硬件缓存文件写入失败

白皮书硬件RAID与软件RAID:哪一种最适合我的应用2017年10月硬件RAID与软件RAID:哪一种最适合我的应用Microsemi专有和机密.
白皮书修订版本1.
0内容简介1什么是RAID1软件RAID2软件RAID实施方案2操作系统软件RAID.
2硬件辅助型软件RAID.
3硬件RAID4硬件RAID实施方案5分立RAID控制器卡.
5基于磁碟阵列控制芯片(ROC)技术的集成硬件RAID解决方案.
6硬件或软件RAID哪一种最适合我的应用7操作系统软件RAID7硬件辅助型软件RAID7硬件RAID7更多硬件RAID7结论9硬件RAID与软件RAID:哪一种最适合我的应用Microsemi专有和机密.
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01简介近年来,RAID(独立磁盘冗余阵列)技术逐步发展成满足数据保护要求的服务器选项.
RAID的首款实施方案诞生于1990年,搭载高性能I/O处理器的控制器板价格非常昂贵.
该处理器的性能与主机CPU一样强大.
当时,基于硬件的RAID解决方案是唯一选项,而RAID控制器的成本限制了其在昂贵服务器中的应用.
如今,RAID的技术广泛应用,从操作系统软件功能到独立的控制器,均可在高端存储区域网络内提供优异的数据完整性.
这项技术适用于装载大量硬盘驱动的笔记本电脑、台式机、工作站、服务器以及移动存储盒这类移动环境.
RAID甚至还可以应用于TV机顶盒或个人存储设备.
本白皮书从较高层面针对各种RAID解决方案进行了概述.
本书开头定义了"软件RAID"与"硬件RAID",介绍了这些不同RAID实施方案的工作原理及其优势,帮助用户为个人应用选择最佳RAID解决方案.
什么是RAIDRAID是一种将多块独立式硬盘驱动虚拟化为一个或多个阵列的方式,能够改善性能、容量和可靠性(可用性).
总阵列容量取决于构建的RAID阵列类型以及硬盘驱动的数量和容量.
总阵列容量与使用软件或硬件RAID无关.
后续章节介绍不同实施方案、优势和缺点,以及它们对于系统性能和增强数据可用性的效率所产生的影响.
表1RAID类型产品特点RAID0RAID1RAID1ERAID5RAID5EERAID6RAID10RAID50RAID60最少驱动数量223344468数据保护无保护一次驱动故障一次驱动故障一次驱动故障一次驱动故障两次驱动故障最多一次硬盘故障(在每个子阵列中)最多一次硬盘故障(在每个子阵列中)最多两次硬盘故障(在每个子阵列中)读取性能高高高高高高高高高写入性能高中中低低低中中中读取性能(降级)N/A中高低低低高中中写入性能(降级)N/A高高低低低高中低容量利用率100%50%50%67%–94%50%–88%50%–88%50%67%–94%50%–88%硬件RAID与软件RAID:哪一种最适合我的应用Microsemi专有和机密.
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02软件RAID简而言之,软件RAID是RAID任务在计算机系统的CPU中运行.
下图显示了一种软件RAID系统.
部分软件RAID实施方案中包含一个硬件,初看上去类似于硬件RAID实施方案.
因此,了解RAID代码利用CPU计算能力这一点至关重要.
提供RAID功能的代码运行于系统CPU中,其与所有相关应用共享操作系统的计算能力.
软件RAID实施方案软件RAID可通过多种方法实现:作为纯正的操作系统软件RAID解决方案作为包含某些专用硬件的解决方案,可提升性能并减少系统CPU资源占用率操作系统软件RAID在这种情况下,RAID实施方案应用在不含其他任何硬件的主机中运行.
此类软件RAID使用计算机系统附带的硬盘驱动,该系统内置I/O接口或无处理器主机总线阵列卡(HBA).
RAID在操作系统加载RAID驱动程序软件后立即激活.
这种纯正的软件RAID解决方案通常集成于服务器操作系统中,可供用户免费使用.
低成本是这种解决方案的主要优势.
图1-操作系统软件RAID操作系统软件RAID的优点:低成本:RAID功能内置于操作系统内,无需额外付费.
唯一的成本是附加硬盘驱动.
操作系统软件RAID的缺点:启动时无保护(无法在启动时管理或保护数据):RAID软件启动过程中或激活前可能发生驱动器故障或数据受损,导致系统无法运行.
附加服务器性能负载:服务器性能受RAID应用的影响.
涉及的驱动越多(例如涉及RAID5中的奇偶校验),RAID系统越复杂,因此对整体性能的影响越大.
该解决方案更加适用于简单的RAID0/1/10场景.
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03操作系统迁移受限:RAID功能可能受限于当前操作系统.
如果部分操作系统版本不支持RAID功能,则没有任何方法可以将阵列迁移到其他操作系统或同一操作系统的不同版本.
容易感染病毒:RAID作为应用程序在操作系统中运行,其功能将遭受病毒攻击或其他有害软件的影响.
系统崩溃导致数据完整性受损:服务器中的软件或硬件问题将影响数据一致性和完整性.
无回写缓存:软件RAID仅以直写模式运行,但硬件RAID可在由电池供电的情况下以回写模式运行,提升了数据保护等级.
回写模式显著增强RAID阵列的写操作性能.
不能为软件RAID增加电池.
取决于驱动器品牌和型号.
硬件辅助型软件RAID然而,这仍属软件RAID,只是使用硬件辅助弥补纯正软件RAID的缺点.
这类解决方案通常带有附加硬件(例如采用RAIDBIOS的HBA,或者仅将RAIDBIOS集成于主板).
附加BIOS确保RAID功能在系统导通后的可用性,能够在启动期间提供冗余,帮助削弱介质错误对RAID的影响,避免数据损坏或系统操作故障.
此外,这些解决方案多数可以提供一个BIOS安装软件,适用于系统启动.
这显著简化了RAID阵列的安装和维护,无需通过硬盘或CD-ROM安装或启动操作系统.
此外,硬件辅助型软件RAID通常配有各种驱动程序,适用于最为常见的操作系统,因此比纯正的软件RAID更加独立于操作系统.
图2软件RAID硬件辅助型软件RAID的优点:价格适中:主板中的BIOS仅需HBA(插卡)或附加闪存;如果控制器支持RAID5,还可能还包含一个硬件XOR加速器.
启动时受保护:当启动驱动器出现介质错误或完全故障时,数据可用性不受任何负面影响.
通过专用GUI和软件编译并维护RAID:轻松安装并维护RAID阵列.
硬件辅助型软件RAID的缺点:附加服务器性能负载.
服务器性能受RAID应用的影响.
涉及的驱动越多(例如涉及RAID5中的奇偶校验),RAID系统越复杂,因此对整体性能的影响越大.
该解决方案更加适用于简单的RAID0/1/10场景.
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04操作系统迁移受限:只要驱动程序在操作系统中运行,RAID功能便仍然依赖于操作系统.
然而,各种操作系统的多个驱动程序允许将阵列迁移到其他操作系统.
对于最新推出的操作系统,这可能受RAID驱动器可用性的限制(如更新的操作系统版本可能需要新RAID驱动器-RAID驱动器相比于常规HBA驱动器程序更加复杂,所需开发时间可能较长)容易感染病毒:RAID作为应用程序在操作系统中运行,其功能将遭受病毒攻击或其他有害软件的影响.
系统崩溃导致数据完整性受损:服务器中的软件或硬件问题将影响数据一致性和完整性.
无回写缓存:硬件辅助型软件RAID仅以直写模式运行,但硬件RAID可在由电池供电的情况下以回写模式运行,提升了数据保护等级.
回写模式显著增强RAID阵列的写操作性能.
不能为硬件辅助型软件RAID增加电池.
取决于驱动器品牌和型号.
硬件RAID硬件RAID解决方案通过专属处理器和存储器运行RAID应用程序.
在该实施方案中,RAID系统是一种专用于RAID应用程序的独立式小型计算机系统,能够将该任务从主机系统中卸载.
图3硬件RAID硬件RAID作为解决方案的重要组成部分(例如在主板中集成)或附加卡提供.
如果必要的硬件已在系统解决方案中集成,则硬件RAID可以作为软件升级在现有系统中应用.
因此,与软件RAID相似,硬件RAID初看上去可能无法识别.
辨别解决方案是软件还是硬件RAID最简单方法是读取RAID解决方案的技术规格或数据表.
如果解决方案中包含一个微处理器(通常称为I/O处理器、处理器,有时称为ROC("磁碟阵列控制芯片"),则该解决方案为硬件RAID解决方案.
如果不含处理器,则为软件RAID解决方案.
这对于用户的选择至关重要,因为软件RAID与硬件RAID实施方案对系统产生的影响不同.
相关影响包括:运行其他应用程序时的CPU利用率和性能可添加到系统中的硬盘驱动可扩展能力数据丢失后可轻松恢复高级数据管理/监视性能支持跨不同操作系统统一管理硬盘驱动支持添加电池备份选项,允许用户使能控制器写入缓存,以提升系统的写操作性能硬件RAID与软件RAID:哪一种最适合我的应用Microsemi专有和机密.
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05硬件RAID实施方案硬件RAID可通过多种方法实现:作为分立RAID控制器卡作为基于磁碟阵列控制芯片技术的集成硬件分立RAID控制器卡这是一张插入式扩展卡,通常内置RAID处理器(I/O处理器)及专属驱动器接口(I/O控制器).
它通常可插入计算机系统主板的PCI-X或PCIe插槽.
这些插卡通常价格最为昂贵,但也是灵活性和性能最优异的RAID解决方案.
此处的RAID功能完全独立于主机(计算机系统).
该卡的分立式特性允许使用最高性能的I/O处理器以及最快的存储器.
RAID卡可以将创建冗余存储子系统的任务完全从计算机系统中卸载,即使发生驱动器故障也不会影响系统其余部分的性能.
可以使用更加复杂,但空间效率更高的RAID等级(如RAID5或RAID6),同时不会影响系统.
卡中的附加I/O接口通常可用于提升系统可扩展能力(添加更多硬盘驱动并扩大容量).
即使多个RAID阵列也不会影响主机系统的性能.
这些可以轻松地迁移到其他操作系统,甚至其他主机系统或平台.
分立RAID控制器卡的优点:启动时受保护:当启动驱动器出现介质错误或完全故障时,数据可用性不受任何负面影响.
性能独立于服务器中的工作负载:存储器和处理器速度更快,不影响主机系统中运行的应用程序的性能.
RAID应用程序独立于主机:系统崩溃后,不出现数据完整性问题.
在断电情况下提供加强保护:硬件RAID实施方案通常持续跟踪非易失性硬件中正在进行的写操作.
软件RAID实施方案则不受这种保护,难以在写操作期间发生断电时恢复运行.
不易感染病毒:RAID阵列完全独立于主机系统和操作系统.
如果主机系统故障,并不会发生数据完整性问题.
卸载主机中的RAID任务:最适用于复杂的RAID5或RAID6场景,此类场景通常具备最佳性价比.
通过专用GUI和软件编译并维护RAID:轻松安装并维护RAID阵列.
便于迁移和更换:卡可以插入任何系统,方便更换或将其升级为性能最佳的最新版本.
也非常容易从一个操作系统迁移到另一操作系统.
支持高级RAID功能:典型示例包括硬盘热插拔、阵列级迁移和在线扩容.
控制器上缓存:通过使用缓存存储器提升访问速度,包括在存储器受电池保护时使用回写缓存.
与驱动的品牌和型号无关.
分立RAID控制器卡的缺点:成本最高:插卡中的I/O处理器和附加存储器提升成本.
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06基于磁碟阵列控制芯片(ROC)技术的集成硬件RAID解决方案在ROC解决方案中,RAID处理器、内存控制器、主机接口、连接硬盘驱动的I/O接口,甚至存储器均可在同一芯片中集成.
该芯片可集成于主板,在节约成本的同时提供硬件RAID功能(仅需一个高度集成的ASIC).
ROC可替代许多服务器主板中的I/O接口芯片(例如SCSI控制器芯片).
这表示ROC解决方案不只为硬盘驱动集成了连接.
图4集成硬件RAID基于ROC的硬件RAID的优点:启动时受保护:当启动驱动器出现介质错误或完全故障时,数据可用性不受任何负面影响.
RAID应用程序独立于主机:系统崩溃后,不出现数据完整性问题.
不易感染病毒:RAID阵列完全独立于主机系统和操作系统.
如果主机系统故障,并不会发生数据完整性问题.
在断电情况下提供加强保护:硬件RAID实施方案通常持续跟踪非易失性硬件中正在进行的写操作.
软件RAID实施方案不受这种保护,难以在写操作期间发生断电时恢复运行.
卸载主机中的RAID任务:最适用于复杂的RAID5或RAID6场景,此类场景通常具备最佳性价比.
通过专用GUI和软件编译并维护RAID.
轻松安装并维护RAID阵列.
支持高级RAID功能:典型示例包括硬盘热插拔、阵列级迁移和在线扩容.
控制器上缓存:通过使用缓存存储器提升访问速度,包括在存储器受电池保护时使用回写缓存.
以主板中的RAID(ROMB)或者通过插卡实现.
基于ROC的硬件RAID的缺点:成本中等:与分立硬件RAID解决方案相比,其芯片数量有所减少,可降低成本并增强可靠性.
由于I/O处理器和I/O接口在同一芯片中高度集成,因此这些复杂芯片的时钟频率目前可能受限.
下一代ROC解决方案可能会解决这个问题.
灵活性和迁移受限:只有在其他系统配备类似的(兼容性)ROC解决方案时,RAID才能迁移到这些系统.
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07硬件或软件RAID哪一种最适合我的应用了解不同RAID实施方案的特点后,以下典型服务器部署场景可以优化RAID子系统,从而实现整体服务器性价比目标.
操作系统软件RAID由于性能和数据可用性是关键指标,因此纯正的软件RAID解决方案是入门级RAID0或1的理想选择.
然而,软件RAID无法用于启动驱动,原因是操作系统RAID功能只能在操作系统启动后使用.
目标应用具有高性能要求的入门级服务器具有数据可用性要求的入门级服务器硬件辅助型软件RAID硬件辅助型软件RAID可作为具有成本效益的解决方案高效应用,与操作系统软件RAID相似,但具备启动能力要求.
目标应用无大规模数据存储要求的工作站无数据保护要求的入门级服务器硬件RAID硬件RAID解决方案主要应用于功能最为丰富且性能最优异的应用.
这些解决方案能够以主板中的RAID(ROMB)形式实现,或者通过插卡扩展性能和可用性(控制器冗余).
目标应用无数据存储要求的入门级服务器连接网络存储的计算机引擎更多硬件RAID一般而言,硬件RAID相比于基于软件的解决方案具备更多优势,适用于更加复杂的RAID算法.
例如,测量结果指示软件RAID-6实施方案对系统计算资源造成沉重负载,在降级模式下尤为如此.
此时,硬件RAID对于这类配置极具吸引力.
目标应用具有大规模数据存储要求的高性能工作站要求存储子系统具备高性能和可扩展性的入门级企业服务器.
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08表2不同RAID实施方案的特点产品特点操作系统软件RAID硬件辅助软件RAID硬件RAID控制器ROC或附加卡启动期间提供数据保护否是是可进行回写缓存否否是在断电情况下提供加强保护否否是配有独立于主机操作系统的RAID否否是RAID性能取决于服务器负载取决于服务器负载高:独立于服务器负载RAID功能易受病毒攻击是是否在启动期间设置否是是迁移至其他操作系统版本的能力否受限是典型的RAID应用RAID0、1RAID0、1高级RAID:RAID5或RAID6适用于任何驱动否是是对于CPU性能的影响大大小硬件RAID与软件RAID:哪一种最适合我的应用Microsemi专有和机密.
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09结论本白皮书介绍硬件RAID相对于软件RAID实施方案的优势.
硅技术的不断发展推动硬件RAID所需的处理器集成于单芯片解决方案,不久将发展为普及的服务器芯片组,大幅节省实施方案的成本.
这种方式将硬件RAID解决方案更为广泛的部署于低价位服务器,使其面向更多用户.
目前,新的数据保护等级和管理效能已经实现,RAID双驱动故障保护和数据加密便是两种代表性示例.
与外部RAID配置相比,这些硬件RAID实施方案在许多情况下能够提供成本更低,但性能更高的解决方案.
硬件RAID与软件RAID:哪一种最适合我的应用Microsemi专有和机密.
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