关于linux:怎么解决机械硬盘既慢又容易坏的问题

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咱们应用的计算机的全称叫电子计算机，后面有电子两个字，这说的是整个计算机中的外围元器件基本上都是电子单元组成的。但机械硬盘却是一个非凡的例外，它更多是用机械技术做进去的一个产品。当把带有机械技术基因的磁盘搭到计算机，尤其是再利用到服务器畛域的时候，暴露出了机械技术的两个重大问题：

第一，速度慢。如果把内存和 CPU 的速度比作汽车和飞机的话，这个大哥毫秒级别的提早简直就是牛车级别的。
第二，容易坏。常常据说谁谁的磁盘坏了，很少有据说过谁的内存条，CPU 坏了。笔者就有在读研期间实验室里正在拷贝材料，忽然一个断电间接废了一块硬盘的经验。

要想保障服务器运行的稳固和高速，就必须解决硬盘从娘胎里带进去的这两个缺点。

问题简单明了，咱们要解决速度慢、容易坏两个问题。很天然，单兵作战不行，那咱们就想到往上怼一个班，多块硬盘一起上。但问题是，如果给你 N 块硬盘，让你来出一个技术计划，你会怎么设计呢？

第一个计划就是，把一个文件分成 N 片，每一片都散列在不同的硬盘上。这样当文件进行读取的时候，就能够 N 块硬盘一起来工作，从而达到读取速度进步到 N 倍的成果，这就是 RAID 0。

不过这个计划没有解决容易坏的问题，任何一块硬盘坏了都会导致存储系统故障。

第二个计划就是，依然把文件分片，然而所有的分片都存在一块硬盘上，其它的硬盘只存拷贝。这既进步了硬盘的访问速度，也解决了坏的问题。任意一块硬盘坏了，存储系统都能够失常应用，只不过速度会打一点折扣。

不过这个计划又带来了新的问题，那就是实现老本有点高了。如果咱们用 256G 硬盘想实现 512G 的存储容量的话，起码得须要 4 块硬盘能力实现。

有没有折中一点的计划呢？有，而且很多。咱们这里只说下最常见的 raid5
RAID 5 同样要对文件进行分片，然而不对存储的数据进行备份，而是会再独自存一个校验数据片。
如果文件分为 A1 A2 A3，而后须要再存一个校验片到别的磁盘上。这样不论 A1，A2 还是 A3 那一片失落了，都能够依据另外两片和校验片合成进去。既保证了数据的安全性，又只用了一块磁盘做冗余存储。

如果咱们有 8 块 256GB 的硬盘，那么 RAID5 计划下的磁盘阵列从用户角度来看可用的存储空间是 7 *256GB，只“节约”了一块盘的空间，所以目前 RAID5 利用比拟宽泛~~

硬盘提早是毫秒级别的，即便是多快硬盘并行，也只能晋升数倍而已，不可能达到量级的晋升。和 CPU 内存的纳秒级别工作频率比起来，还是太慢了。
在计算机界，没有缓存解决不了的速度问题，如果有，那就再加一层。古代磁盘自身也根本都带了缓存，另外在一些比拟新的 raid 卡里，硬件开发者们又搞进去了一层“内存”，并且还本人附带一块电池，这就是 RAID 卡缓存。咱们看下几款支流 RAID 卡的配置：

PERC S120 入门软件阵列卡，主板集成无缓存反对 RAID0 1
PERC H330 入门硬件 RAID 卡，无板载缓存, 反对 RAID 0 1 5 10 50
PERC H730 支流硬件 RAID 卡带有 1G 缓存和电池反对 RAID 0 1 5 6 10 50 60
PERC H730P 高性能硬件 RAID 卡带有 2G 缓存和电池反对 RAID 0 1 5 6 10 50 60
PERC H830 同 H730P, 没有内置接口，应用外置接口连贯附加存储磁盘柜用

拿目前服务器端出镜率比拟高的 H730 和 H730P 来看，他们别离带了 1G 和 2G 的缓存卡，并且自带电池。电池的作用就是当发现主机意外断电的时候，可能疾速把缓存中的数据写回到磁盘中去。对于写入，个别操作系统写到这个 RAID 卡里就完事了，所以速度快。对于读取也是，只有缓存里有，就不会透传到磁盘的机械轴上。

另外想再补充说一点的就是文件相干函数里设置 DIRECT I/ O 仅仅只能绕开操作系统自身的 Page Cache, 而 RAID 卡里的缓存，对于 Linux 来说，能够说算是一个黑盒。换句话说，就是操作系统并不分明 RAID 卡是从缓存里吐的数据，还是真正从硬盘里读的。

理解了 raid 基本原理当前，咱们能够理论入手查看一下机器上的 raid 状况。这里拿我手头的一台服务器举例。
通过cat /proc/scsi/scsi，咱们能够查看到 raid 卡的型号

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

能够看到我的这台服务器 raid 卡应用的是 PERC H730，这块 RAID 卡带有 1G 缓存和电池。

再看咱们的硬盘阵列

# /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 列表明的就是以后 RAID 组的 RAIN 级别。对照上面

RAID 1: Primary-1, Secondary-0, RAID Level Qualifier-0 RAID 1
RAID 0: Primary-0, Secondary-0, RAID Level Qualifier-0 RAID 0
RAID 5: Primary-5, Secondary-0, RAID Level Qualifier-3 RAID 5
RAID 10: Primary-1, Secondary-3, RAID Level Qualifier-0 RAID 10

能够看到，本机 RAID Level 是 RAID5。

另外 Strip Size 叫做条带大小，我机器上的配置是 128KB。如果有一个 512KB 的文件，它就会被分成 4 个条带，每个 128KB。这些条带可能会扩散在不同的磁盘上，如果一次性读取的话，多个硬盘就能够一起转动机械轴，读取速度就会进步到原来的数倍。不过要阐明的是，如果文件小于这个条带大小，小于 128K，那么 RAID 下的多块硬盘对于该文件的读取耗时也不会有帮忙。

持续查看组成 RAID 的所有的磁盘的情况：

#/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]

看到属于 DiskGroup 1 的总共有 7 块硬盘，每块的大小都是 278GB 左右。6 块盘的总容量大小就是 1.6T 左右，的确是只“节约”了一块硬盘的容量来保障数据的安全性！

另外 Inquiry Data 也显示了硬盘的制造商，曾经型号。这些磁盘都是希捷的 300G 的机械硬盘，经 Google 查问其转速为 1 万转每分钟。

机械技术和电子技术比拟起来，稳定性要差很多。所以机械背景出身的硬盘既慢又容易坏。为了解决这个问题，RAID 技术应运而生。通过肯定的冗余原始存储或者校验数据提供安全性的保障，通过减少带电子基因的缓存，正当调度多块磁盘的机械轴，进步了磁盘 IO 的读写速度。在 Linux 下能够通过 MegaCli 工具来查看你的 RAID 组状况，强烈你倡议理论入手查看一下！

开发内功修炼之硬盘篇专辑：