RAID概念是由美國加州大學伯克利分校的D.A.Patterson教授在1988年提出的。是Redundent Array of InexpensiveDisks的縮寫，直譯為“廉價冗余磁盤陣列”，也簡稱為“磁盤陣列”。后來RAID中的字母I被改作了Independent，RAID就成了“獨立冗余磁盤陣列”，當然這只是名稱的變化，實質(zhì)內(nèi)容并沒有改變。
RAID的級別包括RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6，以及在此之上的各種組合，其中具有容錯功能的是RAID1、RAID5和RAID6。為了讓大家更加清晰地認識到RAID6的價值，也就是我們?yōu)槭裁匆芯亢桶l(fā)展RAID6技術(shù)，本文將對比介紹各種容錯功能RAID系統(tǒng)的可靠性分析，并詳細介紹RAID6的應(yīng)用條件和優(yōu)勢。
RAID6的價值
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，但一個突出的局限性就是，無法容忍兩塊硬盤同時故障的情況發(fā)生。一旦存儲系統(tǒng)中兩塊硬盤同時損壞，以往的RAID技術(shù)對此也無能為力了。
RAID6正是為了解決這個問題而誕生的。與其它RAID方式不同，他采用雙重校驗的方式，也就是說有2份校驗數(shù)據(jù)，從而使得允許兩個存儲設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，仍然能夠正常的操作數(shù)據(jù)。在充分利用存儲空間的基礎(chǔ)上，大大的提高了RAID的容錯能力；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，那么有必要對兩塊磁盤同時出現(xiàn)故障的情況進行設(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RAID組中的磁盤都需要進行數(shù)據(jù)重構(gòu)，磁盤容量越大需要的時間越長，在數(shù)據(jù)重構(gòu)的時間內(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RAID6技術(shù)將可靠性提高了1000倍以上。
傳統(tǒng)可容錯RAID
為了更好地說明RAID6的優(yōu)勢，我們先介紹兩種傳統(tǒng)可容錯RAID技術(shù)。傳統(tǒng)RAID技術(shù)中，擁有容錯功能的是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。對于RAID1，因為源設(shè)備和鏡像設(shè)備保存了同樣的數(shù)據(jù)，所以其存儲空間利用率為50%。如果每個存儲設(shè)備的故障率為p，那么整個RAID1其可用性為：1-p * p = 1 – p2
RAID5
圖－2 RAID5數(shù)據(jù)分布示意
RAID5采用計算異或 (XOR) 的方式來實現(xiàn)容錯，也就是說對于發(fā)送下來的數(shù)據(jù)，采用條帶(stripe) 技術(shù)分塊，并計算校驗。如圖－2所示，P0 = 0⊕1⊕2, ⊕為異或運算。
因此，即使其中的一個存儲設(shè)備出現(xiàn)故障，也可以通過計算異或，得到相對應(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
對于RAID5，如果由N個存儲設(shè)備組成，由于要保存額外的校驗數(shù)據(jù)，那么其存儲空間利用率為：(N-1)/N＝ 1 － 1/N
如果每個存儲設(shè)備的故障率為p，只要任何兩個存儲設(shè)備出現(xiàn)故障，RAID5就不可用了，因此整個RAID5其可用性為1-p * p = 1 – p2
RAID6與傳統(tǒng)容錯RAID對比
RAID6采用雙重校驗的方法，如圖－1所示。第一種校驗，采用異或 (XOR)方法，來計算P；另一種則為采用Reed-Solomon編碼方式，來計算校驗Q。從而使得即使RAID6損壞兩個存儲設(shè)備時，也能夠完成正常的操作。
圖－3 RAID6數(shù)據(jù)分布示意
其計算公式為：P0 = 0⊕1⊕2⊕3，Q0 =(K0⊙0)⊕(K1⊙1)⊕(K2⊙2)⊕(K3⊙3)，其中⊙ 為伽羅瓦域(GaloisField)計算操作，關(guān)于該計算的細節(jié)，在接下來的RAID6的技術(shù)原理中進行詳細講解。
對于RAID6，如果由N個存儲設(shè)備組成，由于要保存兩個額外的校驗數(shù)據(jù)，那么其存儲空間利用率為：(N-2)/N＝ 1 － 2/N
如果每個存儲設(shè)備的故障率為p，只要任何三個存儲設(shè)備出現(xiàn)故障，RAID6就不可用，因此整個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RAID之間的區(qū)別。
表－1 容錯RAID對比表
從表－1可以看出，相對于RAID1來說，當N>2時，其存儲空間的利用率得到了提高；對于可用性來說，顯然RAID6提供了更好的可用性，允許兩個存儲設(shè)備故障，這對于容錯RAID來說，算的上是最重要的特性之一。
RAID6優(yōu)缺點分析
RAID5在一個存儲設(shè)備故障時，不用停機還能保護數(shù)據(jù)。但是，如果兩個存儲設(shè)備故障，數(shù)據(jù)就會丟失。盡管兩個存儲設(shè)備故障比一個存儲設(shè)備故障的概率要小，但是考慮到目前應(yīng)用中的幾個原因，同時掉兩個存儲設(shè)備的可能性還是很大的：
A) 硬盤的廣泛使用：面向中低端存儲領(lǐng)域的SATA技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用，如桌面和SMB (SmallMiddle Business)存儲，它低成本，容量大；但是，其平均無故障時間(MTBF)比FC和SCSI硬盤的都短，使同一時間掉兩塊盤的可能性變大了。
B)人為操作原因：當一個存儲設(shè)備故障時，通常維護人員會用一個新的存儲設(shè)備來取代這個出現(xiàn)故障的存儲設(shè)備。不過，一旦操作人員在維護過程中出現(xiàn)小疏忽，讓沒有故障的存儲設(shè)備離線，就會立即造成同時掉兩個存儲設(shè)備故障的狀況，從而使得RAID5數(shù)據(jù)將丟失。
C)RAID中，存儲設(shè)備數(shù)量增加，提高了故障率：當RAID中增加存儲設(shè)備數(shù)量時，很大程度上提高了存儲設(shè)備預(yù)期故障發(fā)生率。當RAID出現(xiàn)故障時，在系統(tǒng)用空閑存儲設(shè)備恢復(fù)數(shù)據(jù)時，也提高了其余存儲設(shè)備也故障率；因此系統(tǒng)內(nèi)存儲設(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在計算校驗時，需要消耗大量的時間來做計算；如果采用CPU來完成這個動作，那么它對CPU的占用率是相當高的。因此，為了提高RAID6的性能，設(shè)計了專門的硬件加速器來完成該操作。
不管如何，RAID6技術(shù)提供了可同時損壞兩塊盤的容錯能力，對于數(shù)據(jù)保護領(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得到補足，可以相信RAID6會在存儲行業(yè)發(fā)展壯大。
好了，在這一節(jié)我們通過幾種容錯技術(shù)的對比，已經(jīng)講述了RAID6存在的價值，下一節(jié)我們將向大家詳細講述RAID6的數(shù)學算法。
