咱們怎麼解決機械硬盤既慢又容易壞的問題？

咱們使用的計算機的全稱叫電子計算機，前面有電子兩個字，這說的是整個計算機中的核心元器件基本上都是電子單元組成的。但機械硬盤倒是一個特殊的例外，它更可能是用機械技術作出來的一個產品。當把帶有機械技術基因的磁盤搭到計算機，尤爲是再應用到服務器領域的時候，暴露出了機械技術的兩個嚴重問題：

• 第一，速度慢。若是把內存和CPU的速度比做汽車和飛機的話，這個大哥毫秒級別的延遲幾乎就是牛車級別的。 

• 第二，容易壞。常常據說誰誰的磁盤壞了，不多有據說過誰的內存條，CPU壞了。筆者就有在讀研期間實驗室裏正在拷貝資料，忽然一個斷電直接廢了一塊硬盤的經歷。

要想保證服務器運轉的穩定和高速，就必須解決硬盤從孃胎裏帶出來的這兩個缺陷。

1多硬盤鏈接

問題簡單明瞭，咱們要解決速度慢、容易壞兩個問題。很天然，單兵做戰不行，那咱們就想到往上懟一個班，多塊硬盤一塊兒上。但問題是，假如給你N塊硬盤，讓你來出一個技術方案，你會怎麼設計呢？

第一個方案就是，把一個文件分紅N片，每一片都散列在不一樣的硬盤上。這樣當文件進行讀取的時候，就能夠N塊硬盤一塊兒來工做，從而達到讀取速度提升到N倍的效果，這就是RAID 0。

圖1 Raid 0方案

不過這個方案沒有解決容易壞的問題，任何一塊硬盤壞了都會致使存儲系統故障。

第二個方案就是，仍然把文件分片，可是全部的分片都存在一塊硬盤上，其它的硬盤只存拷貝。這既提升了硬盤的訪問速度，也解決了壞的問題。任意一塊硬盤壞了，存儲系統均可以正常使用，只不過速度會打一點折扣。

圖2 Raid 1方案

不過這個方案又帶來了新的問題，那就是實現成本有點高了。假如咱們用256G硬盤想實現512G的存儲容量的話，最少得須要4塊硬盤才能實現。

有沒有折中一點的方案呢？有，並且不少。咱們這裏只說下最多見的raid5 RAID 5一樣要對文件進行分片，可是不對存儲的數據進行備份，而是會再單獨存一個校驗數據片。假如文件分爲A1 A2 A3，而後須要再存一個校驗片到別的磁盤上。這樣無論A1，A2仍是A3那一片丟失了，均可以根據另外兩片和校驗片合成出來。既保證了數據的安全性，又只用了一塊磁盤作冗餘存儲。

圖3 Raid5 方案

假如咱們有8塊256GB的硬盤，那麼RAID5方案下的磁盤陣列從用戶角度來看可用的存儲空間是7*256GB，只「浪費」了一塊盤的空間，因此目前RAID5應用比較普遍~~

2RAID卡緩存

硬盤延遲是毫秒級別的，即便是多快硬盤並行，也只能提高數倍而已，不可以達到量級的提高。和CPU內存的納秒級別工做頻率比起來，仍是太慢了。在計算機界，沒有緩存解決不了的速度問題，若是有，那就再加一層。現代磁盤自己也基本都帶了緩存，另外在一些比較新的raid卡里，硬件開發者們又搞出來了一層「內存」，而且還本身附帶一塊電池，這就是RAID卡緩存。咱們看下幾款主流RAID卡的配置：

• PERC S120 入門軟件陣列卡，主板集成無緩存 支持RAID0 1

• PERC H330 入門硬件RAID卡，無板載緩存, 支持RAID 0 1 5 10 50

• PERC H730 主流硬件RAID卡帶有1G緩存和電池 支持RAID 0 1 5 6 10 50 60

• PERC H730P 高性能硬件RAID卡帶有2G緩存和電池 支持RAID 0 1 5 6 10 50 60

• PERC H830 同H730P,沒有內置接口，使用外置接口鏈接附加存儲磁盤櫃用

拿目前服務器端出鏡率比較高的H730和H730P來看，他們分別帶了1G和2G的緩存卡，而且自帶電池。電池的做用就是當發現主機意外斷電的時候，可以快速把緩存中的數據寫回到磁盤中去。對於寫入，通常操做系統寫到這個RAID卡里就完事了，因此速度快。對於讀取也是，只要緩存裏有，就不會透傳到磁盤的機械軸上。

另外想再補充說一點的就是文件相關函數裏設置DIRECT I/O僅僅只能繞開操做系統自己的Page Cache,而RAID卡里的緩存，對於Linux來講，能夠說算是一個黑盒。換句話說，就是操做系統並不清楚RAID卡是從緩存裏吐的數據，仍是真正從硬盤裏讀的。

3動手查看RAID

瞭解了raid基本原理之後，咱們能夠實際動手查看一下機器上的raid狀況。這裏拿我手頭的一臺服務器舉例。經過cat /proc/scsi/scsi，咱們能夠查看到raid卡的型號

Host: scsi10 Channel: 02 Id: 01 Lun: 00
  Vendor: DELL     Model: PERC H730 Mini   Rev: 4.27
  Type:   Direct-Access  ANSI  SCSI revision: 05

能夠看到個人這臺服務器raid卡使用的是PERC H730， 這塊RAID卡帶有1G緩存和電池。再看咱們的硬盤陣列

# /opt/MegaRAID/MegaCli/MegaCli64  -LDInfo -Lall -aALL

Virtual Drive: 1 (Target Id: 1)
Name              :
RAID Level          : Primary-5, Secondary-0, RAID Level Qualifier-3
Size              : 1.633 TB
Sector Size          : 512
Is VD emulated        : No
Parity Size          : 278.875 GB
State              : Optimal
Strip Size          : 128 KB
Number Of Drives       : 7
Span Depth          : 1

RAID Level列標明的就是當前RAID組的RAIN級別。對照下面，能夠看到，本機RAID Level是RAID5。

• RAID 1: Primary-1, Secondary-0, RAID Level Qualifier-0

• RAID 0: Primary-0, Secondary-0, RAID Level Qualifier-0

• RAID 5: Primary-5, Secondary-0, RAID Level Qualifier-3

• RAID 10: Primary-1, Secondary-3, RAID Level Qualifier-0
  

另外Strip Size叫作條帶大小，我機器上的配置是128KB。假若有一個512KB的文件，它就會被分紅4個條帶，每一個128KB。這些條帶可能會分散在不一樣的磁盤上，若是一次性讀取的話，多個硬盤就能夠一塊兒轉動機械軸，讀取速度就會提升到原來的數倍。不過要說明的是，若是文件小於這個條帶大小，小於128K，那麼RAID下的多塊硬盤對於該文件的讀取耗時也不會有幫助。繼續查看組成RAID的全部的磁盤的情況：

#/opt/MegaRAID/MegaCli/MegaCli64 -PDList -aALL
......
Drive's position: DiskGroup: 1, Span: 0, Arm: 0
Device Id: 1
.....
Raw Size: 279.396 GB [0x22ecb25c Sectors]
Non Coerced Size: 278.896 GB [0x22dcb25c Sectors]
Coerced Size: 278.875 GB [0x22dc0000 Sectors]
Sector Size:  512
Logical Sector Size:  512
Physical Sector Size:  512
Inquiry Data: SEAGATE ST300MM0008     TT31S42310JR
...
Drive's position: DiskGroup: 1, Span: 0, Arm: 6
Device Id: 7
Raw Size: 279.396 GB [0x22ecb25c Sectors]
Non Coerced Size: 278.896 GB [0x22dcb25c Sectors]
Coerced Size: 278.875 GB [0x22dc0000 Sectors]

看到屬於DiskGroup 1的總共有7塊硬盤，每塊的大小都是278GB左右。6塊盤的總容量大小就是1.6T左右，確實是只「浪費」了一塊硬盤的容量來保障數據的安全性！

另外Inquiry Data也顯示了硬盤的製造商，已經型號。這些磁盤都是希捷的300G的機械硬盤，經Google查詢其轉速爲1萬轉每分鐘。

4本文小結

機械技術和電子技術比較起來，穩定性要差不少。因此機械背景出身的硬盤既慢又容易壞。爲了解決這個問題，RAID技術應運而生。經過必定的冗餘原始存儲或者校驗數據提供安全性的保障，經過增長帶電子基因的緩存，合理調度多塊磁盤的機械軸，提升了磁盤IO的讀寫速度。在Linux下能夠經過MegaCli工具來查看你的RAID組狀況，強烈你建議實際動手查看一下！