會(huì)用一個(gè)新的存儲(chǔ)設(shè)備來取代這個(gè)出現(xiàn)故障的存儲(chǔ)設(shè)備。不過，一旦操作人員在維護(hù)過程中出現(xiàn)小疏忽，讓沒有故障的存儲(chǔ)設(shè)備離線，就會(huì)立即造成同時(shí)掉兩個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備故障的狀況，從而使得RAID5數(shù)據(jù)將丟失。

C) RAID中，存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)量增加，提高了故障率：當(dāng)RAID中增加存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)量時(shí)，很大程度上提高了存儲(chǔ)設(shè)備預(yù)期故障發(fā)生率。當(dāng)RAID出現(xiàn)故障時(shí)，在系統(tǒng)用空閑存儲(chǔ)設(shè)備恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)，也提高了其余存儲(chǔ)設(shè)備也故障率；因此系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)量越多，就越需要提升數(shù)據(jù)冗余的安全性。 

不過RAID6在計(jì)算校驗(yàn)時(shí)，需要消耗大量的時(shí)間來做計(jì)算；如果采用CPU來完成這個(gè)動(dòng)作，那么它對(duì)CPU的占用率是相當(dāng)高的。因此，為了提高RAID6的性能，設(shè)計(jì)了專門的硬件加速器來完成該操作。

不管如何，RAID6技術(shù)提供了可同時(shí)損壞兩塊盤的容錯(cuò)能力，對(duì)于數(shù)據(jù)保護(hù)領(lǐng)域來說是一種優(yōu)秀的技術(shù)，隨著RAID6硬件加速器的引入，其性能上的不足也會(huì)得到補(bǔ)足，可以相信RAID6會(huì)在存儲(chǔ)行業(yè)發(fā)展壯大。

好了，在這一節(jié)我們通過幾種容錯(cuò)技術(shù)的對(duì)比，已經(jīng)講述了RAID6存在的價(jià)值，下一節(jié)我們將向大家詳細(xì)講述RAID6的數(shù)學(xué)算法。