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RAID介绍

原创 Linux操作系统 作者:zecaro 时间:2011-02-15 22:31:52 0 删除 编辑
(整理自网络)
 
  raid是英文redundant array of independent disks的缩写,翻译成中文意思是“独立磁盘冗余阵列”,有时也简称磁盘阵列(disk array)。

  什么是raid呢?简单的说,raid是一种把多块独立的硬盘(物理硬盘)按不同的方式组合起来形成一个硬盘组(逻辑硬盘),从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。

   组成磁盘阵列的不同方式成为raid级别(raid levels)。数据备份的功能是在用户数据一旦发生损坏后,利用备份信息可以使损坏数据得以恢复,从而保障了用户数据的安全性。在用户看起来,组成的磁盘组就像是一个硬盘,用户可以对它进行分区,格式化等等。总之,对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。不同的是,磁盘阵列的存储速度要比单个硬盘高很多,而且可以提供自动数据备份。

  raid技术的两大特点:一是速度,二是安全,由于这两项优点,raid技术早期被应用于高级服务器中的scsi接口的硬盘系统中,随着近年计算机技术的发展,pc机的cpu的速度已进入ghz 时代。ide接口的硬盘也不甘落后,相继推出了ata66和ata100硬盘。这就使得raid技术被应用于中低档甚至个人pc机上成为可能。raid通常是由在硬盘阵列塔中的raid控制器或电脑中的raid卡来实现的。

  raid级别的选择有三个主要因素:可用性(数据冗余),性能和成本。如果不要求可用性,选择raid0以获得最佳性能。如果可用性和性能是重要的而成本不是一个主要因素,则根据硬盘数量选择raid 1。如果可用性,成本和性能都同样重要,则根据一般的数据传输和硬盘的数量选择raid3,raid5。

  磁盘阵列其实也分为软阵列 (software raid)和硬阵列 (hardware raid) 两种。 软阵列即通过软件程序并由计算机的 cpu提供运行能力所成。 由于软件程式不是一个完整系统故只能提供最基本的 raid容错功能。 其他如热备用硬盘的设置, 远程管理等功能均一一欠奉。 硬阵列是由独立操作的硬件提供整个磁盘阵列的控制和计算功能。 不依靠系统的cpu资源。

  由于硬阵列是一个完整的系统, 所有需要的功能均可以做进去。 所以硬阵列所提供的功能和性能均比软阵列好。 而且, 如果你想把系统也做到磁盘阵列中, 硬阵列是唯一的选择。 故我们可以看市场上 raid 5 级的磁盘阵列均为硬阵列。 软 阵列只适用于 raid 0 和 raid 1。 对于我们做镜像用的镜像塔, 肯定不会用 raid 0或 raid 1。作为高性能的存储系统,巳经得到了越来越广泛的应用。


下面将各个级别的RAID介绍如下。

RAID0
条带化(Stripe)存储。理论上说,有N个磁盘组成的RAID0是单个磁盘读写速度的N倍。RAID 0连续以位或字节为单位分割数据,并行读/写于多个磁盘上,因此具有很高的数据传输率,但它没有数据冗余,因此并不能算是真正的RAID结构。
 
 
RAID1
镜象(Mirror)存储。它是通过磁盘数据镜像实现数据冗余,在成对的独立磁盘上产生互 为备份的数据。当原始数据繁忙时,可直接从镜像拷贝中读取数据,因此RAID 1可以提高读取性能。RAID 1是磁盘阵列中单位成本最高的,但提供了很高的数据安全性和可用性。当一个磁盘失效时,系统可以自动切换到镜像磁盘上读写,而不需要重组失效的数据。


RAID2
海明码(Hamming Code)校验条带存储。将数据条块化地分布于不同的硬盘上,条块单位为位或字节,使用称为海明码来提供错误检查及恢复。这种编码技术需要多个磁盘存放检查及恢复信息,使得RAID 2技术实施更复杂,因此在商业环境中很少使用。



RAID3
奇偶校验(XOR)条带存储,共享校验盘,数据条带存储单位为字节。它同RAID 2非常类似,都是将数据条块化分布于不同的硬盘上,区别在于RAID 3使用简单的奇偶校验,并用单块磁盘存放奇偶校验信息。如果一块磁盘失效,奇偶盘及其他数据盘可以重新产生数据;如果奇偶盘失效则不影响数据使用。RAID 3对于大量的连续数据可提供很好的传输率,但对于随机数据来说,奇偶盘会成为写操作的瓶颈。


RAID4
奇偶校验(XOR)条带存储,共享校验盘,数据条带存储单位为块。RAID 4同样也将数据条块化并分布于不同的磁盘上,但条块单位为块或记录。RAID 4使用一块磁盘作为奇偶校验盘,每次写操作都需要访问奇偶盘,这时奇偶校验盘会成为写操作的瓶颈,因此RAID 4在商业环境中也很少使用。


RAID5
奇偶校验(XOR)条带存储,校验数据分布式存储,数据条带存储单位为块。RAID 5不单独指定的奇偶盘,而是在所有磁盘上交叉地存取数据及奇偶校验信息。在RAID 5上,读/写指针可同时对阵列设备进行操作,提供了更高的数据流量。RAID 5更适合于小数据块和随机读写的数据。RAID 3与RAID 5相比,最主要的区别在于RAID 3每进行一次数据传输就需涉及到所有的阵列盘;而对于RAID 5来说,大部分数据传输只对一块磁盘操作,并可进行并行操作。在RAID 5中有“写损失”,即每一次写操作将产生四个实际的读/写操作,其中两次读旧的数据及奇偶信息,两次写新的数据及奇偶信息。
当进行恢复时,比如我们需要需要恢复下图中的A0,这里就必须需要B0、C0、D0加0 parity才能计算并得出A0,进行数据恢复。所以当有两块盘坏掉的时候,整个RAID的数据失效。


RAID6
奇偶校验(XOR)条带存储,两个分布式存储的校验数据,数据条带存储单位为块。与RAID 5相比,RAID 6增加了第二个独立的奇偶校验信息块。两个独立的奇偶系统使用不同的算法,数据的可靠性非常高,即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用。但RAID 6需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间,相对于RAID 5有更大的“写损失”,因此“写性能”非常差。较差的性能和复杂的实施方式使得RAID 6很少得到实际应用。


RAID7
这是一种新的RAID标准,其自身带有智能化实时操作系统和用于存储管理的软件工具,可完全独立于主机运行,不占用主机CPU资源。RAID 7可以看作是一种存储计算机(Storage Computer),它与其他RAID标准有明显区别。

RAID 7等级是至今为止,理论上性能最高的RAID模式,因为它从组建方式上就已经和以往的方式有了重大的不同。基本成形式见图,以往一个硬盘是一个组成阵列的“柱子”,而在RAID 7中,多个硬盘组成一个“柱子”,它们都有各自的通道,也正因为如此,你可以把这个图分解成一个个硬盘连接在主通道上,只是比以前的等级更为细分了。这样做的好处就是在读/写某一区域的数据时,可以迅速定位,而不会因为以往因单个硬盘的限制同一时间只能访问该数据区的一部分,在RAID 7中,以前的单个硬盘相当于分割成多个独立的硬盘,有自己的读写通道。



RAID10和RAID01的比较
- RAID10是先做镜象,然后再做条带。
- RAID01则是先做条带,然后再做镜象。

比如以6个盘为例,RAID10就是先将盘分成3组镜象,然后再对这3个RAID1做条带。RAID01则是先利用3块盘做RAID0,然后将另外3块盘做为RAID0的镜象。下面以4块盘为例来介绍安全性方面的差别:

1、RAID10的情况
这种情况中,我们假设当DISK0损坏时,在剩下的3块盘中,只有当DISK1一个盘发生故障时,才会导致整个RAID失效,我们可简单计算故障率为1/3。

 
2、RAID01的情况
这种情况下,我们仍然假设DISK0损坏,这时左边的条带将无法读取。在剩下的3块盘中,只要DISK2,DISK3两个盘中任何一个损坏,都会导致整个RAID失效,我们可简单计算故障率为2/3。

因此RAID10比RAID01在安全性方面要强。

从数据存储的逻辑位置来看,在正常的情况下RAID01和RAID10是完全一样的,而且每一个读写操作所产生的IO数量也是一样的,所以在读写性能上两者没什么区别。而当有磁盘出现故障时,比如前面假设的DISK0损坏时,我们也可以发现,这两种情况下,在读的性能上面也将不同,RAID10的读性能将优于RAID01。

 

整里自网络

基本的RAID介绍

什么是磁盘阵列

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