RAID的幾種特性(DOC)

1、在企業(yè)中，針對數(shù)據(jù)存儲 ，我們往往關(guān)注兩個方面，一是數(shù)據(jù)的安全性，二是數(shù)據(jù)的讀寫速度，然而現(xiàn)實中，這兩個方面在相同的投資情況下是相互沖突的，要達(dá)到比較高的安全性，往往需要犧牲讀寫速度為代價，如何選擇合適的存儲方式，在實際業(yè)務(wù)中至關(guān)重要； 具體以下幾種場景：1、 數(shù)據(jù)分散寫入，磁盤空間最大化利用，讀寫速度快，數(shù)據(jù)能接收丟失的風(fēng)險：使用 RAIDO， 針對數(shù)據(jù)拆分會用，提高數(shù)據(jù)的讀寫速度，沒有數(shù)據(jù)冗余，磁盤損壞，數(shù)據(jù)一定會丟失2、 磁盤安全最大化，每份數(shù)據(jù)同時寫入兩塊磁盤，讀寫速度相對比較慢，數(shù)據(jù)不會拆分寫入：使用 RAID1，每份數(shù)據(jù)都分別存儲在兩塊磁盤，最好的情況下可以做到損壞一半的磁盤下，數(shù)

2、據(jù)不丟失。3、 磁盤利用率及讀取速度為 RAID0,RAID1比較折中，每次讀寫至少要進(jìn)行四次10 ,RIAD5 適應(yīng)用大文件的讀寫，比如視頻等，即可充分利用磁盤數(shù)據(jù)又有相對的冗余，在一塊磁盤損壞的情況下，可以不丟失數(shù)據(jù)。4、 數(shù)據(jù)安全性高，磁盤利用率為50%，數(shù)據(jù)讀寫時會進(jìn)行拆分，RAID10 ，適合離散數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)庫等寫入次數(shù)比較多，數(shù)據(jù)量比較少的系統(tǒng)。引用文章一、一. RAID 定義RAID（Redu nda nt Array of In depe ndent Disk獨立冗余磁盤陣列）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磁盤來代替大的昂貴磁盤，同時希望磁盤

3、失效時 不會使對數(shù)據(jù)的訪問受損失而開發(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磁盤構(gòu)成的冗余陣列，在操作系統(tǒng)下是作為一個獨立的大型存儲設(shè)備出現(xiàn)。RAID 可以充分發(fā) 揮出多塊硬盤的優(yōu)勢，可以提升硬盤速度，增大容量，提供容錯功能夠確保數(shù)據(jù)安全 性，易于管理的優(yōu)點，在任何一塊硬盤出現(xiàn)問題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會受到損壞硬盤的影響。二、RAID 的幾種工作模式（僅討論RAID0 , RAID1 , RAID5 , RAID10 這四種，這四種比較典型）1、RAID0 （又稱為 Stripe 或 Striping- 分條）即 Data Stripping 數(shù)據(jù)分條技術(shù)。RAID 0

4、可以把多塊硬盤連成一個容量更大的硬盤群，可 以提高磁盤的性能和吞吐量。RAID 0 沒有冗余或錯誤修復(fù)能力，成本低，要求至少兩個磁 盤，一般只是在那些對數(shù)據(jù)安全性要求不高的情況下才被使用。特點：性錯容沒有冗余類型：沒有熱備盤選項：沒有讀性能：高隨機(jī)寫性能：高連續(xù)寫性高厶匕 冃匕：需要的磁盤數(shù):只需2個或2*N個（這里應(yīng)該是多于兩個 硬盤都可以）可用容量：總的磁盤的 容量典型應(yīng)用：無故障的迅速讀寫，要求安全性不高，如圖形工作站等。RAID 0 的工作方式:D11 D10 J DO圖 1如圖 1 所示:系統(tǒng)向 三個磁盤組成的邏輯硬盤（RADI 0 磁盤組）發(fā)出的 I/O 數(shù)據(jù)請求被轉(zhuǎn)化 為 3 項

5、操作，其中的每一項操作都對應(yīng)于一塊物理硬盤。我們從圖中可以清楚的看到通過 建立 RAID 0，原先順序的數(shù)據(jù)請求被分散到所有的三塊硬盤中同時執(zhí)行。從理論上講，三塊硬盤的并行操作使同一時間內(nèi)磁盤讀寫速度提升了3 倍。但由于總線帶寬等多種因素的影響， 實際的提升速率肯定會低于理論值，但是，大量數(shù)據(jù)并行傳輸與串行傳輸比較，提速效果顯著顯然毋庸置疑。RAID 0 的缺點是不提供數(shù)據(jù)冗余，因此一旦用戶數(shù)據(jù)損壞，損壞的數(shù)據(jù)將無法得到恢復(fù)。RAID 0 具有的特點，使其特別適用于對性能要求較高，而對數(shù)據(jù)安全不太在乎的領(lǐng)域，如 圖形工作站等。對于個人用戶，RAID 0 也是提高硬盤存儲性能的絕佳選擇。計算機(jī)技

6、術(shù)發(fā)展迅速，但硬盤傳輸率也成了性能的瓶頸。怎么辦？IDE RAID 技術(shù)的成熟讓我們輕松打造自己的超高速硬盤。在實際應(yīng)用中，RAID 0 硬盤陣列能比普通 IDE 7200 轉(zhuǎn)ATA 133 硬盤快得多，時至今日，在大多數(shù)的高端或者玩家主板上我們都能找到一顆PROMISE 或者 HighPoint 的 RAID 芯片，同時發(fā)現(xiàn)它們提供的額外幾個 IDE 接口。沒錯，RAID 已經(jīng)近在眼前，難道你甘心放棄 RAID 為我們帶來的性能提升嗎？答案當(dāng)然是否定的！ 實用的IDE RAIDRAID 可以通過軟件或硬件實現(xiàn)。像Windows 2000 就能夠提供軟件的 RAID 功能，但是這樣需要消耗不小

7、的 CPU 資源，降低整機(jī)性能。而硬件實現(xiàn)則是一般由RAID 卡實現(xiàn)的，高檔的 SCSI RAID 卡有著自己專用的緩存和I/O 處理器，但是對于家庭用戶來說這樣的開銷顯然是承受不了的，畢竟為了實現(xiàn)RAID 買兩個或者更多的 HDD 已經(jīng)相當(dāng)不 容易了。我們還有一種折中的辦法 一一 IDE RAID?；蛟S這才是普通人最容易接受的方法。雖然IDERAID 在功能和性能上都有所折中，但相對于低廉的價格，普通用戶看來并不在意。為什么要用 RAID 0RAID 0 至少需要兩塊硬盤才能夠?qū)崿F(xiàn)，它的容量為組成這個系統(tǒng)的各個硬盤容量之和，這幾塊硬盤的容量要相同，在家用 IDE RAID 中一般級聯(lián)兩塊硬盤

8、， 一定要用同型號同容量的硬盤。RAID 0 模式向硬盤寫入數(shù)據(jù)的時候把數(shù)據(jù)一分為二，分別寫入兩塊硬盤，讀取數(shù)據(jù) 的時候則反之，這樣的話，每塊硬盤只要負(fù)擔(dān)一半的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，得到的結(jié)果也就是速度的增加。實現(xiàn)方式：（1）、RAID 0 最簡單方式（我覺得這個方式不是它本意所提倡的）就是把 x 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(qū)動程序 以軟件的方式串聯(lián)在一起，形成一個獨立的邏輯驅(qū)動器，容量是單獨硬盤的x 倍，在電腦數(shù)據(jù)寫時被依次寫入到各磁盤中，當(dāng)一塊磁盤的空間用盡時，數(shù)據(jù)就會被自動寫入到下一塊磁盤中，它的好處是可以增加磁盤的容量。速度與其中任何一塊磁盤的速度相同，如果

9、其中的任何一塊磁盤出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)將會受到破壞，可靠性是單獨使用一塊硬盤的1/n。（2） 、RAID 0 的另一方式（常指的 RAID 0 就是指的這個）是用 n 塊硬盤選擇合理的帶區(qū)大小創(chuàng)建帶區(qū)集，最好是為每一塊硬盤都配備一個專門的磁 盤控制器，在 電腦數(shù)據(jù)讀寫時同時向 n 塊磁盤讀寫數(shù)據(jù)，速度提升 n 倍。提高系統(tǒng)的性能。2、RAID 1（又稱為 Mirror 或 Mirroring- 鏡像）RAID 1 稱為磁盤鏡像：把一個磁盤的數(shù)據(jù)鏡像到另一個磁盤上，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，但磁盤利用率為 50%，故成本最高，多用在保存關(guān)鍵

10、性的重要數(shù)據(jù)的場合。RAID 1 的操作方式是把用戶寫入硬盤的數(shù)據(jù)百分之百地自動復(fù)制到另外一個硬盤上。RAID 1 有以下特點：（1 ）、RAID 1 的每一個磁盤都具有一個對應(yīng)的鏡像盤，任何時候數(shù)據(jù)都同步鏡像，系統(tǒng)可以從一組 鏡像盤中的任何一個磁盤讀取數(shù)據(jù)。（2）、磁盤所能使用的空間只有磁盤容量總和的一半，系統(tǒng)成本高。（3）、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。（4） 、出現(xiàn)硬盤故障的 RAID 系統(tǒng)不再可靠，應(yīng)當(dāng)及時的更換損壞的硬盤，否則剩余的鏡 像盤也出現(xiàn)問題，那么整個系統(tǒng)就會崩潰。（5）、更換新盤后原有數(shù)據(jù)會需要很長

11、時間同步鏡像，外界對數(shù)據(jù)的訪問不會受到影響， 只是這時整個系統(tǒng)的性能有所下降。（6） 、RAID 1 磁盤控制器的負(fù)載相當(dāng)大， 用多個磁盤控制器可以提高數(shù)據(jù)的安全性和可用 性。RAID 1 的工作方式:RAID 1mirrorinQ圖 2如圖 2 所示：當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)先從 RAID1 的源盤讀取數(shù)據(jù)，如果讀取數(shù)據(jù)成功，則系 統(tǒng)不去管備份盤上的數(shù)據(jù)；如果讀取源盤數(shù)據(jù)失敗，則系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)而讀取備份盤上的數(shù)據(jù),不會造成用戶工作任務(wù)的中斷。當(dāng)然，我們應(yīng)當(dāng)及時地更換損壞的硬盤并利用備份數(shù)據(jù)重新建立 Mirror，避免備份盤在發(fā)生損壞時，造成不可挽回的數(shù)據(jù)損失。raid 1 的優(yōu)缺點由于對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行

12、百分之百的備份，在所有 RAID 級別中，RAID 1 提供最高的數(shù)據(jù)安 全保障。同樣，由于數(shù)據(jù)的百分之百備份，備份數(shù)據(jù)占了總存儲空間的一半，因而Mirror（鏡像）的磁盤空間利用率低，存儲成本高。Mirror 雖不能提高存儲性能，但由于其具有的高數(shù)據(jù)安全性，使其尤其適用于存放重要數(shù)據(jù)，如服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫存儲等領(lǐng)域。3、RAID 5 （可以理解為是 RAID 0 和 RAID 1 的折衷方案，但沒有完全使用RAID 1 鏡像理念，而是使用了奇偶校驗信息”來作為數(shù)據(jù)恢復(fù)的方式，與下面的RAID10 不同。）容錯性：有冗余類型：奇偶校驗熱備盤選項：有讀性能：高隨機(jī)寫性能：低連續(xù)寫性能：低需要的磁盤數(shù)

13、：三個或更多可用容量：（n-1）/n的總磁盤容量（n為磁盤數(shù)）典型應(yīng)用：隨機(jī)數(shù)據(jù)傳輸要求安全性高，如金融、數(shù)據(jù)庫、 存儲等。RAID 5圖 3RAID 5 是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。以四個硬盤組成的RAID 5 為例，其數(shù)據(jù)存儲方式如圖4 所示：圖中，Ap 為 A1，A2 和 A3 的奇偶校驗信息，其它以此類推。由圖中可以看出，RAID 5 不對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，而是把數(shù)據(jù)和相對應(yīng)的奇偶校驗信息存儲到組成RAID5 的各個磁盤上，并且奇偶校驗信息和相對應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲于不同的磁盤 上。當(dāng) RAID5 的一個磁盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后，利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗信息去恢

14、復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。RAID 5 可以理解為是 RAID 0 和 RAID 1 的折衷方案。RAID 5 可以為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全保 障，但保障程度要比 Mirror 低而磁盤空間利用率要比Mirror 高。RAID 5 具有和 RAID 0 相近似的數(shù)據(jù)讀取速度， 只是多了一個奇偶校驗信息，寫入數(shù)據(jù)的速度比對單個磁盤進(jìn)行寫入操作稍慢。同時由于多個數(shù)據(jù)對應(yīng)一個奇偶校驗信息，RAID 5 的磁盤空間利用率要比 RAID1 高，存儲成本相對較低。4、RAID 5 （可以理解為是 RAID 0 和 RAID 1 的折衷方案，但沒有完全使用RAID 1 鏡像理念，而是使用了奇偶校驗信息”來作為數(shù)據(jù)恢復(fù)的方式

15、）Disk 0 Disk 1Disk 2RAID 10RAIDORAID 1RAID 1圖 4RAID10 也被稱為鏡象陣列條帶。象RAID0 樣，數(shù)據(jù)跨磁盤抽??；象 RAID1 樣，每個磁盤都有一個鏡象磁盤,所以 RAID 10 的另一種會說法是 RAID 0+1。RAID10 提供 100% 的數(shù)據(jù)冗余，支持更大的卷尺寸，但價格也相對較高。 對大多數(shù)只要求具有冗余度而不必考 慮價格的應(yīng)用來說，RAID10 提供最好的性能。使用 RAID10，可以獲得更好的可靠性，因為即使兩個物理驅(qū)動器發(fā)生故障（每個陣列中一個），數(shù)據(jù)仍然可以得到保護(hù)。RAID10 需要 4 + 2*N 個磁盤驅(qū)動器（N =

16、0），而且只能使用其中一半（或更小，如果磁盤大小不一）的磁盤用量，例如 4 個 250G 的硬盤使用 RAID10 陣列，實際容量是 500G。RAID 總結(jié):類型讀寫性能安全性磁盤利用率成本應(yīng)用方面RAID0最好（因并行性而提高）最差（完全無安全保障）最高(100%)最低個人用戶RAID讀和單最咼差最高適用于存放重要數(shù)據(jù)，如服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫個磁盤（提供無分?jǐn)?shù)據(jù)的另y,寫百分之則要寫百備兩邊份）讀：RAID 5(50%)=RAID 0（相近似的數(shù)據(jù)讀取速度）存儲等領(lǐng)域。RAID5寫：RAID 5對單個磁盤進(jìn)行寫入操作（多了RAID5RAID5RAID1RAID5是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本

17、兼 顧的存儲解決方案。一個奇 偶校驗 信息寫 入）讀：RAID1 0=RAID0RAID1 RAID10 RAID10=RAID10=寫：RAID1(50%RAID1RAID1 0=RAID1)RAID10集合了RAID0,RAID1的優(yōu)點，但是空 間上由于使用鏡像，而不是類似RAID5的奇偶校驗信息”磁盤利用率一樣是50%來源：引用文章二為了方便 RAID 10 和 RAID5 對比，這里拿同樣多驅(qū)動器的磁盤來做對比（4 個相同的磁盤），RAID 5 可以選擇 3D+1P 的 RAID 方案，RAID 10 則可以選擇 2D+2D 的 RAID案。安全性方面的比較， 其實在安全性方面，勿須質(zhì)

18、疑，肯定是 RAID 10 的安全性高于 RAID 5我們也可以從簡單的分析來得岀。當(dāng)盤1 損壞時，對于 RAID 10，只有當(dāng)盤 1 對應(yīng)的鏡象盤損壞，才導(dǎo)致 RAID 失效。但是對于 RAID 5，剩下的 3 塊盤中，任何一塊盤故障，都將導(dǎo)致 RAID 失效，在 恢復(fù)的時候，RAID10 恢復(fù)的速度也快于 RAID5?？臻g利用率的比較：RAID 10 的利用率是 50%，RAID 5 的利用率是 75%。硬盤數(shù)量越多，RAID 5 的空間利用率越高。讀寫性能方面的比較：主要分析分析如下三個過程：讀，連續(xù)寫，離散寫。在介紹這三個過程之前，先介紹一個特別重要的概念：cache（寫入緩存），ca

19、che 已經(jīng)是整個存儲的核心所在，就是中低端存儲，也有很大的 cache 存在，包括最簡單的 raid 卡，一般都包含有幾十，甚至幾百兆的 Raid cache。Cache 的主要作用是什么呢？體現(xiàn)在讀與寫兩個不同的方面，如果作為寫，一般存儲陣列只要求寫到 cache 就算完成了寫操作，所以，陣列的寫是非?？焖俚?，在寫cache的數(shù)據(jù)積累到一定程度，陣列才把數(shù)據(jù)刷到磁盤，可以實現(xiàn)批量的寫入，至于cache數(shù)據(jù)的保護(hù)，一般都依賴于鏡相與電池（或者是 UPS ）。Cache 的讀一樣不可忽視，因為如果讀能在cache 中命中的話，將減少磁盤的尋道，因為磁盤從尋道開始到找到數(shù)據(jù)，一般都在6ms 以上

20、，而這個時間，對于那些密集型io 的應(yīng)用可能不是太理想。但是，如果cache 能命中，一般響應(yīng)時間則可以在1ms 以內(nèi)。兩者應(yīng)該相差 3 個數(shù)量級（1000 倍）。讀操作方面的性能比較RAID 10 可供讀取有效數(shù)據(jù)的磁盤個數(shù)為4，RAID 5 可供讀取有效數(shù)據(jù)的磁盤個數(shù)也為 4 個（校驗信息分布在所有的盤上），所以兩者的讀的性能應(yīng)該是基本一致的。連續(xù)寫方面的性能比較 在連續(xù)寫操作過程， 如果有寫 cache 存在， 并且算法沒有問題的話， RAID5 比 RAID 10甚至?xí)靡恍?，雖然也許并沒有太大的差別。（這里要假定存儲有一定大小足夠的寫cache，而且計算校驗的 cpu 不會出現(xiàn)瓶頸

21、）。因為這個時候的 RAID 校驗是在 cache 中完成，女口 4 塊盤的 RAID 5，可以先在內(nèi)存中計算好校驗，同時寫入3 個數(shù)據(jù)+1 個校驗。而 RAID 10 只能同時寫入 2 個數(shù)據(jù)+2 個鏡相。根據(jù)前面對緩存原理的介紹， 寫 cache 是可以緩存寫操作的，等到緩存寫數(shù)據(jù)積累到一定時期再寫到磁盤。但是，寫到磁盤陣列的過程是遲早也要發(fā)生的，所以 RAID 5 與 RAID10 在連續(xù)寫的情況下，從緩存到磁盤的寫操作速度會有較小的區(qū)別。不過，如果不是 連續(xù)性的強(qiáng)連續(xù)寫，只要不達(dá)到磁盤的寫極限，差別其實并不是太大。離散寫方面的性能比較如果采用的是 oracle 數(shù)據(jù)庫，每次寫一個數(shù)據(jù)塊

22、的數(shù)據(jù)，如8K；由于每次寫入的量不是很大，而且寫入的次數(shù)非常頻繁，因此聯(lián)機(jī)日志看起來會像是連續(xù)寫。但是因為不 保證能夠添滿 RAID 5 的一個數(shù)據(jù)條帶塊，比如 32K （保證每個盤都能寫入），所以很 多時候更加偏向于離散寫入（寫入到已存在數(shù)據(jù)的條帶中）。在離散寫的時候?qū)τ赗AID5，實際發(fā)生了 4 次 i/o :但 對于 RAID 10，同樣的操作，最終 RAID 10 只需要 2 個 i/o 操作，但是，在 RAID 5 中，如果需要讀取的數(shù)據(jù)已經(jīng)在cache 中，可能并不需要 4 個 io 的。這也證明了 cache 對 RAID5 的重要性，不僅僅是計算校驗需要，而 且對性能的提升尤為重要。當(dāng)然，并不是說 cache 對 RAID10 就不重要了，因為寫緩沖，讀命中等，都是提高速度的關(guān)鍵所在，只不過 RAID 10 對 cache 的依賴性沒有 RAID 5 那么明顯而已。磁盤世紀(jì)讀寫操作（機(jī)械 電磁操作）的IOPS對比假定有一個數(shù)據(jù)請求事件，其 iops 是 10000，讀 cache 命中率是 30%，讀 iops 為 60% , 寫 iops為 40%，磁盤個數(shù)為 120，那么分別計算在 raid5 與 raid10 的情況下，每個 磁盤的 iops 為多少。Raid 5:單塊盤的 iops=(10000*(1