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2022年1月18日 20:22:15 星期二
 
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什么是 RAID RAID (Redundant Array of Independent Disks)即独立磁盘冗余阵列,RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘,从而达到提升存储容量、读写性能和数据安全性的目的。根据不同的组合方式可以分为不同的RAID级别。 在了解各级别RAID前,你还需了解以下几个概念: 1.分块和条带  2.校验:异或 XOR 的校验原理  3.热备和重建  4.逻辑卷:  RAID的 级别有哪些? 1.根据不同的组合方式,可以将RAID分为几种不同的级别。 RAID0  RAID 0是最早出现的RAID模式,即Data Stripping数据分条技术。RAID 0是组建磁盘阵列中最简单的一种形式,只需要2块以上的硬盘即可,成本低,可以提高整个磁盘的性能和吞吐量。RAID 0没有提供冗余或错误修复能力,但实现成本是最低的。 RAID 0最简单的实现方式就是把N块同样的硬盘用硬件的形式通过智能磁盘控制器或用操作系统中的磁盘驱动程序以软件的方式串联在一起创建一个大的卷集。在使用中电脑数据依次写入到各块硬盘中,它的最大优点就是可以整倍的提高硬盘的容量。如使用了三块80GB的硬盘组建成RAID 0模式,那么磁盘容量就会是240GB。其速度方面,各单独一块硬盘的速度完全相同。最大的缺点在于任何一块硬盘出现故障,整个系统将会受到破坏,可靠性仅为单独一块硬盘的1/N。 优点 1.高的数据传输数率 2.低的花费    缺点 1.硬盘驱动器不能冗余 2.数据易丢失 RAID1  RAID1是将多个磁盘进行互相镜像。在数据写入的时候,控制器将数据同时写入所有磁盘,因此只有在所有的磁盘都发生损坏的情况下才会丢失数据。另外,由于所有的磁盘中都写有相同的数据,因此在读取数据的时候可以通过多线程达到很好的读取速度。当主磁盘发生损坏时,镜像磁盘可以直接代替主磁盘继续工作,故RAID 1拥有所有RAID中最好的安全性。但是无论用多少磁盘组建RAID 1,都只有一块磁盘的容量,且实际可用空间是所有磁盘中容量最小的尺寸,因此RAID 1也是所有RAID中磁盘利用率最低的一个级别。 优点 1.可靠性 2.可用性 3.当错误出现时,不需要对数据进行重建    缺点 高花费并且需要增加额外的驱动器 RAID2  RAID 2是RAID 0的改良版,在RAID 0的基础上增加了基于Hamming Code的错误修正码(ECC,Error Correction Code)。磁盘组中序号为2的幂的磁盘(第1个、第2个、第4个、第8个等)为校验盘,用于存储校验信息。从这个特征中,可以得到一个结论:阵列中的磁盘总数越多,校验磁盘所占的比例越低,磁盘空间利用率越高。组建RAID 2需要至少3个磁盘。 RAID3  RAID3与RAID2类似,其区别在于完全使用一个磁盘存储校验信息,实际可用容量是所有磁盘容量的总和减去一块磁盘。这样做的好处是,当某块数据磁盘发生损坏时,可以通过其他数据磁盘和校验磁盘算出损失的数据,而当校验磁盘发生损坏时,数据磁盘也依旧可以进行工作并可以重新生成校验数据。而RAID 3的性能主要由容错算法和分块大小所决定。组建RAID3至少需要3块磁盘。 优点 1.冗余性 2.高数据传输率 3.性价比高    缺点 1.实现复杂 2.校验盘单点问题 3.校验盘性能瓶颈 RAID4  RAID 4是一种思路与RAID 3非常相似的方案。其与RAID3的不同就在于,RAID 4是将数据按区块为单位进行分割的,每次的数据读写过程中都必须从校验磁盘中取出相应的校验进行核对,这样可能带来的隐患是,校验磁盘会由于过度频繁的使用导致损耗率提高。 RAID5  RAID 5是一种兼顾存储效能、安全性以及利用率的存储方案,主要是建立在Disk Striping技术上实现的。RAID 5在存储时把数据和相应的奇偶校验信息存储到RAID 5的各个磁盘上,并且把奇偶校验信息和数据分别存于不同的磁盘上。这样当RAID 5中发生一个磁盘损坏的时候,可以利用剩下的磁盘和奇偶校验数据计算恢复损坏的数据。 RAID 5可以理解成RAID 0和RAID 1的折中方案,RAID 5提供了接近RAID 0的磁盘读取性能且比RAID 0更高的安全保障。然而由于RAID 5中数据都拥有校验信息,当更改数据时校验会严重影响磁盘的写入性能。RAID 5的写入过程非常繁杂,当新数据进入时,控制器会先读取需要更新扇区上的数据,读出校验数据,写入新数据,写入新校验数据。也就是说,写入新数据这一步需要通过4个动作完成。这个问题通过RAID控制器的缓存可以得到有效改善。 优点 1.高冗余性 2.高数据传输率 3.性价比高    缺点 实现复杂 RAID6  RAID 6是一种与RAID 5思路非常相似的方案。其与RAID 5的不同点在于,RAID 6增加了第二个独立的效验盘,两个独立的奇偶校验使用不同的算法,相比RAID 5而言进一步提高了数据安全性,允许最多两块磁盘同时发生损坏。然而相比于RAID 5,其缺点也是非常明显的。由于多了一个独立的奇偶校验,磁盘利用率相比RAID 5更低,且两种不同的校验算法同时存在导致磁盘的写入性能进一步降低,这也是其极少被实际应用的原因。建立RAID 6需要至少4个磁盘。 优点 1.相对于RAID 5更高的数据冗余性能 2.坚强的数据保护能力,可以应付多个硬盘同时发生故障 3.完美的任务应急操作应    缺点 1.非常复杂的控制器设计 2.计算校验地址将占用相当多的处理时间 3.由于第二个效验区,将至少需要N+2个硬盘(N是大于等于1的整数) RAID7  RAID-7是一个专利产品。RAID-7与其它阵列比较,它是一个完整的存储阵列。它依靠本身的实时操作系统,从而达到管理阵列的作用。  RAID7的具体组成和功能 1.在物理方面:由“运行实时操作系统的控制器”和“多个Channel磁盘组两部分”组成。 2.在逻辑方面:它与RAID(3,4)有点类似。(注:磁盘分布于多个Channel,其中一个Channel包含一组磁盘;校验盘可以分布于任意Channel;Channel之间通过X-BUS连接)。 3.在IO方面:在作IO读写操作以及奇偶校验时,这些操作都直接在缓存里面完成,IO延迟低(异步IO)。至于数据从缓存写入磁盘的操作就由控制器负责。 4.更加灵活:用户还可以灵活的将部分磁盘配置为Hot Standy模式,更方便操作。 5.远程监控功能:它还提供SNMP远程监控管理功能,让用户能够远程的控制和使用。 优点 在作IO读写操作以及奇偶校验时,这些操作都直接在缓存里面完成(异步IO),读写性能非常好,IO延迟低。这种方式能够更加的模块化设计,同时扩展性强。 缺点 成本更高;单独的厂商专利形式造成了解决方案的单一性;同时由于数据保存在缓存中,就必须要求UPS防止数据的丢失。 2.同时采用两种不同的RAID方式还能组合成新的RAID级别。 RAID10  RAID 10,亦称RAID 1+0,是将所有的磁盘分成两组,每组先进行RAID 1阵列,然后将两个RAID 1阵列再进行RAID 0阵列。 RAID01  RAID 01,亦称RAID 0+1,与RAID 10恰恰相反,是将每组磁盘先进行RAID 0阵列再进行RAID 1阵列。由于RAID 10相较于其有更好的安全性和适用性,通常主板只会支持RAID 10而不支持RAID 01。 RAID50  RAID 50,亦称RAID 5+0,类似于RAID 10和RAID 01,是将磁盘分为几组,每组磁盘先进行RAID 5阵列,再进行RAID 0阵列,这样做的目的在于提高RAID 5的写入性能。 常见RAID级别 对比分析
 
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