磁盤陣列(Redundant Arrays of Independent Disks,RAID),有“價格便宜具有冗余能力的磁盤陣列”之意。原理是利用數(shù)組方式來作磁盤組,配合數(shù)據(jù)分散排列的設計,提升數(shù)據(jù)的安全性。磁盤陣列是由很多價格較便宜的磁盤,組合成一個容量巨大的磁盤組,利用個別磁盤提供數(shù)據(jù)所產生加成效果提升整個磁盤系統(tǒng)效能。利用這項技術,將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段,分別存放在各個硬盤上。磁盤陣列還能利用同位檢查(Parity Check)的觀念,在數(shù)組中任一顆硬盤故障時,仍可讀出數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)重構時,將數(shù)據(jù)經(jīng)計算后重新置入新硬盤中。
磁盤陣列作為獨立系統(tǒng)在主機外直連或通過網(wǎng)絡與主機相連。磁盤陣列有多個端口可以被不同主機或不同端口連接。一個主機連接陣列的不同端口可提升傳輸速度。
和當時PC用單磁盤內部集成緩存一樣,在磁盤陣列內部為加快與主機交互速度,都帶有一定量的緩沖存儲器。主機與磁盤陣列的緩存交互,緩存與具體的磁盤交互數(shù)據(jù)。
RAID方案有兩種,一種是硬件RAID解決方案,一種是軟RAID解決方案。
硬件RAID解決方案
硬件RAID解決方案速度快、穩(wěn)定性好,可以有效地提供高水平的硬盤可用性和冗余度
1、RAID 0
RAID 0是最早出現(xiàn)的RAID模式,即Data Stripping數(shù)據(jù)分條技術。RAID 0是組建磁盤陣列中最簡單的一種形式,只需要2塊以上的硬盤即可,成本低,可以提高整個磁盤的性能和吞吐量。RAID 0沒有提供冗余或錯誤修復能力,但實現(xiàn)成本是最低的。
RAID 0最簡單的實現(xiàn)方式就是把N塊同樣的硬盤用硬件的形式通過智能磁盤控制器或用操作系統(tǒng)中的磁盤驅動程序以軟件的方式串聯(lián)在一起創(chuàng)建一個大的卷集。在使用中電腦數(shù)據(jù)依次寫入到各塊硬盤中,它的最大優(yōu)點就是可以整倍的提高硬盤的容量。
2、RAID 1
RAID 1稱為磁盤鏡像,原理是把一個磁盤的數(shù)據(jù)鏡像到另一個磁盤上,也就是說數(shù)據(jù)在寫入一塊磁盤的同時,會在另一塊閑置的磁盤上生成鏡像文件,在不影響性能情況下最大限度的保證系統(tǒng)的可靠性和可修復性上,只要系統(tǒng)中任何一對鏡像盤中至少有一塊磁盤可以使用,甚至可以在一半數(shù)量的硬盤出現(xiàn)問題時系統(tǒng)都可以正常運行,當一塊硬盤失效時,系統(tǒng)會忽略該硬盤,轉而使用剩余的鏡像盤讀寫數(shù)據(jù),具備很好的磁盤冗余能力。雖然這樣對數(shù)據(jù)來講絕對安全,但是成本也會明顯增加,磁盤利用率為50%,以四塊80GB容量的硬盤來講,可利用的磁盤空間僅為160GB。
RAID 1主要是通過二次讀寫實現(xiàn)磁盤鏡像,所以磁盤控制器的負載也相當大,尤其是在需要頻繁寫入數(shù)據(jù)的環(huán)境中。為了避免出現(xiàn)性能瓶頸,使用多個磁盤控制器就顯得很有必要。
3、RAID0+1
從RAID 0+1名稱上我們便可以看出是RAID0與RAID1的結合體。
5、RAID2:帶海明碼校驗
從概念上講,RAID 2 同RAID 3類似, 兩者都是將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的硬盤上, 條塊單位為位或字節(jié)。然而RAID 2 使用一定的編碼技術來提供錯誤檢查及恢復。這種編碼技術需要多個磁盤存放檢查及恢復信息,使得RAID 2技術實施更復雜。因此,在商業(yè)環(huán)境中很少使用。
6 、RAID3:帶奇偶校驗碼的并行傳送
這種校驗碼與RAID2不同,只能查錯不能糾錯。它訪問數(shù)據(jù)時一次處理一個帶區(qū),這樣可以提高讀取和寫入速度。
7、RAID4:帶奇偶校驗碼的獨立磁盤結構
RAID4和RAID3很象,不同的是,它對數(shù)據(jù)的訪問是按數(shù)據(jù)塊進行的,也就是按磁盤進行的,每次是一個盤。
8、RAID5:分布式奇偶校驗的獨立磁盤結構
從它的示意圖上可以看到,它的奇偶校驗碼存在于所有磁盤上,其中的p0代表第0帶區(qū)的奇偶校驗值,其它的意思也相同。
9、RAID6:帶有兩種分布存儲的奇偶校驗碼的獨立磁盤結構
名字很長,但是如果看到圖,大家立刻會明白是為什么,請注意p0代表第0帶區(qū)的奇偶校驗值,而pA代表數(shù)據(jù)塊A的奇偶校驗值。它是對RAID5的擴展,主要是用于要求數(shù)據(jù)絕對不能出錯的場合。當然了,由于引入了第二種奇偶校驗值,所以需要N+2個磁盤,同時對控制器的設計變得十分復雜,寫入速度也不好,用于計算奇偶校驗值和驗證數(shù)據(jù)正確性所花費的時間比較多,造成了不必須的負載。我想除了軍隊沒有人用得起這種東西。
10、RAID7:優(yōu)化的高速數(shù)據(jù)傳送磁盤結構
RAID7所有的I/O傳送均是同步進行的,可以分別控制,這樣提高了系統(tǒng)的并行性,提高系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)的速度;每個磁盤都帶有高速緩沖存儲器,實時操作系統(tǒng)可以使用任何實時操作芯片,達到不同實時系統(tǒng)的需要。允許使用SNMP協(xié)議進行管理和監(jiān)視,可以對校驗區(qū)指定獨立的傳送信道以提高效率??梢赃B接多臺主機,因為加入高速緩沖存儲器,當多用戶訪問系統(tǒng)時,訪問時間幾乎接近于0。由于采用并行結構,因此數(shù)據(jù)訪問效率大大提高。需要注意的是它引入了一個高速緩沖存儲器,這有利有弊,因為一旦系統(tǒng)斷電,在高速緩沖存儲器內的數(shù)據(jù)就會全部丟失,因此需要和UPS一起工作。當然了,這么快的東西,價格也非常昂貴。
11、RAID10:高可靠性與高效磁盤結構
這種結構無非是一個帶區(qū)結構加一個鏡象結構,因為兩種結構各有優(yōu)缺點,因此可以相互補充,達到既高效又高速的目的。大家可以結合兩種結構的優(yōu)點和缺點來理解這種新結構。這種新結構的價格高,可擴充性不好。主要用于數(shù)據(jù)容量不大,但要求速度和差錯控制的數(shù)據(jù)庫中。
12、RAID53:高效數(shù)據(jù)傳送磁盤結構
越到后面的結構就是對前面結構的一種重復和再利用,這種結構就是RAID3和帶區(qū)結構的統(tǒng)一,因此它速度比較快,也有容錯功能。但價格十分高,不易于實現(xiàn)。這是因為所有的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過帶區(qū)和按位存儲兩種方法,在考慮到效率的情況下,要求這些磁盤同步真是不容易。
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