评估RAID系统的可靠性

1 为RAID套件的可靠性建立模型

本文将描述在一个RAID套件内的硬盘驱动器之间的关系的数学模型，利用这些模型，对它们在磁盘阵列中的总体可靠性来进行评估，本次采用的存储系统是一种低成本、可升级、外置的光纤通道存储子系统，它可以支持在一个3U的机架高度内放置总计14个1英寸的硬盘驱动器，它的磁盘阵列可以被设置成RAID级别的0、1、0+1、3和5。

2 RAID 0：数据分割

RAID-0主要涉及数据分割，它是负责在多个磁盘驱动器内容量相等的块之间传递数据的，举例来说，一个150KB的文件可以被分成条或者块来通过10个 10KB的块，对于操作系统来说，组成RAID的磁盘条被显示为一个单独的逻辑磁盘。数据条提供一个低成本的方法来增加磁盘输入/输出的性能，但是，RAID-0不能提供任何数据冗余;也就是说，如果RAID组件内的一个驱动器出现了错误，所有的数据都会丢失。

设想一个按RAID-0设置的六个硬盘驱动器组成的磁盘阵列，根据可靠性预计图表，这些硬盘驱动器被设想为成一个系列，这个由六个磁盘组成的RAID-0磁盘阵列的可靠性值很简单就是每一个单独的硬盘驱动器的可靠性的乘积。

或者对于n硬盘驱动器。

对于配有14个硬盘驱动器并使用RAID-0磁盘配置的磁盘阵列来说，该RAID系统的可靠性是：

这一结果表明在三年内没有任何数据损失的可能性是23%.相反的，在同样的时间内发生数据损失的可能性是77%。

3 RAID 1：磁盘镜象和双向化

RAID-1使用镜象或者说是影像;所有在给定磁盘上写入的数据都将被复制到另一个磁盘上，RAID-1需要至少两个硬盘驱动器来运行和组成成对的磁盘;每一对磁盘都被作为一个RAID组件考虑，举例来说，在一个由3个硬盘驱动器组成的RAID-1磁盘阵列里，硬盘1和2可以镜象数据，而硬盘3被设计为一个发生错误时使用的驱动器(如果发生了失败使用热插拔)，一个由4个硬盘驱动器组成的RAID-1磁盘阵列可以简化为两个RAID-1的RAID组件，一个由6个硬盘驱动器组成的RAID-1磁盘阵列可以被简化为三个RAID-1的RAID组件，依此类推。

镜象可以提供数据冗余和提高读取的性能，在一个RAID-1配置下，一对硬盘驱动器里的一个发生错误不会损失任何数据，但是，如果同一对的两个驱动器都发生了错误，数据将会丢失，下图显示了由6个硬盘驱动器组成的RAID-1磁盘阵列的可靠性计算公式，该RAID磁盘阵列的预计可靠性的数学关系式是：

请注意在这种情况下RAID组件的数目是三组.如果所有硬盘驱动器都是一样的，那么它们的关系是：

对于一个使用14块硬盘驱动器并配置为RAID-1磁盘阵列(7组RAID组件)的服务器，该磁盘阵列的可靠性是：

这个结果显示了在三年内不发生任何数据损失的可能性是93%，相反，在同一时期内出现数据损失的可能性是7%。

4 RAID 0+1：镜象分割

在RAID-0+1配置下，数据被分割到一个磁盘组然后再被镜象到另一个磁盘组上，从而导致了良好的输入/输出性能和可靠性，如果一个磁盘组里的驱动器出现了错误，该磁盘组的数据将会丢失，但是所有数据都会保留在镜象磁盘组上，但是，如果剩余的磁盘组(镜象)内的任何一个硬盘驱动器在第一个磁盘组被恢复前出现了错误，那么所有的数据都会丢失。

RAID-0+1需要至少4块硬盘驱动器来运行，假设所有的硬盘驱动器都是一样的，计算RAID-0+1配置下的一个磁盘阵列的可靠性的数学关系式是：

对于带有14块硬盘驱动器的磁盘阵列来说，一个可能的设置是其中12块硬盘驱动器组成一个RAID-0+1磁盘阵列而剩下的两块硬盘驱动器作为失败恢复，这个配置的可靠性是：

这个结果显示了在三年内不发生任何数据损失的可能性是90%，相反，在同一时期内出现数据损失的可能性是10%。