由于磁盤陣列具有容量大、數(shù)據(jù)存取速度快、安全性高等特點(diǎn)，磁盤陣列技術(shù)得到了廣泛的運(yùn)用。尤其是采用RAID5技術(shù)的磁盤陣列，由于其采用了奇偶校驗(yàn)技術(shù)提供數(shù)據(jù)冗余信息，大幅提高了系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性，成為了人們首選的磁盤陣列技術(shù)。雖然RAID5模式的安全級別較高，但在實(shí)際運(yùn)用中磁盤陣列上的數(shù)據(jù)還是會(huì)發(fā)生的損壞和丟失的情況。究其原因，這些隱患主要來自于RAID5系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)過程。為了使廣大系統(tǒng)維護(hù)人員能加深對RAID5磁盤陣列的安全隱患的認(rèn)識，本文在分析了RAID5磁盤陣列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了做好磁盤陣列數(shù)據(jù)安全管理的意見和建議。

　　1、RAID5磁盤陣列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　RAID5的數(shù)據(jù)安全性較其他RAID系列的磁盤陣列要高很多，當(dāng)陣列中的一塊物理磁盤出現(xiàn)障時(shí)，允許在不停機(jī)的情況下對磁盤進(jìn)行熱插拔更換，保證應(yīng)用系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。RAID5的高安全可靠性主要來自兩個(gè)技術(shù)要點(diǎn)，即冗余數(shù)據(jù)應(yīng)用和奇偶校驗(yàn)算法。

　　冗余數(shù)據(jù)的生成有多種算法，RAID5采用的是奇偶校驗(yàn)算法。下面以4個(gè)磁盤組成的RAID5為例來說明利用奇偶校驗(yàn)算法生成冗余數(shù)據(jù)原理和過程，并介紹RAID5數(shù)據(jù)安全可靠性的原因。

　　如圖1所示，假設(shè)在這個(gè)由四塊磁盤做成的一個(gè)邏輯磁盤上12個(gè)連續(xù)存放的數(shù)據(jù)塊，這些數(shù)據(jù)塊以0，1，00 ，11命名。

圖1 組成RAID5的4個(gè)磁盤上的12個(gè)數(shù)據(jù)塊的排列

　　圖中每塊磁盤由上往分為4層，每層包括3個(gè)數(shù)據(jù)塊及一個(gè)它們的數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)塊。數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)塊中的每個(gè)字節(jié)是同層中的3個(gè)數(shù)據(jù)塊塊中相同位置的3個(gè)字節(jié)的奇偶校驗(yàn)值。例如，這3個(gè)數(shù)據(jù)塊其中相同位置的一個(gè)字節(jié)的分別為010001 10，01101110，01000110，那么校驗(yàn)數(shù)據(jù)塊中的相應(yīng)字節(jié)的值就為1 1010111。

　　通過運(yùn)算我們可以發(fā)現(xiàn)，這四個(gè)數(shù)中任意3個(gè)的奇偶校驗(yàn)運(yùn)算值等于第四個(gè)數(shù)，因此，當(dāng)這4個(gè)數(shù)中的任意一個(gè)被破壞了，還可以利用求出其他3個(gè)數(shù)的奇偶校驗(yàn)運(yùn)算值來恢復(fù)。同理，同一數(shù)據(jù)層的4個(gè)數(shù)據(jù)塊之間、組成RAID5的4個(gè)物理硬盤之間都存在這種數(shù)值關(guān)系，當(dāng)其中任意一個(gè)硬盤損壞后，都能通過對其他3個(gè)硬盤上的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)運(yùn)算進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。以上就是RAID5的常的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，當(dāng)組成RAID5的4塊硬盤中有2塊以上出現(xiàn)故障，則無法通過奇偶校驗(yàn)運(yùn)算進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。

　　2、RAID5系統(tǒng)產(chǎn)生故障的主要原因及預(yù)防措施

　　RAID5系統(tǒng)在運(yùn)行和維護(hù)中存在著數(shù)據(jù)安全的隱患。我們首先要分析產(chǎn)生這些隱患的原因，再根據(jù)每項(xiàng)影響因素采取有針對性的預(yù)防和補(bǔ)救保護(hù)措施，具體分析如下：

　　2.1 組成RAID5的磁盤有具有相近的使用壽命

　　RAID5能夠確保在任意一塊物理磁盤故障的情況系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全，但在實(shí)際工作中，組成RAID5的可能是一批型號、批次、使用期限、性能相同的磁盤，當(dāng)其中一塊出現(xiàn)故障，其他幾塊也可能接近使用壽命，因此在第一塊磁盤故障后，在短時(shí)間內(nèi)可能會(huì)有第二塊，甚至第三塊、第四塊磁盤發(fā)生故障，在這種情況下，可能系統(tǒng)維護(hù)人員還沒來的及處理好第一塊磁盤帶來的故障，整個(gè)RAID5陣列的數(shù)據(jù)就已經(jīng)無法讀取了。

　　預(yù)防措施之一是制定嚴(yán)格的管理制度，設(shè)立專人定時(shí)值班，對重要數(shù)據(jù)實(shí)施定期備份；二是做好兩塊以上磁盤同時(shí)產(chǎn)生故障時(shí)的數(shù)據(jù)恢復(fù)預(yù)案，這樣一旦故障來臨，也能有序從容地應(yīng)對。

　　2.2 在維護(hù)時(shí)弄亂磁盤陣列中的磁盤順序

　　構(gòu)建RAID5時(shí)起碼要3塊以上的磁盤，有的甚至有幾十塊。

　　RAID5的中數(shù)據(jù)塊和數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)塊是按系統(tǒng)設(shè)定的順序存儲(chǔ)的，且前后位置是固定不變的，因此磁盤順序不能搞錯(cuò)。一旦磁盤順序搞錯(cuò)，系統(tǒng)還會(huì)按原來的順序讀取磁盤上的數(shù)據(jù)，但由于更換后的磁盤上的數(shù)據(jù)已不是準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

    系統(tǒng)維護(hù)人員在對陣列中的磁盤進(jìn)行管理和維護(hù)時(shí)常會(huì)發(fā)生以上事故：當(dāng)對磁盤進(jìn)行衛(wèi)生清理，將多個(gè)磁盤拔下，重新裝回時(shí)可能會(huì)搞亂順序；為了保護(hù)磁盤，在搬動(dòng)磁盤陣列時(shí)拔下磁盤，再裝回時(shí)也有可能搞混磁盤的順序；在對磁盤陣列擴(kuò)容而增加硬盤時(shí)，也容易弄亂磁盤順序。

　　為了預(yù)防這些情況的發(fā)生，可以采取以下預(yù)防措施：首先是采用簡單的方法，在型號或外觀相似的磁盤上貼上標(biāo)簽，這樣就能降低發(fā)生低級錯(cuò)誤的概率；其次是一旦磁盤順序被弄亂了，不能抱著僥幸的心理開機(jī)試試，最穩(wěn)妥的辦法是找專業(yè)的數(shù)據(jù)恢復(fù)人員或廠家的工程師來找出正確的磁盤順序。

　　2.3 磁盤的意外掉電脫機(jī)

　　磁盤陣列中的磁盤可能插在同一條SCSI數(shù)據(jù)線上，也可能插在同一塊接口背板上。為了保持系統(tǒng)不停機(jī)、不中斷，在更換故障盤時(shí)一般采用熱插拔。在這個(gè)過程中，常會(huì)引發(fā)其他磁盤掉電，造成整個(gè)磁盤陣列系統(tǒng)的癱瘓。雖然SCSI接口有線路有保護(hù)設(shè)計(jì)，支持磁盤熱插拔，但在不斷電的情況下，相鄰的磁盤極有可能受磁盤插拔引起電流電壓變化的干擾，也有可能因磁盤插拔輕微震導(dǎo)致周圍的磁盤瞬間掉電，這兩種情況都會(huì)引起磁盤意外脫機(jī)，RAID5系統(tǒng)在磁盤脫機(jī)時(shí)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤操作，導(dǎo)致系統(tǒng)和磁盤上數(shù)據(jù)的永久性損壞。

　　為防止意外掉電情況的發(fā)生，在對第一塊故障盤進(jìn)行更換前，對RAID5陣列上的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次完全備份，然后再實(shí)施帶電的磁盤更換操作，這樣就能避免數(shù)據(jù)被損壞。

　　2.4 缺乏系統(tǒng)故障處理預(yù)案

　　在磁盤陣列的安裝、設(shè)置、調(diào)試完成后，就開始安裝應(yīng)用系統(tǒng)和加載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。為了保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和安全，應(yīng)該杜絕所有與應(yīng)用系統(tǒng)無關(guān)的操作。由于這個(gè)過程過于緊湊，用戶單位的技術(shù)人員缺少熟悉和實(shí)際操作磁盤陣列的機(jī)會(huì)和實(shí)踐，在這種情況下，一旦出現(xiàn)故障，就不能及時(shí)采取正確的應(yīng)對措施。

　　為防止這種情況的出現(xiàn)，在投入磁盤陣列應(yīng)用前，需要給用戶單位的技術(shù)人員充足的時(shí)間，給他們實(shí)際演練各類故障的處理，并讓他們進(jìn)行實(shí)際操作演練。還要做好故障處理預(yù)案，有備無患，等故障發(fā)生時(shí)能從容應(yīng)對。

    2.5 充分考慮廠商的售后技術(shù)服務(wù)能力

　　主要應(yīng)從以下幾個(gè)方面來考慮廠商的售后技術(shù)服務(wù)能力：

　　一是當(dāng)磁盤和磁盤陣列已經(jīng)過保或損害超出售后技術(shù)服務(wù)范圍時(shí)，廠商能夠提供的數(shù)據(jù)修復(fù)的應(yīng)急方案，或能夠提供的技術(shù)保障保證。二是由于廠商的技術(shù)服務(wù)人員流動(dòng)性很大，除了初始安裝調(diào)試的技術(shù)人員，其他廠商派來的技術(shù)人員有可能不熟悉系統(tǒng)的具體設(shè)置，因此要注意廠商對技術(shù)服務(wù)人員的管理是否規(guī)范，分析廠商技術(shù)人員對故障的處理方法能否恢復(fù)。

　　3、磁盤陣列的數(shù)據(jù)修復(fù)

　　當(dāng)實(shí)施磁盤陣列的數(shù)據(jù)修復(fù)時(shí)，也是數(shù)據(jù)安全到了最危急的關(guān)頭。一旦需要對RAID5陣列上的數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)，那么可以肯定的是：陣列中有兩塊以上的磁盤發(fā)生了物理故障，磁盤上的數(shù)據(jù)已無法正常讀取。磁盤陣列數(shù)據(jù)修復(fù)與單個(gè)磁盤的數(shù)據(jù)修復(fù)方法相似，唯一的區(qū)別是前者多了一項(xiàng)帶奇偶校驗(yàn)運(yùn)算的數(shù)據(jù)合并工作，這項(xiàng)工作結(jié)果的好壞是磁盤陣列數(shù)據(jù)修復(fù)的關(guān)鍵。另外如磁盤的硬件修理、數(shù)據(jù)合并后的邏輯驅(qū)動(dòng)器上數(shù)據(jù)恢復(fù)等都和單磁盤的數(shù)據(jù)修復(fù)相同。

　　下面舉例來說明磁盤陣列數(shù)據(jù)修復(fù)的過程：

　　假定陣列中出現(xiàn)了A和B兩塊故障磁盤(如圖1)，其中A先產(chǎn)生故障，隨后RAID5運(yùn)行，直NB也產(chǎn)生故障在停止運(yùn)行。此后，這兩塊故障盤的修復(fù)結(jié)果可能會(huì)有4種可能組合，每一種組合都會(huì)給RAID5數(shù)據(jù)修復(fù)帶來不同的結(jié)果。這四種組合是：

　�、貯和B都修復(fù)失敗；②A修復(fù)成功B失敗；③A失敗B修復(fù)成功；④A、B都數(shù)修復(fù)成功�；仡橰AID5的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，我們可以分析出：第①種情況會(huì)帶來最糟糕的數(shù)據(jù)合并結(jié)果，陣列中的數(shù)據(jù)基本難于修；第③種組合先數(shù)據(jù)修復(fù)結(jié)果最好，成功率很高。而第④種組合與第③種組合在實(shí)質(zhì)上是相同的，修復(fù)效果也很好。第②種組合的修復(fù)結(jié)果略遜于組合② ，但好于組合①。

　　磁盤陣列具有較高的數(shù)據(jù)安全保障，但也存在著安全隱患，這種隱患來自多個(gè)方面，可能來自應(yīng)用系的統(tǒng)管理，也可能來自對磁盤陣列的實(shí)際操作，也有可能來自故障處理或數(shù)據(jù)修復(fù)的操作過程中。磁盤陣列管理的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)陣列中兩塊以上的磁盤故產(chǎn)生故障時(shí)，最穩(wěn)妥的解決方案是斷電停止RAID5系統(tǒng)的運(yùn)行。然后直接找專業(yè)的數(shù)據(jù)修復(fù)公司或磁盤陣列你的設(shè)備供應(yīng)廠商，利用他們的技術(shù)力量來實(shí)施數(shù)據(jù)修復(fù)。事后補(bǔ)救雖然是盡可能挽救數(shù)據(jù)的一種方法，但不是治本之策，只有在大型應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)施前，做好數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的安全保護(hù)預(yù)案，才能有備無患，高效、及時(shí)地應(yīng)對可能發(fā)生的系統(tǒng)安全問題，其中也包括數(shù)據(jù)den存貯載體——磁盤陣列的安全問題。

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本文標(biāo)題：磁盤陣列的數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)修復(fù)分析

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