磁盤(pán)陣列(Redundant Arrays of Independent Disks,RAID),有“價(jià)格便宜具有冗余能力的磁盤(pán)陣列”之意。原理是利用數(shù)組方式來(lái)作磁盤(pán)組,配合數(shù)據(jù)分散排列的設(shè)計(jì),提升數(shù)據(jù)的安全性。磁盤(pán)陣列是由很多價(jià)格較便宜的磁盤(pán),組合成一個(gè)容量巨大的磁盤(pán)組,利用個(gè)別磁盤(pán)提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生加成效果提升整個(gè)磁盤(pán)系統(tǒng)效能。利用這項(xiàng)技術(shù),將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段,分別存放在各個(gè)硬盤(pán)上。磁盤(pán)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(pán)故障時(shí),仍可讀出數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí),將數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后重新置入新硬盤(pán)中。
磁盤(pán)陣列作為獨(dú)立系統(tǒng)在主機(jī)外直連或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)相連。磁盤(pán)陣列有多個(gè)端口可以被不同主機(jī)或不同端口連接。一個(gè)主機(jī)連接陣列的不同端口可提升傳輸速度。
和當(dāng)時(shí)PC用單磁盤(pán)內(nèi)部集成緩存一樣,在磁盤(pán)陣列內(nèi)部為加快與主機(jī)交互速度,都帶有一定量的緩沖存儲(chǔ)器。主機(jī)與磁盤(pán)陣列的緩存交互,緩存與具體的磁盤(pán)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(pán)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(shù)。RAID 0是組建磁盤(pán)陣列中最簡(jiǎn)單的一種形式,只需要2塊以上的硬盤(pán)即可,成本低,可以提高整個(gè)磁盤(pán)的性能和吞吐量。RAID 0沒(méi)有提供冗余或錯(cuò)誤修復(fù)能力,但實(shí)現(xiàn)成本是最低的。
RAID 0最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式就是把N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)在一起創(chuàng)建一個(gè)大的卷集。在使用中電腦數(shù)據(jù)依次寫(xiě)入到各塊硬盤(pán)中,它的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以整倍的提高硬盤(pán)的容量。
2、RAID 1
RAID 1稱(chēng)為磁盤(pán)鏡像,原理是把一個(gè)磁盤(pán)的數(shù)據(jù)鏡像到另一個(gè)磁盤(pán)上,也就是說(shuō)數(shù)據(jù)在寫(xiě)入一塊磁盤(pán)的同時(shí),會(huì)在另一塊閑置的磁盤(pán)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(fù)性上,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,當(dāng)一塊硬盤(pán)失效時(shí),系統(tǒng)會(huì)忽略該硬盤(pán),轉(zhuǎn)而使用剩余的鏡像盤(pán)讀寫(xiě)數(shù)據(jù),具備很好的磁盤(pán)冗余能力。雖然這樣對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)講絕對(duì)安全,但是成本也會(huì)明顯增加,磁盤(pán)利用率為50%,以四塊80GB容量的硬盤(pán)來(lái)講,可利用的磁盤(pán)空間僅為160GB。
RAID 1主要是通過(guò)二次讀寫(xiě)實(shí)現(xiàn)磁盤(pán)鏡像,所以磁盤(pán)控制器的負(fù)載也相當(dāng)大,尤其是在需要頻繁寫(xiě)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(gè)磁盤(pán)控制器就顯得很有必要。
3、RAID0+1
從RAID 0+1名稱(chēng)上我們便可以看出是RAID0與RAID1的結(jié)合體。
5、RAID2:帶海明碼校驗(yàn)
從概念上講,RAID 2 同RAID 3類(lèi)似, 兩者都是將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的硬盤(pán)上, 條塊單位為位或字節(jié)。然而RAID 2 使用一定的編碼技術(shù)來(lái)提供錯(cuò)誤檢查及恢復(fù)。這種編碼技術(shù)需要多個(gè)磁盤(pán)存放檢查及恢復(fù)信息,使得RAID 2技術(shù)實(shí)施更復(fù)雜。因此,在商業(yè)環(huán)境中很少使用。
6 、RAID3:帶奇偶校驗(yàn)碼的并行傳送
這種校驗(yàn)碼與RAID2不同,只能查錯(cuò)不能糾錯(cuò)。它訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)一次處理一個(gè)帶區(qū),這樣可以提高讀取和寫(xiě)入速度。
7、RAID4:帶奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤(pán)結(jié)構(gòu)
RAID4和RAID3很象,不同的是,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)。
8、RAID5:分布式奇偶校驗(yàn)的獨(dú)立磁盤(pán)結(jié)構(gòu)
從它的示意圖上可以看到,它的奇偶校驗(yàn)碼存在于所有磁盤(pán)上,其中的p0代表第0帶區(qū)的奇偶校驗(yàn)值,其它的意思也相同。
9、RAID6: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)
名字很長(zhǎng),但是如果看到圖,大家立刻會(huì)明白是為什么,請(qǐng)注意p0代表第0帶區(qū)的奇偶校驗(yàn)值,而pA代表數(shù)據(jù)塊A的奇偶校驗(yàn)值。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。當(dāng)然了,由于引入了第二種奇偶校驗(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。我想除了軍隊(duì)沒(méi)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(pán)結(jié)構(gòu)
RAID7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,提高系統(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。允許使用SNMP協(xié)議進(jìn)行管理和監(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),因?yàn)榧尤敫咚倬彌_存儲(chǔ)器,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。由于采用并行結(jié)構(gòu),因此數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)效率大大提高。需要注意的是它引入了一個(gè)高速緩沖存儲(chǔ)器,這有利有弊,因?yàn)橐坏┫到y(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。當(dāng)然了,這么快的東西,價(jià)格也非常昂貴。
11、RAID10:高可靠性與高效磁盤(pán)結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)無(wú)非是一個(gè)帶區(qū)結(jié)構(gòu)加一個(gè)鏡象結(jié)構(gòu),因?yàn)閮煞N結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn),因此可以相互補(bǔ)充,達(dá)到既高效又高速的目的。大家可以結(jié)合兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)來(lái)理解這種新結(jié)構(gòu)。這種新結(jié)構(gòu)的價(jià)格高,可擴(kuò)充性不好。主要用于數(shù)據(jù)容量不大,但要求速度和差錯(cuò)控制的數(shù)據(jù)庫(kù)中。
12、RAID53:高效數(shù)據(jù)傳送磁盤(pán)結(jié)構(gòu)
越到后面的結(jié)構(gòu)就是對(duì)前面結(jié)構(gòu)的一種重復(fù)和再利用,這種結(jié)構(gòu)就是RAID3和帶區(qū)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一,因此它速度比較快,也有容錯(cuò)功能。但價(jià)格十分高,不易于實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)帶區(qū)和按位存儲(chǔ)兩種方法,在考慮到效率的情況下,要求這些磁盤(pán)同步真是不容易。
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