【摘要】當(dāng)只有一塊磁盤損壞時，RAID5磁盤陣列能通過其它正常運(yùn)行的磁盤進(jìn)行異或運(yùn)算換算出故障磁盤的數(shù)據(jù)信息，從而保證磁盤陣列存貯信息的完整。通過研究RAID5結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)重組的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)兩個以上磁盤同時出現(xiàn)故障或RAID卡失效，也可以恢復(fù)故障磁盤陣列的數(shù)據(jù)。本文嘗試了將RAID5故障磁盤陣列中的磁盤分別制作為磁盤鏡像文件，對有故障的磁盤鏡像文件進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)后，按照數(shù)據(jù)重組原理將這些磁盤鏡像文件重組為RAID5鏡像盤，成功恢復(fù)了圖書館文獻(xiàn)管理服務(wù)器RAID5故障磁盤陣列中的數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】RAID5數(shù)據(jù)重組磁盤鏡像數(shù)據(jù)恢復(fù)

RAID5是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案，被廣泛應(yīng)用于較重要數(shù)據(jù)存貯。RAID5校驗(yàn)位算法原理為：假設(shè)RAID5由以塊磁盤組成，那么校驗(yàn)位P=D1 XOR D2 XOR D3…XOR Dn（D1，D2，D3…Dn為數(shù)據(jù)塊，P為校驗(yàn)塊，XOR為異或運(yùn)算），如果i號磁盤失效，也就是Di數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)丟失，則通過D1，D2，D3…P，Dn它們之間的異或運(yùn)算重新計(jì)算出來，即Di=D1 XOR D2 XOR D3…XOR P XOR Dn一1[1]。該原理論證了一個驅(qū)動器失效狀態(tài)下，RAID5磁盤陣列的數(shù)據(jù)是可以恢復(fù)的。為了挽救數(shù)據(jù)，對RAID5的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)重組原理進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)以扇區(qū)為單位來描述磁盤數(shù)據(jù)時，同一扇區(qū)的錯誤小于或等于1，該扇區(qū)的完整信息可以通過數(shù)據(jù)重組和異或運(yùn)算得以恢復(fù)。據(jù)此原理，采用磁盤鏡像技術(shù)將RAID5故障陣列的磁盤分別制作為磁盤鏡像文件，利用磁盤恢復(fù)軟件對有故障的磁盤鏡像文件進(jìn)行扇區(qū)故障修復(fù)，最后根據(jù)數(shù)據(jù)重組原理將磁盤鏡像文件重組為RAID5鏡像盤，可以恢復(fù)兩個以上驅(qū)動器同時出現(xiàn)故障或RAID卡失效的原陣列數(shù)據(jù)。

一、RAID5結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)重組

1.1RAID5結(jié)構(gòu)

RAID5陣列中的數(shù)據(jù)是分布到每塊硬盤上，RAID5中每個條帶組中總有一個條帶是校驗(yàn)塊[2]。設(shè)RAID5由硬盤0、硬盤1、硬盤2和硬盤3組成，圖中的“A、B、C、……”是數(shù)據(jù)塊；“P0、P1、P2、P3……”是校驗(yàn)塊。根據(jù)RAID5校驗(yàn)位算法原理，校驗(yàn)位P0=A XOR B XOR C，如果硬盤2失效，也就是C數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)丟失，則通過A，B，P0它們之間的異或運(yùn)算重新計(jì)算出來，即C=A XOR B XOR P0。同理通過異或運(yùn)算算出P1、H、K等等硬盤2的所有存貯信息。因此RAID5磁盤陣列在一塊驅(qū)動器失效的情況下，仍能保證數(shù)據(jù)完整和工作正常。

如果有兩塊或兩塊以上硬盤同時離線，將會出現(xiàn)RAID控制器物理故障、RAID信息出錯、RAID5成員盤物理故障、人為誤操作、RAID控制器的穩(wěn)定性變化等故障，陣列便會失效，造成磁盤陣列結(jié)構(gòu)的毀壞，盤序的混亂，處理不當(dāng)將會丟失數(shù)據(jù)。這時如果要恢復(fù)RAID5故障磁盤陣列中數(shù)據(jù)就需要對陣列中的磁盤數(shù)據(jù)進(jìn)行重組。

1.2數(shù)據(jù)重組

對RAID5的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，需將硬盤從磁盤陣列插槽中分別取出來，作為單盤進(jìn)行分析，如圖中硬盤0、硬盤1、硬盤2和硬盤3所示的四塊物理盤，把四塊物理盤中的數(shù)據(jù)塊按照“A、B、C、D、E……”的順序進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，從而得到RAID5邏輯盤中完整的數(shù)據(jù)。RAID5需要四個因素才能進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，第一個是RAID中每個條帶的大小，也就是“A”或“B”這些數(shù)據(jù)塊所占用的扇區(qū)數(shù)；第二個因素是RAID中硬盤的排列順序，也就是盤序；第三個因素是校驗(yàn)塊的循環(huán)方向；第四個因素是數(shù)據(jù)塊的走向[3]。左循環(huán)中，校驗(yàn)塊的排列形狀是從右上角開始的對角線；右循環(huán)中，校驗(yàn)塊的排列形狀是從左上角開始的對角線。可以先完成校驗(yàn)塊的排列，再完成數(shù)據(jù)塊的排列。異步的數(shù)據(jù)塊寫入方式為從左至右，從上至下排列。同步的數(shù)據(jù)塊寫入方式為先判斷校驗(yàn)塊的位置，然后寫滿校驗(yàn)塊右邊的磁盤，從低號盤至高號盤寫入，最后寫滿校驗(yàn)塊左邊的磁盤，仍然從低號盤至高號盤寫入[4]。具體來說可以分為左異步、左同步、右異步、右同步四種情況。

二、磁盤鏡像與RAID5鏡像盤

2.1磁盤鏡像介紹

磁盤鏡像是指將磁盤復(fù)制到不同的裝置或數(shù)據(jù)格式，主要用于數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)。磁盤鏡像可以將磁盤驅(qū)動器的內(nèi)容與資料，猶如照鏡子時影像反射一般，一模一樣的復(fù)制一份。當(dāng)RAID5磁盤陣列已經(jīng)出現(xiàn)故障后，可先在正常工作的機(jī)器上，通過磁盤鏡像軟件（如GetDataBack），利用SCSI卡，分別讀取RAID5故障陣列每一個磁盤的數(shù)據(jù)，制作成磁盤鏡像文件，按編號命名為DRIVE0.IMG、DRIVE1.IMG、DRIVE2.IMG、DRIVE3.IMG、……，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)工作，這樣可以做到保護(hù)原磁盤和避免同時使用多個SCSI卡。只要數(shù)據(jù)沒有被覆蓋或者硬盤沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的物理損壞，利用GetDataBack軟件還可以對有故障的磁盤鏡像文件進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，這樣可最大限度的恢復(fù)硬盤在故障發(fā)生前的存貯信息。

2.2重組RAID5鏡像盤

以RAID5結(jié)構(gòu)圖中四塊物理盤組成的RAID5為例，以扇區(qū)為單位來描述磁盤數(shù)據(jù)，假設(shè)條帶的大小為32個扇區(qū)，并且已知數(shù)據(jù)重組四個因素。按照數(shù)據(jù)重組原理，先到硬盤0中取0-31扇區(qū)的信息，再到硬盤1中取0-31扇區(qū)的信息，再到硬盤2中取0-31扇區(qū)的信息，硬盤3中0-31扇區(qū)的信息是校驗(yàn)塊，跳過不取，這樣就可以按順序拼接成完整的0-31扇區(qū)信息。接下來回到硬盤0中取32-63扇區(qū)的信息，假如硬盤1中的32-63扇區(qū)有錯誤，跳過不取，接著依次讀取硬盤2的32-63扇區(qū)的校驗(yàn)塊信息和硬盤3中32-63扇區(qū)的信息，通過異或運(yùn)算可換算出硬盤1中的32-63扇區(qū)的信息，從而得到完整的32-63扇區(qū)信息。由以上分析可知：當(dāng)同一扇區(qū)的錯誤小于或等于1時，該扇區(qū)的信息可以通過數(shù)據(jù)重組和異或運(yùn)算得以恢復(fù)。就這樣依次按順序取下去，把所有取出來的數(shù)據(jù)按扇區(qū)劃分進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，順序銜接成一個RAID5鏡像盤，這就成為完整的原RAID5邏輯盤的結(jié)構(gòu)了，通過操作系統(tǒng)可以直接訪問這個重組出來的RAID5鏡像盤，也就說可以讀寫原RAID5邏輯盤中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)得以恢復(fù)。同理如果將上述的物理磁盤換成它們的磁盤鏡像也可以重組為RAID5鏡像盤。

假如硬盤1中的64-95扇區(qū)有錯誤和硬盤3中的64-95扇區(qū)有錯誤，按RAID5結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)重組原理分析，則不能直接恢復(fù)完整的64-95扇區(qū)的信息，也就是說如果有兩塊以上的硬盤在同一個扇區(qū)內(nèi)發(fā)生故障，則不能直接恢復(fù)該扇區(qū)的數(shù)據(jù)。這時可以通過GetDataBack軟件創(chuàng)建每一個驅(qū)動器的磁盤鏡像文件，恢復(fù)有壞扇區(qū)驅(qū)動器的存貯信息，只有嚴(yán)重物理故障的硬盤才不能恢復(fù)磁盤鏡像文件的數(shù)據(jù)信息，而RAID5中同時兩塊硬盤出現(xiàn)嚴(yán)重物理故障的概率幾乎為零，這樣就滿足了同一扇區(qū)的錯誤小于或等于1的扇區(qū)信息恢復(fù)基本要求。因此兩塊以上硬盤在同一個扇區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)也能得到恢復(fù)。

三、數(shù)據(jù)恢復(fù)實(shí)例

3.1RAID5故障

圖書館的dell PowerEdge 4600服務(wù)器，配備3塊Ultra 320 SCSI 73GB的磁盤，組成RAID5磁盤陣列。該磁盤陣列出現(xiàn)故障，文獻(xiàn)管理集成系統(tǒng)不能訪問，服務(wù)器的操作系統(tǒng)不能進(jìn)入，磁盤故障的報(bào)警聲持續(xù)不斷，第0號和第1號磁盤燈由以前的綠色變?yōu)楝F(xiàn)在的紅色。重新啟動進(jìn)入RAID設(shè)置及檢測發(fā)現(xiàn)：第1號插槽磁盤掉線（FAIL）且有Media Errors 11和Other Errors 4，第0號插槽磁盤有Media Errors 3。也就是說三塊磁盤中有兩塊磁盤有故障，RAID5磁盤陣列已經(jīng)不能正常工作，磁盤中的數(shù)據(jù)無法直接讀取。該磁盤陣列主要存貯文獻(xiàn)管理集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是全館工作人員多年的工作數(shù)據(jù)積累，萬一丟失，后果不堪設(shè)想。

3.2數(shù)據(jù)恢復(fù)

在物理驅(qū)動器上有可能有壞扇區(qū)，建立磁盤的鏡像文件是首選方法，將磁盤陣列中的磁盤逐個取出，在數(shù)字圖書館服務(wù)器上利用GetDataBack軟件，按磁盤鏡像文件的制作方法，制作RAID5故障磁盤陣列每一個硬盤的IMG鏡像文件，分別取名為DRIVE0.IMG、DRIVE1.IMG、DRIVE2.IMG，對有故障的第0號插槽磁盤和第1號插槽磁盤的鏡像文件做數(shù)據(jù)恢復(fù)操作。

用RAID Reconstructor軟件可對這3個硬盤的IMG鏡像文件進(jìn)行RAID結(jié)構(gòu)分析，確定硬盤的排列順序、塊大小、校驗(yàn)塊的循環(huán)方向和數(shù)據(jù)塊的走向，按重組RAID5鏡像盤的方法，生成一個RAID5鏡像盤文件，取名為RAID. IMG，將該文件拷貝到另一個磁盤驅(qū)動器上，通過操作系統(tǒng)可以對RAID.IMG進(jìn)行讀寫操作，這樣數(shù)據(jù)恢復(fù)就成功了。

四、結(jié)語

雖然利用磁盤鏡像技術(shù)和數(shù)據(jù)重組技術(shù)可以恢復(fù)兩個以上驅(qū)動器同時出現(xiàn)故障或RAID卡失效的原陣列數(shù)，但還是存在故障恢復(fù)時間過長、操作過程復(fù)雜等缺陷。筆者認(rèn)為數(shù)據(jù)安全最佳的途徑是備份。

參考文獻(xiàn)

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