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服務(wù)器硬盤(pán)RAID技術(shù)解析
RAID可以充分發(fā)揮出多塊硬盤(pán)的優(yōu)勢(shì)，可以提升硬盤(pán)速度，增大容量，提供容錯(cuò)功能夠確保數(shù)據(jù)安全性，易于治理的優(yōu)點(diǎn)，在任何一塊硬盤(pán)出現(xiàn)問(wèn)題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會(huì)受到損壞硬盤(pán)的影響。下面一起來(lái)學(xué)習(xí)一下硬盤(pán)RAID技術(shù)吧!
一、Raid定義
RAID(Redundant Array of Independent Disk獨(dú)立冗余磁盤(pán)陣列)技術(shù)是加州大學(xué)伯克利分校1987年提出，最初是為了組合小的廉價(jià)磁盤(pán)來(lái)代替大的昂貴磁盤(pán)，同時(shí)希望磁盤(pán)失效時(shí)不會(huì)使對(duì)數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)受損失而開(kāi)發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)。RAID就是一種由多塊廉價(jià)磁盤(pán)構(gòu)成的冗余陣列，在操作系統(tǒng)下是作為一個(gè)獨(dú)立的大型存儲(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)。RAID可以充分發(fā)揮出多塊硬盤(pán)的優(yōu)勢(shì)，可以提升硬盤(pán)速度，增大容量，提供容錯(cuò)功能夠確保數(shù)據(jù)安全性，易于治理的優(yōu)點(diǎn)，在任何一塊硬盤(pán)出現(xiàn)問(wèn)題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會(huì)受到損壞硬盤(pán)的影響。
二、RAID的幾種工作模式
1、RAID0
即Data Stripping數(shù)據(jù)分條技術(shù)。RAID 0可以把多塊硬盤(pán)連成一個(gè)容量更大的硬盤(pán)群，可以提高磁盤(pán)的性能和吞吐量。RAID 0沒(méi)有冗余或錯(cuò)誤修復(fù)能力，成本低，要求至少兩個(gè)磁盤(pán)，一般只是在那些對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求不高的情況下才被使用。
(1)、RAID 0最簡(jiǎn)單方式
就是把x塊同樣的硬盤(pán)用硬件的形式通過(guò)智能磁盤(pán)控制器或用操作系統(tǒng)中的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序以軟件的方式串聯(lián)在一起，形成一個(gè)獨(dú)立的邏輯驅(qū)動(dòng)器，容量是單獨(dú)硬盤(pán)的x倍,在電腦數(shù)據(jù)寫(xiě)時(shí)被依次寫(xiě)入到各磁盤(pán)中，當(dāng)一塊磁盤(pán)的空間用盡時(shí)，數(shù)據(jù)就會(huì)被自動(dòng)寫(xiě)入到下一塊磁盤(pán)中，它的好處是可以增加磁盤(pán)的容量。速度與其中任何一塊磁盤(pán)的速度相同，假如其中的任何一塊磁盤(pán)出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)受到破壞，可靠性是單獨(dú)使用一塊硬盤(pán)的1/n。
(2)、RAID 0的另一方式
是用n塊硬盤(pán)選擇合理的帶區(qū)大小創(chuàng)建帶區(qū)集，最好是為每一塊硬盤(pán)都配備一個(gè)專(zhuān)門(mén)的磁盤(pán)控制器,在電腦數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)同時(shí)向n塊磁盤(pán)讀寫(xiě)數(shù)據(jù),速度提升n倍。提高系統(tǒng)的性能。
2、RAID 1
RAID 1稱(chēng)為磁盤(pán)鏡像：把一個(gè)磁盤(pán)的數(shù)據(jù)鏡像到另一個(gè)磁盤(pán)上，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(fù)性上，具有很高的數(shù)據(jù)冗余能力，但磁盤(pán)利用率為50%，故成本最高，多用在保存要害性的重要數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。RAID 1有以下特點(diǎn)：
(1)、RAID 1的每一個(gè)磁盤(pán)都具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的鏡像盤(pán)，任何時(shí)候數(shù)據(jù)都同步鏡像，系統(tǒng)可以從一組鏡像盤(pán)中的任何一個(gè)磁盤(pán)讀取數(shù)據(jù)。
(2)、磁盤(pán)所能使用的空間只有磁盤(pán)容量總和的一半，系統(tǒng)成本高。
(3)、只要系統(tǒng)中任何一對(duì)鏡像盤(pán)中至少有一塊磁盤(pán)可以使用，甚至可以在一半數(shù)量的硬盤(pán)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)系統(tǒng)都可以正常運(yùn)行。
(4)、出現(xiàn)硬盤(pán)故障的RAID系統(tǒng)不再可靠，應(yīng)當(dāng)及時(shí)的更換損壞的硬盤(pán)，否則剩余的鏡像盤(pán)也出現(xiàn)問(wèn)題，那么整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)崩潰。
(5)、更換新盤(pán)后原有數(shù)據(jù)會(huì)需要很長(zhǎng)時(shí)間同步鏡像，外界對(duì)數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)不會(huì)受到影響，只是這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的性能有所下降。
(6)、RAID 1磁盤(pán)控制器的負(fù)載相當(dāng)大，用多個(gè)磁盤(pán)控制器可以提高數(shù)據(jù)的安全性和可用性。
3、RAID0 1
把RAID0和RAID1技術(shù)結(jié)合起來(lái)，數(shù)據(jù)除分布在多個(gè)盤(pán)上外，每個(gè)盤(pán)都有其物理鏡像盤(pán)，提供全冗余能力，答應(yīng)一個(gè)以下磁盤(pán)故障，而不影響數(shù)據(jù)可用性，并具有快速讀/寫(xiě)能力。RAID0 1要在磁盤(pán)鏡像中建立帶區(qū)集至少4個(gè)硬盤(pán)。 4、RAID2
電腦在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)在一個(gè)磁盤(pán)上保存數(shù)據(jù)的各個(gè)位，同時(shí)把一個(gè)數(shù)據(jù)不同的位運(yùn)算得到的海明校驗(yàn)碼保存另一組磁盤(pán)上，由于海明碼可以在數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤的情況下將錯(cuò)誤校正，以保證輸出的正確。但海明碼使用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，使得輸出數(shù)據(jù)的速率取決于驅(qū)動(dòng)器組中速度最慢的磁盤(pán)。RAID2控制器的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。
5、RAID3：帶奇偶校驗(yàn)碼的并行傳送
RAID 3使用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的磁盤(pán)存放所有的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，而在剩余的磁盤(pán)中創(chuàng)建帶區(qū)集分散數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。當(dāng)一個(gè)完好的RAID 3系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，只需要在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)盤(pán)中找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行讀取操作即可。但當(dāng)向RAID 3寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，必須計(jì)算與該數(shù)據(jù)塊同處一個(gè)帶區(qū)的所有數(shù)據(jù)塊的校驗(yàn)值，并將新值重新寫(xiě)入到校驗(yàn)塊中，這樣無(wú)形雖增加系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。當(dāng)一塊磁盤(pán)失效時(shí)，該磁盤(pán)上的所有數(shù)據(jù)塊必須使用校驗(yàn)信息重新建立，假如所要讀取的數(shù)據(jù)塊正好位于已經(jīng)損壞的磁盤(pán)，則必須同時(shí)讀取同一帶區(qū)中的所有其它數(shù)據(jù)塊，并根據(jù)校驗(yàn)值重建丟失的數(shù)據(jù)，這使系統(tǒng)減慢。當(dāng)更換了損壞的磁盤(pán)后，系統(tǒng)必須一個(gè)數(shù)據(jù)塊一個(gè)數(shù)據(jù)塊的重建壞盤(pán)中的數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)的性能會(huì)受到嚴(yán)重的影響。RAID 3最大不足是校驗(yàn)盤(pán)很輕易成為整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸，對(duì)于經(jīng)常大量寫(xiě)入操作的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致整個(gè)RAID系統(tǒng)性能的下降。RAID 3適合用于數(shù)據(jù)庫(kù)和WEB服務(wù)器等。
6、RAID4
RAID4即帶奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤(pán)結(jié)構(gòu)，RAID4和RAID3很象，它對(duì)數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)是按數(shù)據(jù)塊進(jìn)行的，也就是按磁盤(pán)進(jìn)行的，每次是一個(gè)盤(pán)，RAID4的特點(diǎn)和RAID3也挺象，不過(guò)在失敗恢復(fù)時(shí)，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設(shè)計(jì)難度也要大許多，而且訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)的效率不怎么好。
7、RAID5
RAID 5把校驗(yàn)塊分散到所有的數(shù)據(jù)盤(pán)中。RAID 5使用了一種非凡的算法，可以計(jì)算出任何一個(gè)帶區(qū)校驗(yàn)塊的存放位置。這樣就可以確保任何對(duì)校驗(yàn)塊進(jìn)行的讀寫(xiě)操作都會(huì)在所有的RAID磁盤(pán)中進(jìn)行均衡，從而消除了產(chǎn)生瓶頸的可能。RAID5的讀出效率很高，寫(xiě)入效率一般，塊式的集體訪(fǎng)問(wèn)效率不錯(cuò)。RAID 5提高了系統(tǒng)可靠性，但對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿行越鉀Q不好，而且控制器的設(shè)計(jì)也相當(dāng)困難。
8、RAID6
RAID6即帶有兩種分布存儲(chǔ)的奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤(pán)結(jié)構(gòu)，它是對(duì)RAID5的擴(kuò)展，主要是用于要求數(shù)據(jù)絕對(duì)不能出錯(cuò)的場(chǎng)合，使用了二種奇偶校驗(yàn)值，所以需要N 2個(gè)磁盤(pán)，同時(shí)對(duì)控制器的設(shè)計(jì)變得十分復(fù)雜，寫(xiě)入速度也不好，用于計(jì)算奇偶校驗(yàn)值和驗(yàn)證數(shù)據(jù)正確性所花費(fèi)的時(shí)間比較多，造成了不必須的負(fù)載，很少人用。
9、RAID7
RAID7即優(yōu)化的高速數(shù)據(jù)傳送磁盤(pán)結(jié)構(gòu)，它所有的I/O傳送均是同步進(jìn)行的，可以分別控制，這樣提高了系統(tǒng)的并行性和系統(tǒng)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)的速度;每個(gè)磁盤(pán)都帶有高速緩沖存儲(chǔ)器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以使用任何實(shí)時(shí)操作芯片，達(dá)到不同實(shí)時(shí)系統(tǒng)的需要。答應(yīng)使用SNMP協(xié)議進(jìn)行治理和監(jiān)視，可以對(duì)校驗(yàn)區(qū)指定獨(dú)立的傳送信道以提高效率�？梢赃B接多臺(tái)主機(jī)，當(dāng)多用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間幾乎接近于0。但假如系統(tǒng)斷電，在高速緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)就會(huì)全部丟失，因此需要和UPS一起工作，RAID7系統(tǒng)成本很高。
10、RAID 2.0
RAID 2.0(獨(dú)立磁盤(pán)冗余數(shù)組2.0, Redundant Array of Independent Disks Version 2.0)，為增強(qiáng)型RAID技術(shù)，有效解決了機(jī)械硬盤(pán)容量越來(lái)越大，重構(gòu)一塊機(jī)械硬盤(pán)所需時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，傳統(tǒng)RAID組重構(gòu)窗口越來(lái)越大而導(dǎo)致重構(gòu)期間又故障一塊硬盤(pán)而徹底丟失數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題。其基本思想就是把大容量機(jī)械硬盤(pán)先按照固定的容量切割成多個(gè)更小的分塊(Chunk，通常為64MB)，RAID組建立在這些小分塊上，而不是某些硬盤(pán)上，我們稱(chēng)為分塊組(Chunk Group)。此時(shí)硬盤(pán)間不再組成傳統(tǒng)的RAID關(guān)系，而是組成更大硬盤(pán)數(shù)量的硬盤(pán)組(通常包含96塊盤(pán))，每個(gè)硬盤(pán)上不同的分塊可與此硬盤(pán)組上不同硬盤(pán)上的分塊組成不同RAID類(lèi)型的分塊組，這樣一個(gè)硬盤(pán)上的分塊可以屬于多個(gè)RAID類(lèi)型的多個(gè)分塊組。以這樣的組織形式，基于RAID2.0技術(shù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠做到在一塊硬盤(pán)故障后，在硬盤(pán)組上的所有硬盤(pán)上并發(fā)進(jìn)行重構(gòu)，而不再是傳統(tǒng)RAID的單個(gè)熱備盤(pán)上進(jìn)行重構(gòu)，從而大大降低重構(gòu)時(shí)間，減少重構(gòu)窗口擴(kuò)大導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)，在硬盤(pán)容量大幅增加的同時(shí)確保存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能和可靠性。RAID2.0并沒(méi)有改變傳統(tǒng)的各種RAID類(lèi)型的算法，而是把RAID范圍縮小到分塊組上。
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