RAID概念是由美國加州大學(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(rèn)識到RAID6的價(jià)值，也就是我們?yōu)槭裁匆芯亢桶l(fā)展RAID6技術(shù),，本文將對比介紹各種容錯功能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。

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,。一旦存儲系統(tǒng)中兩塊硬盤同時(shí)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(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(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,，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?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(jì)算異或 (XOR) 的方式來實(shí)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(jì)算校驗(yàn),。如圖－2所示,，P0 = 0⊕1⊕2, ⊕為異或運(yùn)算。

因此,，即使其中的一個存儲設(shè)備出現(xiàn)故障,，也可以通過計(jì)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(yàn)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(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損壞兩個存儲設(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(yàn)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(dāng)N>2時(shí),，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(diǎn)分析

RAID5在一個存儲設(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(shí)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 (Small Middle Business) 存儲,，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)一個存儲設(shè)備故障時(shí),，通常維護(hù)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(hù)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(shí)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(dāng)RAID中增加存儲設(shè)備數(shù)量時(shí),，很大程度上提高了存儲設(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)用空閑存儲設(shè)備恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí),，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(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來完成這個動作,，那么它對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)損壞兩塊盤的容錯能力,，對于數(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得到補(bǔ)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(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。