《存储秘史》之七星北斗阵（续2）

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raid5也不是那么完美无缺的，可以说raid5是继raid1之后，第一个能实现并发IO的阵法，但是他又比raid1更加划算，raid5浪费的资源，在2块盘系统中，合raid1是一样的，都是二分之一，但是随着磁盘数量的增加，raid5浪费的容量比例越来越小，N分之一，而raid1则永远是二分之一。raid5相比raid0来说，都是利用条带来提升性能，但是又克服了raid0的鲁莽急躁，对数据用校验的方式来保护。但是raid5的设计思想，注定了他的连续读性能不如raid3，raid3由于block很小，每次IO总是能牵动所有磁盘为他服务，这样速度很快，但是raid5的block比较大，每次IO一般只使用了一块数据盘，而且raid5被设计为数据块都是先放满一个segment，再去下一个extent的segment存放，也就是小范围连续，那么如果象大文件ftp，视频文件等等这种应用，raid5就要弱很多。raid5在随机读方面，确实是首屈一指的，这要归功于他的多IO并发的实现，这里指的是随机IO，因为连续IO都要使用同一块盘，造成等待。也就是说raid3在SPI值大的时候具有高性能，raid5在随机IOPS大的时候具有高性能其次，raid5的另一大缺点，就是写性能太差。写性能差是中庸派的通病，其根本原因在于他们每写一位数据就要产生其校验位，一并写入校验盘。尤其是更改数据的时候，这种效应的影响尤其严重，我们来看一下：
raid5写的基本过程是这样的：新数据过来之后，控制器立即读取待更新扇区的原数据，同时也要读取这个条带上的校验数据。三者按照下列公式运算，便可得出新数据的校验数据，然后将新数据和新数据的校验数据写到磁盘。

新数据的校验数据＝（老数据EOR新数据）EOR老校验数据
我们分析发现，raid5一次写的动作，其实要浪费掉3个其他动作，也就是他要先读出老数据，读出老校验数据，然后写新数据，写新校验数据，这样只有其中“写新数据”是要完成的目的，而捎带了三个额外操作。纵观raid0，raid1此二者，raid0鲁莽，写就是写，不带任何考虑，所以速度最快，raid1自保，但是他每次也只要写两次即可，只是额外多了一个操作。所以raid5在处理写方面是失败的。就连raid2和raid3都比raid5写性能强，因为raid2一个条带上只有8位、32位、64位诸如此类的数据，而任何一次正常的IO，几乎均会大于8字节，均会将这整个条带上的位都改变，所以raid2不用顾忌条带上是否还有未被更新的数据，所以他不管老数据如何，只管从新数据计算出新校验数据，然后同时将数据位和校验位分别写到数据盘和校验盘，这样只用了2个操作，比raid5少了两次读的过程。同样raid3也一样，只不过raid3整个条带上的数据比raid2多而已，可能是几K字节，根据设置来看。

最后七星也总结了一句话：

鱼和熊掌不可兼得！也就是说随机并发IO和写性能，二者取其一。



raid5E阵势


  七星大侠推出raid5之后，受到了极为广泛得应用，江湖上得武林人士都在修炼，有些练成的大侠各自创办了数据库，网站等生意，得益于raid5的随机IO并发特性，这些人赚了一大比，生意火的一塌糊涂。然而，七星还是那个要饭的七星，剑还是那把剑。依然终日以钻研为乐，为生。

  话说有一天，有个侠客专门找到了七星大侠，侠客请他到“纵横斋”煮酒畅饮，酒过三巡，菜过五味，侠客进入了正题，向七星叙述了一件事情。他说他已经修炼成了raid5阵法，但是在使用的时候，总是心里没底。其原因就是一旦一块磁盘损坏，虽然此时不影响使用，但是总有顾虑，不敢全力出招，就怕此时再坏一块磁盘，整个阵就崩溃了。他请求七星能解决这个问题，临走的时候，留下了几块市面上品质最好的硬盘，和一些银子，供七星研究使用。七星煞是感动，几十年来，从来没有一位江湖人士和他交流切磋过，也从来没有一个人来帮助过他。此景让他再次泪流满面，感动的不知说什么好。他向那位侠客道：“能交您这位豪杰人士，我七星此生无撼！”。随后，七星又开始终日研究。

  七星分析这个问题，那位为什么会有这个顾虑，从何而来？嗯，是因为，一旦一块磁盘损坏，此时这块盘上的数据已经不复存在，但是如果一旦此时没有IO请求到这块磁盘上的数据，则以，一旦有IO请求到这块坏盘上的数据，那么立即用还存在的数据，校验出这块损坏的数据，传送出去，也就是说，损坏的数据是边校验边传送，现生成现传送，此时如果再有一块磁盘损坏，那么无疑阵法就要崩溃。那么解决这个问题的直接办法，理所当然的要找一块备用的磁盘，一旦有磁盘损坏，其他磁盘立即校验出损坏的数据，立即写到备用磁盘上，写完之后，阵形就恢复原样了，就没有顾虑了，但是必须保证在其他磁盘齐力校验恢复数据的过程中，切不可再有第二块磁盘损坏，不然便会玉石具焚！想到这里，七星开始他的实验，并且取得了成功，也就是再整个阵形中，增加一块热备盘，平时这块磁盘不参与组阵，只是在旁边观战，什么也不干，一旦阵中某个人受伤不能参战，这个热备盘立即顶替，其他人把功力传授给他，传授完毕后，就像原来的阵一样。如果在大家传授功力的时候，有IO请求这块损坏磁盘上的数据，那么大家就暂停传授，先应付外来的敌人，当没有来针对这块损坏磁盘的挑衅的时候，大家再继续传授。

  七星随着年龄的增长，经验不断丰富，他知道，不能急躁，所以实验成功之后，七星并没有马上通知那位大侠，而是继续再想有没有可以改进的地方。他想，热备盘平时不参与组阵，那就不能称作阵列的一部分，而是被排斥在外，这样可能造成他和组阵磁盘之间的不协调，是不是考虑也让他参与到阵形中来呢？如果要参与进来，那让他担任什么角色呢？热备角色？如果没有人受伤，这个角色在阵中只会是个累缀。怎么办好呢？七星忽然掠过一丝想法，是否可以让阵中各个角色担待一下，从各自的领地保留出一块空间，用作热备盘的角色？这样把热备盘分布在各个磁盘上，都有一份，就不会形成累追，并且同时解决了热备盘和大家不协调的问题。说干就干，七星给那大侠写了一封信，信中称这种阵法为“raid5E”。七星继续琢磨raid5E，让阵中每个人都保留一块领地，只是竖割，而不横割，虽然可以做到数据的及时备份，但是这块领地总显得不伦不类，不合大体。七星突然想到了他看到被撕碎的纸片飘然落下时候的情景，忽然计上心头！既然校验盘都可以横分竖割的融合到数据盘，为什么热备盘不能呢？一样可以！于是七星想到这里，又给那位侠客去了一封信，信中描述这种新的阵法为“raid5EE”。raid5消除了“热点盘”。看ppt
那位侠客给七星回了一封信：

七星转，北斗移，

英雄无谓千万里。

待到再次相见时，

白发苍，叙知己！

七星看后是老泪纵横，颇为感动，相见恨晚啊，已到晚年才遇到人生知己！


侠客姓字名谁？张三丰是也




   七星从一个壮年小伙，到如今，已成了个孤苦伶仃的老头。回想他的一生，从raid0一直到raid5（E，EE）创立了6种阵法，各种阵法各有所长。令他最得意的恐怕要属中庸派的，中庸之乐，中庸之道。可是就是这个中庸之道，却有一个一直也未能解决的问题，那就是：其中任何一种阵法，都最多同时允许损坏一块磁盘，如果同时损坏多块，整个阵不攻自破！七星想到这里就一阵阵的酸楚。已经是白发苍苍的七星老侠，决定要用他晚年最后一点精力，来攻破这个难题。
   
   七星老侠一生精研阵法，有很多宝贵的经验。他这次采用了逆向思维，假设这个模型已经做好，然后从逆向分析他是怎么作用的，描绘出多种模型，然后一个一个的去攻破，找出最适模型。
   七星描绘了这么一个模型：假设有4块盘组成一个阵，3块数据盘，一块校验盘（当然应该是分布式的校验，只是说校验容量是相当于一块盘），那么同一时刻，突然3块数据盘中的两块，损坏，作废。好，那么现在只剩下两块数据盘，和分布在他上面的那两块校验盘残体。就是这么一个模型，我们怎么从
这个模型推断出，他是怎么把丢失的两块盘数据都恢复出来的？七星冥思苦想。。。。七星在幼年学习方程的时候，知道，要求解一个未知数，只需知道包含这个未知数的一个等式即可逆向求解。就像布尔的逻辑算式用在raid3阵法时候一样，各个数据盘上的数据，互相xor之后就等于校验盘上的校验数据，这就是一个等式，即：
D1 xor D2 xor D3＝Parity
如果此时D1未知，而其他三个值都已知，那么就可以逆向解出未知数，而这也是raid3校验恢复的时候所做的。那么此时如果D1和D2都未知，也就是1号盘和2号盘都损坏，还能解出这两个值么？数学告诉七星，这是不可能的，除非。。。。。除非除了这个等式，还额外存在一个和这个等式不相关的另一个等式！
要求解两个未知数，只要知道关于这两个未知数的不相关的两个关系方程即可。比如D1？D2？D3＝*。联立以上两个等式，即可求出D1和D2！七星开始寻觅这个等式。这个等式，是已经存在？还是需要自己去发明呢？七星一开始打算从布尔等式找寻出第二个等式的蛛丝马迹，但是后来他根据因果率，知道如果从布尔等式推出其他某些等式，那么推出的等式和布尔等式就是相关的，互相相关的两个等式，数学上是等价的，无法得出2个未知数。七星有所察觉，他认为，要想得出第二个等式，必须由自己发明一套算法，和布尔等式不相关的算法！他开始在纸上演义算法，首先他开始从算术的加减方程开始着手，他写出了一个可以求解两个未知数的二元方程：
X+Y=10
2X+3Y=20
这算是最简单的算术方程了。可以求得：x＝10，y＝0
以上是对于加减乘除算术运算的方程，那么布尔逻辑运算是否也可以有方程？七星写下如下的式子：
x xor y＝1
Ax xor By＝0
第一个方程，已经存在了，也就是用在raid3上的校验方程。那么第二个方程，七星是模仿加减方程来写的，也就是给x，y两个值分别加上一个系数，而这两个系数不能和第一个等式相关，也就是说，不能是从第一个等式推得得，比如将第一个等式未知数得系数同乘或同除以某个数得出来，这样就是相关等价得了。七星立即找来布尔逻辑运算方面得书，深入学习，终于得到了印证，这种方程确实存在！！太好了，七星激动得跳了起来！他立即投入到研发当中。过了两个月，终于得出了结果！大获成功！
   七星对一份数据，使用两套算法各算出一个等式，1号等式右边得结果写入校验盘1，2号等式得右边值写入校验盘2。这样，只要使用中有任何两个值发生丢失，就可以通过这两个等式联立，解出丢失得两个值，不管这两个值是等式左边得值还是等式右边得，只要代入这两个等式中，就可以求出解。
   数学得力量是伟大得，任何东西，只要通过了数学得验证，就是永恒得！

   同样，七星将用在raid5中得方法，用在新创立得阵法中，就是将校验盘分布到数据盘中，不同得是新阵法得校验盘有两块，那么照葫芦画瓢，那就每块磁盘上放置两个等式需要得校验值
七星给这种阵法取名：raid6
  raid6相对其他各种中庸派的阵法，安全多了，但同时，他的写性能更差了，因为他要多读出一个校验数据，而且计算后，还要写入一次，这就比raid5每次写耗费多了2个操作，变成了6次操作，所谓的“写惩罚”更大了。确实是鱼于熊掌不能兼得啊！！
看ppt
正可谓：

寻寻觅觅终冷清，

七星北斗伴我行。

世间万物皆规律，

求得心法谋太平！

七星在创立raid6阵法之后，已经是老态龙钟，疾病缠身，所剩时日已不多。而江湖上可是一派热闹，修炼得修炼，修炼好得就立门派，开设数据库，网站等服务，大赚钱财。而打着七星大侠旗号到处招摇撞骗得人也不在少数。张三丰年轻气盛，路见不平把刀相助，他召开武林大会，表彰七星的功绩，指出真正的七星，现在早已归隐，那些招摇撞骗的人也就没有容身之地了。他还提议将七星所创立的7种阵法命名为“七星北斗阵”，以纪念他和七星之间的北斗之豪情！

  张三丰亲自到深山来探望已经是下不了床的七星，并将武林中的事情告诉了他。此后没几天，七星无撼的离开了人世，化作了七星北斗，永远在天上洒下无限的光芒照耀世间！张三丰给老人办了后事，送了终。将七星过世的消息宣布出去。没想到第二天，七星，星七，北斗，斗北，七星北斗，北斗七星，星七北斗，星七斗北等等等等的商标就被抢注了！大批的商人在发着横财。。。。
正可谓：

七星阵里论七星，

北斗光前参北斗。

不知天上七星侠，

如今过活要饭否？