RAID系統(tǒng)可靠性分析

　　何謂可靠性？

　　可靠性在理論上講是概率問(wèn)題。

　　一套系統(tǒng)從投入使用開(kāi)始，連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)故障，通過(guò)維修或更換部件后再投入運(yùn)行；第二次連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，可能又出現(xiàn)故障……設(shè)Ti為運(yùn)行時(shí)間，ti為停運(yùn)時(shí)間，∑T表示平均運(yùn)行時(shí)間，它是T1、T2……Tn的代數(shù)平均值，∑t表示平均停運(yùn)時(shí)間，它是t1、t2……tn的代數(shù)平均值。如果令R為可靠性，則R＝∑T/(∑T＋∑t)。設(shè)F為故障率，則F=∑t/(∑T＋∑t)，且R+F=1。 mda.com

　　為分析方便，僅討論由相同的RAID級(jí)和相同容量的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成的磁盤(pán)陣列，并且假設(shè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器在100%運(yùn)行情況下，3年內(nèi)的可靠性r為0.95。

　　RAID及其可靠性

　　RAID是利用若干硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器加上控制器按一定的組合方式組成的一個(gè)大容量、快速響應(yīng)和高可靠的存儲(chǔ)子系統(tǒng)。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的不同組合方式形成了不同級(jí)別的RAID陣列。

　　RAID 0通過(guò)2個(gè)以上的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成一個(gè)磁盤(pán)陣列，讀入和寫(xiě)出的數(shù)據(jù)流被分割為大小相同的塊或條，然后平均分配給各硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成傳輸。雖然組成RAID的磁盤(pán)條(Stripe Block)被顯示為同一邏輯磁盤(pán)，但實(shí)際卻由幾個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器并行處理，使整個(gè)系統(tǒng)的性能大大提高。RAID 0陣列的實(shí)際容量為M×n(M為硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的容量，n為硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量，下同)，磁盤(pán)利用率為100％。

　　RAID 0在所有RAID級(jí)別中效率最高，但卻是惟一不具有容錯(cuò)性的。由于它將數(shù)據(jù)分成塊存儲(chǔ)在不同的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，從而極大地增加了數(shù)據(jù)的安全隱患，且這種隱患隨著系統(tǒng)中硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器總數(shù)量的增多而加大，因?yàn)槿绻�其中有一個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中的數(shù)據(jù)被破壞，整個(gè)數(shù)據(jù)就不能被正確讀出了。顯然，系統(tǒng)的可靠性值就是每一個(gè)單獨(dú)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器可靠性的乘積，即R=rn，對(duì)于12塊相同硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成的RAID 0陣列，有R=0.9512=54％。

　　如果說(shuō)RAID 0是追求性能而放棄可靠性的話(huà)，那么，RAID 1正好相反，它是追求可靠性而放棄性能的一種解決方案。其做法就是通過(guò)磁盤(pán)鏡像使所有在給定硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上寫(xiě)入的數(shù)據(jù)都被復(fù)制到另一個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上。RAID 1至少由2個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成，其實(shí)際容量為M×n/2，磁盤(pán)利用率為50％。

　　在RAID 1中，2個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成一個(gè)鏡像對(duì)，在一對(duì)鏡像盤(pán)中，如果1個(gè)發(fā)生錯(cuò)誤不會(huì)損失任何數(shù)據(jù)，因?yàn)閿?shù)據(jù)可以從鏡像盤(pán)中恢復(fù)。但如果2個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器都發(fā)生了錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)則將丟失。

　　2個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成的RAID 1陣列其可靠性計(jì)算

　　1個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率為1-r，2個(gè)同時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率為(1-r)×(1-r)，則有R＝1-(1-r)×(1-r)＝r(2-r)。

　　對(duì)于n(n為2的倍數(shù))個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成的RAID 1陣列，每2個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成一組，共有n/2組，則R＝(r(2-r))n/2 。

　　12塊相同硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成的RAID 1陣列，其可靠性為R=(0.95×(2-0.95))12/2= 99％。