原创 谈谈RAID产品与技术

说起RAID，学计算机的同学马上会说RAID技术简单啊，就是将数据条带化，然后计算一些冗余数据，一并写入磁盘。通过RAID技术一方面提高系统的IO性能；另一方面提高系统的可靠性。单纯从RAID的原理来讲，RAID技术的确没有太多复杂的东西，而且RAID所涉及到的算法也非常简单，但是，自从加州大学伯克利分校发明第一个磁盘阵列至今，虽然已经有很多厂商推出了自己的盘阵，但是核心的RAID卡却只有那么几家，这足以说明RAID产品并不容易实现，不管是RAID硬件还是RAID软件都有一定的技术难度。

RAID硬件的核心是RAID控制器，RAID控制器的核心包括嵌入式CPU、PCI-E桥路控制器和SAS/SATA控制器。嵌入式控制器通常采用低功耗的ARM核，不管是Intel的IOP还是LSI的控制器，都以ARM为核心，并且这些控制器会为RAID算法提供特殊硬件支撑，提高了RAID冗余算法运算效率。PCI-E桥路控制器和SAS/SATA控制器的难点在于物理层transciver的实现。目前，能够提供控制器的厂商有LSI、Marvell、3ware等。

RAID软件是RAID产品的灵魂，通常来讲，实现一个科研性质的RAID原型是比较简单的，因为原型系统不会考虑复杂的出错处理，不会太在意各种应用模式下的性能，但是，作为一个优秀的产品，不投入几年的时间，是无法推出一套可用的RAID产品。那么，对于一个RAID产品，需要做哪些细致的工作呢？

1， 完成IO读写框架，实现RAID数据的条带化和冗余数据的高效计算，并且需要考虑数据小写问题，采用何种策略与技术减少小写，提升IO读写性能。

2， RAID的元数据分布和可靠性问题。RAID的元数据是RAID重构的依据，因此，需要考虑元数据的分布和冗余，使得元数据的存储最为可靠。

3， RAID条带数据的完整性问题。对于一般的认识，RAID条带的写操作是一次普通的IO操作，这种思路忽略了断电问题，一旦断电，条带可能会处于数据不一致状态，因此，可以将IO操作当成transaction，并且采用NVRAM等高速存储介质作为RAID操作过程中的log。另外，磁盘介质上的数据会存在位翻转等错误，这种错误会导致条带恢复出错，并且不被软件发现，因此，需要考虑CRC等条带容错机制。

4， 磁盘故障检测问题。磁盘的故障分为很多种，在用户实际的存储系统中，磁盘故障的表现多种多样，有时是链路问题，有时是存储介质问题，有时是控制器问题，并且有时会非常不稳定，甚至会出现hotplug风暴，因此，如何认定故障磁盘是一个问题，对于不同的故障，可以采用不同的策略，这里有很多设计和考虑。

5， RAID重构问题。当磁盘发生故障时，RAID系统需要进行数据重构操作，数据重构时，RAID处于degrade状态，此时需要考虑重构写和用户写之间的并发操作问题。另外，一个更为致命的问题是RAID重构的时间特别长，一方面用户数据的IO性能会非常低；另一方面长时间的降级运行降低了系统的可靠性，在降级运行时间内，如果再次发生故障，系统数据可能会丢失。如何缩短重构时间是RAID研发的一个难点。

6， RAID数据拯救设计。数据拯救似乎与RAID本身无关，实则不然，作为一个优秀的产品，必须考虑到当磁盘发生故障时，如何尽最大可能恢复RAID中的数据，这也是RAID产品设计时需要考虑的。

7， RAID重启和管理软件。为了方便客户的应用，RAID还需要一套完整的管理软件，并且在重启时能够做到高效、快速。

RAID作为一个产品，需要考虑的因素很多，其最主要考虑的问题是性能和可靠性。一年前LSI推出的Mega-RAID中集成了快照功能，其实现了块级快照，提高了应用数据的可靠性。块级快照是RAID之上的一种存储技术，很多存储技术（重复数据删除）都往盘阵迁移，慢慢地盘阵将成为一种基础的、功能丰富的存储系统。