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RAID介紹

發布時間:2017-12-01 瀏覽量: 來源: 百度文庫 作者: 百度文庫
  如何增加磁盤的存取速度,如何防止數據因磁盤的故障而丟失及如何有效的利用磁盤空間,一直是電腦專業人員和用戶的困擾,而大容量磁盤的價格非常昂貴,對用戶形成很大的負擔。磁盤陣列技術的產生一舉解決了這些問題。

  過去十幾年來,CPU的處理速度增加了五十多倍,內存的存取速度也大幅增加,而數據儲存裝置--主要是磁盤--的存取速度只增加了三、四倍,形成電腦系統的瓶頸,拉低了電腦系統的整體性能,若不能有效的提升磁盤的存取速度,CPU、內存及磁盤間的不平衡將使CPU及內存的改進形成浪費。

  磁盤陣列中針對不同的應用使用的不同技術,稱為RAID等級。RAID是Redundant Array of Independent Disks的縮寫,而每一等級代表一種技術。目前業界最經常應用的RAID等級是RAID 0~RAID 5。這個等級并不代表技術的高低,RAID 5并不高于RAID 3。至于要選擇那一種RAID等級的產品,純視用戶的操作環境及應用而定,與等級的高低沒有必然的關系。

  RAID級別
  下面將簡單描述一些常用的RAID等級,澄清一些應用的問題:
  RAID 0(Striped Disk Array without Fault Tolerance)
  RAID 0是把所有的硬盤并聯起來成為一個大的硬盤組。其容量為所有屬于這個組的硬盤的總和。所有數據的存取均以并行分割方式進行。由于所有存取的數據均以平衡方式存取到整組硬盤里,存取的速度非常快。越是多硬盤數量的RAID 0陣列其存取的速度就越快。容量效率方面也是所有RAID格式中最高的,達到100%。但RAID 0有一個致命的缺點–就是它跟普通硬盤一樣沒有一點的冗余能力。一旦有一個硬盤失效時,所有的數據將盡失。沒法重組回來!一般來講,RAID 0只用于一些已有原數據載體的多媒體文件的高速讀取環境。如視頻點播系統的數據共享部分等。RAID 0只需要兩個或以上的硬盤便能組成。
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  RAID 1(Mirroring)
  RAID 1是硬盤鏡像備份操作。由兩個硬盤所組成。其中一個是主硬盤而另外一個是鏡像硬盤。主硬盤的數據會不停的被鏡像到另外一個鏡像硬盤上。由于所有主硬盤的數據會不停地鏡像到另外一個硬盤上,故RAID 1具有很高的冗余能力。達到最高的100%。可是正由于這個鏡像做法不是以算法操作,故它的容量效率非常的低,只有50%。RAID 1只支持兩個硬盤操作。容量非常有限,故一般只用于操作系統中。

  RAID 0+1(Mirroring and Striping)
  RAID 0+1即由兩組RAID 0的硬盤作RAID 1的鏡像容錯。雖然RAID 0+1具備有RAID 1的容錯能力和RAID 0的容量性能。但RAID 0+1的容量效率還是與RAID 1一樣只有50%,故同樣地沒有被普及使用。

  RAID 3(Striping with dedicated parity)
  RAID 3在安全方面以奇偶校驗(parity check)做錯誤校正及檢測,只需要一個額外的校檢磁盤(parity disk)。奇偶校驗值的計算是以各個磁盤的相對應位作XOR的邏輯運算,然后將結果寫入奇偶校驗磁盤,任何數據的修改都要做奇偶校驗計算。如某一磁盤故障,換上新的磁盤后,整個磁盤陣列(包括奇偶校驗磁盤)需重新計算一次,將故障磁盤的數據恢復并寫入新磁盤中,如奇偶校驗磁盤故障,則重新計算奇偶校驗值,以達容錯的要求。

  RAID 5(Striping with distributed parity)
  RAID 5也是一種具容錯能力的RAID操作方式,但與RAID 3不一樣的是RAID 5的容錯方式不應用專用容錯硬盤,容錯信息是平均的分布到所有硬盤上。當陣列中有一個硬盤失效,磁盤陣列可以從其他的幾個硬盤的對應數據中算出已掉失的數據。由于我們需要保證失去的信息可以從另外的幾個硬盤中算出來,我們就需要在一定容量的基礎上多用一個硬盤以保證其他的成員硬盤可以無誤地重組失去的數據。其總容量為(N-1)x最低容量硬盤的容量。從容量效率來講,RAID 5同樣地消耗了一個硬盤的容量,當有一個硬盤失效時,失效硬盤的數據可以從其他硬盤的容錯信息中重建出來,但如果有兩個硬盤同時失效的話,所有數據將盡失。

  RAID 6
  與RAID 5相比,RAID 6增加了第二個獨立的奇偶校驗信息塊。兩個獨立的奇偶系統使用不同的算法,數據的可靠性非常高,即使兩塊磁盤同時失效也不會影響數據的使用。但RAID 6需要分配給奇偶校驗信息更大的磁盤空間,相對于RAID 5有更大的“寫損失”,因此“寫性能”非常差。較差的性能和復雜的實施方式使得RAID 6很少得到實際應用。
  常見的RAID6組建類型RAID 6(6D+2P)
  1、RAID 6(6D+2P)原理
  和RAID 5相似,RAID 6(6D+2P)根據條帶化的數據生成校驗信息,條帶化數據和校驗數據一起分散存儲到RAID組的各個磁盤上。在圖1中,D0,D1,D2,D3,D4和D5是條帶化的數據,P代表校驗數據,Q是第二份校驗數據。
  RAID 6校驗數據生成公式(P和Q):
  P的生成用了異或
  P=D0 XOR D1 XOR D2 XOR D3 XOR D4 XOR D5
  Q的生成用了系數和異或
  Q=A0*D0 XOR A1*D1 XOR A2*D2 XOR A3*D3 XOR A4*D4 XOR A5*D5
  D0~D5:條帶化數據
  A0~A5:系數
  XOR:異或
  *:乘
  在RAID 6中,當有1塊磁盤出故障的時候,利用公式1恢復數據,這個過程是和RAID 5一樣的。而當有2塊磁盤同時出故障的時候,就需要同時用公式1和公式2來恢復數據了。
  各系數A0~A5是線性無關的系數,在D0,D1,D2,D3,D4,D5,P,Q中有兩個未知數的情況下,也可以聯列求解兩個方程得出兩個未知數的值。這樣在一個RAID組中有兩塊磁盤同時壞的情況下,也可以恢復數據。
  上面描述的是校驗數據生成的算法。其實RAID 6的核心就是有兩份檢驗數據,以保證兩塊磁盤同時出故障的時候,也能保障數據的安全。

  RAID 7
  這是一種新的RAID標準,其自身帶有智能化實時操作系統和用于存儲管理的軟件工具,可完全獨立于主機運行,不占用主機CPU資源。RAID 7可以看作是一種存儲計算機(Storage Computer),它與其他RAID標準有明顯區別。除了以上的各種標準,我們可以如RAID 0+1那樣結合多種RAID規范來構筑所需的RAID陣列,例如RAID 5+3(RAID 53)就是一種應用較為廣泛的陣列形式。用戶一般可以通過靈活配置磁盤陣列來獲得更加符合其要求的磁盤存儲系統。
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