磁盤(pán)容錯(cuò)是指在子系統(tǒng)出現(xiàn)硬盤(pán)錯(cuò)誤或硬盤(pán)故障時(shí)，可以保證數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)處理能力。RAID控制卡通過(guò)冗余的硬盤(pán)組在RAID 1、5、6、10、50、60上實(shí)現(xiàn)此功能。

在RAID 1中，由于數(shù)據(jù)鏡像存儲(chǔ)于成對(duì)的硬盤(pán)上，因此在成對(duì)的硬盤(pán)中的一個(gè)產(chǎn)生錯(cuò)誤或故障時(shí)，不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。同理，在RAID 5中，允許1個(gè)硬盤(pán)故障；在RAID 6中，允許2個(gè)硬盤(pán)故障。

而對(duì)于包含多個(gè)子組的RAID，RAID 10、50允許故障盤(pán)的個(gè)數(shù)與子組數(shù)相同，但是要求每個(gè)子組只能包含1個(gè)故障盤(pán)。RAID 60允許故障盤(pán)的個(gè)數(shù)為子組數(shù)的2倍，要求每個(gè)子組最多包含2個(gè)故障盤(pán)。

RAID 0不支持容錯(cuò)特性，當(dāng)RAID 0中的硬盤(pán)故障時(shí)，該RAID失效，數(shù)據(jù)丟失。

容錯(cuò)性能提高了系統(tǒng)的可用性，即硬盤(pán)故障時(shí)，系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行。因此，在故障修復(fù)流程中，容錯(cuò)是非常重要的特性。

1 一致性校驗(yàn)

針對(duì)有冗余功能的RAID 1、5、6、10、50、60，RAID控制卡可以對(duì)RAID組的硬盤(pán)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性校驗(yàn)，對(duì)硬盤(pán)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)和計(jì)算，并與對(duì)應(yīng)的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)不一致的情況，會(huì)嘗試做自動(dòng)修復(fù)并保存錯(cuò)誤信息。

由于RAID 0不具備冗余性，因此不支持一致性校驗(yàn)。

2 熱備份

RAID控制卡的熱備份特性由熱備盤(pán)和緊急備份功能實(shí)現(xiàn)。

熱備盤(pán)

熱備盤(pán)是硬盤(pán)系統(tǒng)中的一個(gè)獨(dú)立的硬盤(pán)，當(dāng)RAID組中的硬盤(pán)故障時(shí)，熱備盤(pán)自動(dòng)取代故障盤(pán)作為成員盤(pán)，并在熱備盤(pán)上重構(gòu)故障盤(pán)數(shù)據(jù)。

在RAID控制卡的管理界面或命令行工具中，可以指定容量大于或等于RAID組成員盤(pán)，且介質(zhì)類(lèi)型及接口與成員盤(pán)相同的空閑盤(pán)作為RAID組的熱備盤(pán)。

RAID控制卡支持的熱備盤(pán)包括下面兩種：

全局熱備盤(pán)，為RAID控制卡上所有已配置的RAID組所共有，1塊RAID控制卡中可配置1個(gè)或多個(gè)全局熱備盤(pán)。當(dāng)任意RAID組內(nèi)的成員盤(pán)故障時(shí)，全局熱備盤(pán)均可自動(dòng)替代。

局部熱備盤(pán)，為RAID控制卡上某個(gè)指定的RAID組所專(zhuān)有，每個(gè)RAID組都可以配置1個(gè)或多個(gè)局部熱備盤(pán)。當(dāng)指定RAID組內(nèi)的成員盤(pán)故障時(shí)，局部熱備盤(pán)可自動(dòng)替換。

熱備盤(pán)有如下特性：

熱備盤(pán)僅用于具有冗余功能的RAID組，包括RAID 1、5、6、10、50、60。

熱備盤(pán)僅用于替代同一RAID控制卡上的故障盤(pán)。

緊急備份

緊急備份功能，是指任意一個(gè)具備冗余功能的RAID組中出現(xiàn)成員盤(pán)故障且沒(méi)有指定熱備盤(pán)時(shí)，RAID控制卡下屬的空閑盤(pán)會(huì)自動(dòng)替代故障成員盤(pán)并進(jìn)行重構(gòu)，避免數(shù)據(jù)丟失。

緊急備份要求用于備份的空閑盤(pán)容量大于等于成員盤(pán)容量，且介質(zhì)類(lèi)型與成員盤(pán)相同。

3 RAID重構(gòu)

當(dāng)RAID組中出現(xiàn)故障盤(pán)時(shí)，可以通過(guò)RAID控制卡的數(shù)據(jù)重構(gòu)功能，將故障盤(pán)中的數(shù)據(jù)在新盤(pán)上重構(gòu)。數(shù)據(jù)重構(gòu)功能僅適用于具有冗余功能的RAID 1、5、6、10、50、60。

RAID控制卡支持熱備盤(pán)自動(dòng)重構(gòu)故障成員盤(pán)數(shù)據(jù)。當(dāng)RAID組配置了可用的熱備盤(pán)時(shí)，在成員盤(pán)故障的情況下，熱備盤(pán)自動(dòng)替換故障盤(pán)，進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)；當(dāng)RAID組沒(méi)有可用的熱備盤(pán)時(shí)，只有更換新盤(pán)后才可進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)。當(dāng)熱備盤(pán)開(kāi)始數(shù)據(jù)重構(gòu)后，故障的成員盤(pán)就被標(biāo)注為可移除狀態(tài)。如果在數(shù)據(jù)重構(gòu)過(guò)程中系統(tǒng)下電，那么在系統(tǒng)重新啟動(dòng)后，RAID控制卡會(huì)繼續(xù)執(zhí)行數(shù)據(jù)重構(gòu)的任務(wù)。

重構(gòu)率，即數(shù)據(jù)重構(gòu)任務(wù)在系統(tǒng)運(yùn)行的所占用CPU資源的比率，可設(shè)置為0%～100%。0%表示數(shù)據(jù)重構(gòu)任務(wù)只有系統(tǒng)當(dāng)前沒(méi)有任何其他任務(wù)運(yùn)行時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)數(shù)據(jù)重構(gòu)任務(wù)。100%表示數(shù)據(jù)重構(gòu)任務(wù)占用所有CPU資源。重構(gòu)率可由用戶(hù)自行設(shè)置，建議根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況設(shè)置一個(gè)合適的取值。

4 虛擬磁盤(pán)的讀寫(xiě)策略

在創(chuàng)建虛擬磁盤(pán)時(shí)，會(huì)需要對(duì)其數(shù)據(jù)讀寫(xiě)策略進(jìn)行定義，以規(guī)范后續(xù)虛擬磁盤(pán)運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)方式。

數(shù)據(jù)讀策略

在配置界面中一般體現(xiàn)為“Read Policy”。RAID控制卡支持如下兩種數(shù)據(jù)讀策略：

預(yù)讀取方式：在配置界面中一般有“Always Read Ahead”、“Read Ahead”、“Ahead”等配置選項(xiàng)。使用此策略后，從虛擬磁盤(pán)中讀取所需數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)把后續(xù)數(shù)據(jù)同時(shí)讀出放在Cache中，用戶(hù)隨后訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)時(shí)可以直接在Cache中命中，將減少硬盤(pán)尋道操作，節(jié)省響應(yīng)時(shí)間，提高了數(shù)據(jù)讀取速度。

要使用該策略，要求RAID控制卡支持?jǐn)?shù)據(jù)掉電保護(hù)功能，但如果此時(shí)超級(jí)電容異常，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

非預(yù)讀取方式：使用此策略后，RAID控制卡接收到數(shù)據(jù)讀取命令時(shí)，才從虛擬磁盤(pán)讀取數(shù)據(jù)，不會(huì)做預(yù)讀取的操作。

數(shù)據(jù)寫(xiě)策略

在配置界面中一般體現(xiàn)為“Write Policy”。RAID控制卡支持如下數(shù)據(jù)寫(xiě)策略：

回寫(xiě)：在配置界面中一般體現(xiàn)為“Write Back”等字樣。使用此策略后，需要向虛擬磁盤(pán)寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)直接寫(xiě)入Cache中，當(dāng)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)積累到一定程度，RAID控制卡才將數(shù)據(jù)刷新到虛擬磁盤(pán)，這樣不但實(shí)現(xiàn)了批量寫(xiě)入，而且提升了數(shù)據(jù)寫(xiě)入的速度。當(dāng)控制卡Cache收到所有的傳輸數(shù)據(jù)后，將給主機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)傳輸完成信號(hào)。

要使用該策略，要求RAID控制卡支持?jǐn)?shù)據(jù)掉電保護(hù)功能，但如果此時(shí)超級(jí)電容異常，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

直寫(xiě)：在配置界面中一般有“Write Through”等選項(xiàng)。使用此策略后，RAID控制卡向虛擬磁盤(pán)直接寫(xiě)入數(shù)據(jù)，不經(jīng)過(guò)Cache。當(dāng)硬盤(pán)子系統(tǒng)接收到所有傳輸數(shù)據(jù)后，控制卡將給主機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)傳輸完成信號(hào)。

此種方式不要求RAID控制卡支持?jǐn)?shù)據(jù)掉電保護(hù)功能，即使超級(jí)電容故障，也無(wú)影響。該寫(xiě)策略的缺點(diǎn)是寫(xiě)入速度較低。

與BBU相關(guān)的回寫(xiě)：在配置界面中一般有“Write Back with BBU”等選項(xiàng)。使用此策略后，當(dāng)RAID控制卡BBU在位且狀態(tài)正常時(shí)，RAID控制卡到虛擬磁盤(pán)的寫(xiě)操作會(huì)經(jīng)過(guò)Cache中轉(zhuǎn)（即回寫(xiě)方式）；當(dāng)RAID控制卡BBU不在位或BBU故障時(shí)，RAID控制卡到虛擬磁盤(pán)的寫(xiě)操作會(huì)自動(dòng)切換為不經(jīng)過(guò)Cache的直接寫(xiě)入（即寫(xiě)通方式）。

強(qiáng)制回寫(xiě)：在配置界面中一般體現(xiàn)為“Write Back Enforce”、“Always Write Back”等字樣。在RAID控制卡無(wú)電容或電容損壞的情況下，強(qiáng)制使用“Write Back”模式。

當(dāng)服務(wù)器出現(xiàn)異常下電時(shí)，如果電容不在位或在充電狀態(tài)下，RAID控制卡中DDR（即Cache）的寫(xiě)數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。不推薦使用該模式。

5 數(shù)據(jù)掉電保護(hù)

掉電保護(hù)的原理

數(shù)據(jù)寫(xiě)入RAID控制卡高速緩存的速度大于數(shù)據(jù)寫(xiě)入硬盤(pán)的速度，一次在服務(wù)器進(jìn)行大量寫(xiě)操作時(shí)，都使用RAID控制卡高速緩存來(lái)提升系統(tǒng)性能。

開(kāi)啟RAID控制卡高速緩存可提升整機(jī)寫(xiě)性能，當(dāng)服務(wù)器寫(xiě)壓力減小或RAID控制卡高速緩存將寫(xiě)滿(mǎn)時(shí)，數(shù)據(jù)再由RAID控制卡高速緩存寫(xiě)入硬盤(pán)。

開(kāi)啟RAID控制卡高速緩存提升寫(xiě)性能的同時(shí)，也增大了數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)，在整機(jī)意外掉電時(shí)，RAID控制卡高速緩存中的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。

為了提升整機(jī)的高讀寫(xiě)性能和RAID控制卡高速緩存中數(shù)據(jù)的安全，可為RAID控制卡配置超級(jí)電容。超級(jí)電容保護(hù)模塊的原理是在發(fā)生系統(tǒng)意外掉電時(shí)，利用超級(jí)電容供電，將RAID控制卡高速緩存中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入超級(jí)電容模塊中的NAND Flash中永久保存。

超級(jí)電容電量校準(zhǔn)

由于數(shù)據(jù)保護(hù)需要超級(jí)電容的配合，為了記錄超級(jí)電容的放電曲線，以便RAID控制卡了解超級(jí)電容的狀態(tài)，例如最大和最小電壓等，同時(shí)為了延長(zhǎng)超級(jí)電容的壽命，RAID控制卡默認(rèn)啟動(dòng)超級(jí)電容自動(dòng)校準(zhǔn)模式。

RAID控制卡通過(guò)如下所述的三段式充放電操作對(duì)超級(jí)電容的電量進(jìn)行校準(zhǔn)，使其保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值。

1.RAID控制卡將超級(jí)電容的電量充到最大值。

2.自動(dòng)啟動(dòng)校準(zhǔn)進(jìn)程，將超級(jí)電容完全放電。

3.重新開(kāi)始充電，直至達(dá)到最大電量。

超級(jí)電容電量校準(zhǔn)過(guò)程中，RAID控制卡寫(xiě)策略自動(dòng)調(diào)整為“Write Through”模式以保證數(shù)據(jù)完整性，此時(shí)RAID控制卡性能會(huì)降低。電量校準(zhǔn)的時(shí)間取決于超級(jí)電容充放電速度。

6 硬盤(pán)條帶化

當(dāng)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)硬盤(pán)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)硬盤(pán)沖突。大多數(shù)硬盤(pán)系統(tǒng)都對(duì)訪問(wèn)次數(shù)（每秒的I/O操作）和數(shù)據(jù)傳輸率（每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量）有限制。當(dāng)達(dá)到這些限制時(shí)，后面需要訪問(wèn)硬盤(pán)的進(jìn)程就需要等待。

條帶化是一種自動(dòng)的將I/O的負(fù)載均衡到多個(gè)物理硬盤(pán)上的技術(shù)。條帶化技術(shù)將一塊連續(xù)的數(shù)據(jù)分成多個(gè)小部分并將其分別存儲(chǔ)到不同硬盤(pán)上去。這就能使多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)的多個(gè)不同部分而不會(huì)造成硬盤(pán)沖突，而且在需要對(duì)這種數(shù)據(jù)進(jìn)行順序訪問(wèn)的時(shí)候可以獲得最大程度上的I/O并行能力。

硬盤(pán)的條帶化，是將硬盤(pán)空間按照設(shè)定的大小分為多個(gè)條帶，數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)也按照條帶的大小來(lái)劃分?jǐn)?shù)據(jù)模塊。

例如，在一個(gè)由四個(gè)成員盤(pán)組成的硬盤(pán)系統(tǒng)中（例如RAID 0），第一個(gè)數(shù)據(jù)塊寫(xiě)入第一塊成員盤(pán)，第二個(gè)數(shù)據(jù)塊寫(xiě)入第二個(gè)成員盤(pán)，以此類(lèi)推，如圖1-11所示。由于是同時(shí)對(duì)多個(gè)硬盤(pán)進(jìn)行寫(xiě)入，因此極大地提升了系統(tǒng)性能，但是，此特性并不能保證數(shù)據(jù)的冗余性。

硬盤(pán)分條包含下面的概念：

條帶寬度：一個(gè)硬盤(pán)組在進(jìn)行分條時(shí)所使用的硬盤(pán)的個(gè)數(shù)，例如一個(gè)由四個(gè)成員盤(pán)組成的硬盤(pán)組，其條帶寬度為“4”。

硬盤(pán)組的條帶大小：RAID控制卡同時(shí)在一個(gè)硬盤(pán)組中所有硬盤(pán)上的寫(xiě)入的數(shù)據(jù)塊的大小。

硬盤(pán)的條帶大小：RAID控制卡在每塊硬盤(pán)上寫(xiě)入的數(shù)據(jù)塊的大小。

例如，針對(duì)一個(gè)硬盤(pán)組，在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，一個(gè)1MB的數(shù)據(jù)條帶，在每個(gè)成員盤(pán)上分配的數(shù)據(jù)塊為64KB，那么此硬盤(pán)組的條帶大小為1MB，硬盤(pán)的條帶大小為64KB。

7 磁盤(pán)鏡像

磁盤(pán)鏡像，適用于RAID 1和RAID 10，是指執(zhí)行寫(xiě)數(shù)據(jù)的任務(wù)時(shí)，會(huì)將同樣的數(shù)據(jù)同時(shí)寫(xiě)入兩塊硬盤(pán)，以實(shí)現(xiàn)100%的數(shù)據(jù)冗余度。由于兩塊硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)完全相同，當(dāng)一塊硬盤(pán)故障時(shí)，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。另外，同一時(shí)間，兩塊盤(pán)上的數(shù)據(jù)是完全相同的，當(dāng)一塊硬盤(pán)故障時(shí)，由于數(shù)據(jù)是同時(shí)讀寫(xiě)，因此數(shù)據(jù)流不會(huì)中斷。

磁盤(pán)鏡像帶來(lái)的是100%的完全冗余，但是其代價(jià)是比較昂貴的，因?yàn)樵阽R像過(guò)程中，每個(gè)硬盤(pán)都需要一個(gè)備份盤(pán)。

8 外部配置

外部配置，是區(qū)別于當(dāng)前RAID控制卡的配置來(lái)說(shuō)的，在配置界面中一般體現(xiàn)為“Foreign Configuration”之類(lèi)的字樣。

一般在下述情況下，會(huì)有外部配置出現(xiàn)：

一個(gè)新安裝到服務(wù)器上的物理硬盤(pán)中存在RAID配置信息，RAID控制卡會(huì)將此類(lèi)信息識(shí)別為外部配置。

服務(wù)器更換了RAID控制卡后，新RAID控制卡會(huì)將當(dāng)前存在的RAID信息識(shí)別為外部配置。

熱插拔RAID組的成員盤(pán)后，該成員盤(pán)會(huì)被標(biāo)記為攜帶外部配置。

對(duì)檢測(cè)出來(lái)的外部配置，可以根據(jù)服務(wù)器實(shí)際情況進(jìn)行處理。例如，當(dāng)新插入的硬盤(pán)攜帶的RAID信息不符合當(dāng)前使用場(chǎng)景時(shí)，可以刪除此配置。更換RAID控制卡后，如果仍然想使用之前的配置，就可以導(dǎo)入該配置，使其在新RAID控制卡上生效。

9 硬盤(pán)節(jié)能

RAID控制卡具備硬盤(pán)節(jié)能功能。此功能根據(jù)硬盤(pán)配置和I/O活動(dòng)允許硬盤(pán)停轉(zhuǎn)。所有SAS和SATA機(jī)械硬盤(pán)均支持此功能。

當(dāng)硬盤(pán)節(jié)能功能開(kāi)啟時(shí)，RAID控制卡下掛載的空閑狀態(tài)的硬盤(pán)和空閑熱備盤(pán)均處于節(jié)能狀態(tài)。當(dāng)有相關(guān)操作（例如創(chuàng)建RAID組，創(chuàng)建熱備盤(pán)，動(dòng)態(tài)擴(kuò)盤(pán)，進(jìn)行熱備重構(gòu)）時(shí)可喚醒正處于節(jié)能狀態(tài)的硬盤(pán)。

10 硬盤(pán)直通

硬盤(pán)直通，即“JBOD”功能，又稱(chēng)指令透?jìng)鳎遣唤?jīng)過(guò)傳輸設(shè)備處理，僅保證傳輸質(zhì)量的一種數(shù)據(jù)傳輸方式。

打開(kāi)硬盤(pán)直通功能后，RAID控制卡可對(duì)所連接的硬盤(pán)進(jìn)行指令透?jìng)鳎诓慌渲肦AID組的情況下，用戶(hù)指令可以直接透?jìng)鞯接脖P(pán)，方便上層業(yè)務(wù)軟件或管理軟件訪問(wèn)控制硬盤(pán)。

例如，服務(wù)器操作系統(tǒng)安裝過(guò)程中，可以直接找到掛載在RAID控制卡下的硬盤(pán)作為安裝盤(pán)；而不支持硬盤(pán)直通的RAID控制卡，在操作系統(tǒng)安裝過(guò)程中，只能找到該RAID控制卡下已經(jīng)配置好的虛擬磁盤(pán)作為安裝盤(pán)。

審核編輯：湯梓紅