磁盤陣列各種RAID原理磁盤使用率

1、磁盤陣列RAID原理、種類及性能優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks, RAID ）1 .存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)一定分片；2 .分基于軟件的軟 RAID （如mdadm和基于硬件的硬 RAID （如RAID卡）；3 . RAID卡如同網(wǎng)卡一樣有集成板載的也有獨(dú)立的（PCI-e）, 一般獨(dú)立RAID卡性 能相對(duì)較好，淘寶一搜便可看到他們的原形；4 .現(xiàn)在基本上服務(wù)器都原生硬件支持幾種常用的RAID;5 .當(dāng)然還有更加高大上的專用于存儲(chǔ)的磁盤陣列柜產(chǎn)品，有專用存儲(chǔ)技術(shù)，規(guī)格有如12/24/48盤一柜等，盤可選機(jī)械/固態(tài)，3.5/2.5寸等。級(jí)別特征原理

2、單元冗余性能利用率最多壞用途缺陷RAID0條帶分片分散存入2塊硬盤2否讀寫速度2倍100%0/2SWAP/TMF）不冗余，數(shù)據(jù)難恢復(fù)RAID1鏡像相同數(shù)據(jù)存入2塊硬盤2是寫速度不變讀速度2倍50%1/2數(shù)據(jù)備份讀寫速度沒加，利用率低RAID4校驗(yàn)分片分散存入2塊硬盤校驗(yàn)碼存入第3塊硬盤3是讀寫速度2倍2/3=66%1/3用的很少1 .壞盤時(shí)另外2塊需要重新計(jì) 算還原壞盤數(shù)據(jù)2 .校驗(yàn)碼盤壓力大成為瓶頸RAID5校驗(yàn)分片和校驗(yàn)碼混合存儲(chǔ)3是讀寫速度2倍2/3=66%1/3用的不多壞盤時(shí)另外2塊需要重新計(jì)算還 原壞盤數(shù)據(jù)RAID6校驗(yàn)分片盤校驗(yàn)碼盤分別2 個(gè)數(shù)據(jù)分片校驗(yàn)碼計(jì)算2 次4是讀寫速度2倍

3、2/42/41 2用的很少“部隊(duì)中有一半是搞后勤的，感 覺還是不太爽?！盧AID101+02塊硬盤1組先做RAID1多組RAID1再做RAID04是讀寫速度N倍N為組數(shù)2/42/41 2用的最多-RAID505+03塊硬盤1組先做RAID5多組再做RAID06是讀寫數(shù)讀2N倍N為組數(shù)4/62/61 3士豪用的“好是好，就是貴！”近來(lái)想建立一個(gè)私有云系統(tǒng)，涉及到安裝使用一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器。對(duì)于服 務(wù)器中硬盤的連接，選用哪種 RAID模式能準(zhǔn)確滿足需求收集了資料，簡(jiǎn)單整理 后記錄如下：一、RAID模式優(yōu)缺點(diǎn)的簡(jiǎn)要介紹目前被運(yùn)用較多的RAID模式具優(yōu)缺點(diǎn)大致是這樣的：1、RAID0模式優(yōu)點(diǎn)：在RAI

4、D 0狀態(tài)下，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)被分割成兩部分，分別存儲(chǔ)在兩塊 硬盤上，此時(shí)移動(dòng)硬盤的理論存儲(chǔ)速度是單塊硬盤的2倍，實(shí)際容量等于兩塊硬盤中較小一塊硬盤的容量的2倍。缺點(diǎn)：任何一塊硬盤發(fā)生故障，整個(gè) RAID上的數(shù)據(jù)將不可恢復(fù)。備注：存儲(chǔ)高清電影比較適合。2、RAID1 模式優(yōu)點(diǎn)：此模式下，兩塊硬盤互為鏡像。當(dāng)一個(gè)硬盤受損時(shí)，換上一塊全 新硬盤（大于或等于原硬盤容量）替代原硬盤即可自動(dòng)恢復(fù)資料和繼續(xù)使用， 移動(dòng) 硬盤的實(shí)際容量等于較小一塊硬盤的容量，存儲(chǔ)速度與單塊硬盤相同。RAID 1的優(yōu)勢(shì)在于任何一塊硬盤出現(xiàn)故障是，所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)都不會(huì)丟失。缺點(diǎn)：該模式可使用的硬盤實(shí)際容量比較小， 僅僅為兩顆硬盤中最小硬

5、 盤的容量。備注：非常重要的資料，如數(shù)據(jù)庫(kù)，個(gè)人資料，是萬(wàn)無(wú)一失的存儲(chǔ)方案。3、RAID 0+1 模式RAID 0+1是磁盤分段及鏡像的結(jié)合，采用 2組RAID0的磁盤陣列互為 鏡像，它們之間又成為一個(gè) RAID1的陣列。硬盤使用率只有50%但是提供最佳 的速度及可靠度。4、RAID 3 模式RAID3是把數(shù)據(jù)分成多個(gè)“塊”，按照一定的容錯(cuò)算法，存放在 N+1個(gè) 硬盤上，實(shí)際數(shù)據(jù)占用的有效空間為 N個(gè)硬盤的空間總和，而第N+1個(gè)硬盤存儲(chǔ) 的數(shù)據(jù)是校驗(yàn)容錯(cuò)信息，當(dāng)這N+1個(gè)硬盤中的其中一個(gè)硬盤出現(xiàn)故障時(shí)， 從其它 N個(gè)硬盤中的數(shù)據(jù)也可以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。5、RAID 5 模式RAID5不對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)

6、進(jìn)行備份，而是把數(shù)據(jù)和相對(duì)應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息 存儲(chǔ)到組成RAID5的各個(gè)磁盤上，并且奇偶校驗(yàn)信息和相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)于 不同的磁盤上。當(dāng)RAID5的一個(gè)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(yàn)信息去恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。6、RAID 10 模式RAID10最少需要4塊硬盤才能完成。把2塊硬盤組成一個(gè)RAID1,然后 兩組RAID1組成一個(gè)RAIDQ雖然RAID10方案造成了 50%勺磁盤浪費(fèi)，但是它提 供了 200%勺速度和單磁盤損壞的數(shù)據(jù)安全性。二、另外三種硬件快速硬件設(shè)置模式簡(jiǎn)介在收集資料時(shí)看到有的硬件設(shè)備提供快速磁盤模式設(shè)置，也很方便大家 的使用，具體情況如下：1、Clone 模

7、式克隆模式，磁盤全部數(shù)據(jù)一樣，以最小硬盤的為準(zhǔn)。2、Large 模式硬盤容量簡(jiǎn)單相加，將幾個(gè)硬盤變成一個(gè)硬盤，容量為幾個(gè)硬盤容量之 和，此模式下可以獲得最大的硬盤空間。3、Normal 模式硬盤分別處于正常、獨(dú)立的狀態(tài)，可以分別獨(dú)立的寫入或讀取資料，能 使用的實(shí)際容量分別為4個(gè)硬盤的容量。如果其中一個(gè)硬盤受損，其他幾個(gè)硬盤 不會(huì)受影響。三、RAID使用簡(jiǎn)明注意事項(xiàng)使用前請(qǐng)先備份硬盤的資料，一旦進(jìn)行RAID設(shè)定或是變更RAID模式， 將會(huì)清除硬盤里的所有資料，以及無(wú)法恢復(fù)；建立RAID時(shí)，建議使用相同品牌、型號(hào)和容量的硬盤，以確保性能 和穩(wěn)定；請(qǐng)勿隨意更換或取出硬盤，如果取出了硬盤，請(qǐng)記下硬盤放

8、入兩個(gè)倉(cāng) 位的順序不得更改，以及請(qǐng)勿只插入某一塊硬盤使用，以避免造成資料損壞或丟 失；如果舊硬盤曾經(jīng)在 RAID模式下使用，請(qǐng)先進(jìn)清除硬盤RAID信息，讓 硬盤回復(fù)至出廠狀態(tài)，以免 RAID建立失??； RAID0模式下，其中一個(gè)硬盤損壞時(shí)，其它硬盤所有資料都將丟失； RAID1模式下，如果某一塊硬盤受損，可以用一塊大于或等于受損硬 盤容量的新硬盤替換壞硬盤然后開機(jī)即可自動(dòng)恢復(fù)和修復(fù)資料以及RAID模式。此過(guò)程需要一定時(shí)間，請(qǐng)耐心等待四、細(xì)數(shù)RAID模式1、概念磁盤陣列(Redundant Arrays of Inexpensive Disks , RAID),有“價(jià) 格便宜且多余的磁盤陣列”之

9、意。原理是利用數(shù)組方式來(lái)作磁盤組，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。磁盤陣列是由很多便宜、容量較小、穩(wěn)定性 較高、速度較慢磁盤，組合成一個(gè)大型的磁盤組，利用個(gè)別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生 加成效果提升整個(gè)磁盤系統(tǒng)效能。同時(shí)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(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中。2、規(guī)范RAID技術(shù)主要包含RAID 0RAID 50等數(shù)個(gè)規(guī)范，它們的側(cè)重點(diǎn)各不 相同，常見的規(guī)范有如下幾種：RAID0: RAID0連續(xù)以位或字節(jié)為單位分割數(shù)據(jù)

10、，并行讀/寫于多個(gè)磁盤上，因此具有很高的數(shù)據(jù)傳輸率，但它沒有數(shù)據(jù)冗余，因此并不能算是真正的RAID結(jié)構(gòu)。RAID 0只是單純地提高性能，并沒有為數(shù)據(jù)的可靠性提供保證，而且其中的一個(gè)磁盤失效將影響到所有數(shù)據(jù)。因此，RAID 0不能應(yīng)用于數(shù)據(jù)安全性要求高的場(chǎng)合。RAID 1mirror FRAID1:它是通過(guò)磁盤數(shù)據(jù)鏡像實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，在成對(duì)的獨(dú)立磁盤上產(chǎn)生互為備份的數(shù)據(jù)。當(dāng)原始數(shù)據(jù)繁忙時(shí)， 可直接從鏡像拷貝中讀取數(shù)據(jù)，因此RAID1可以提高讀取性能。RAID 1是磁盤陣列中單位成本最高的，但提供了很高的數(shù)據(jù)安全性和可用性。當(dāng)一個(gè)磁盤失效時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到鏡像磁盤上讀寫, 而不需要重組失效的數(shù)據(jù)

11、。RAID 1RAID 0+1:也被稱為RAID 10標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際是將 RAID 0和RAID 1標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合的 產(chǎn)物，在連續(xù)地以位或字節(jié)為單位分割數(shù)據(jù)并且并行讀/寫多個(gè)磁盤的同時(shí)，為每一塊磁盤作磁盤鏡像進(jìn)行冗余。它的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)擁有RAID0的超凡速度和RAID 1的數(shù)據(jù)高可靠性，但是CPU占用率同樣也更高，而且磁盤的利用率比較低。RAID2:將數(shù)據(jù)條塊化地分布于不同的硬盤上，條塊單位為位或字節(jié)，并使用稱為“加重平均糾錯(cuò)碼（海明碼）”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。RAID 3:它同RAID 2非常

12、類似，都是將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的硬盤上， 區(qū)別在于RAID 3使用簡(jiǎn)單的奇偶校驗(yàn)，并用單塊磁盤存放奇偶校驗(yàn)信息。如果 一塊磁盤失效，奇偶盤及其他數(shù)據(jù)盤可以重新產(chǎn)生數(shù)據(jù)；如果奇偶盤失效則不影響數(shù)據(jù)使用。RAID 3對(duì)于大量的連續(xù)數(shù)據(jù)可提供很好的傳輸率，但對(duì)于隨機(jī)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，奇偶盤會(huì)成為寫操作的瓶頸。RAID 4: RAID 4同樣也將數(shù)據(jù)條塊化并分布于不同的磁盤上，但條塊單位 為塊或記錄。RAID 4使用一塊磁盤作為奇偶校驗(yàn)盤，每次寫操作都需要訪問(wèn)奇偶盤，這時(shí)奇偶校驗(yàn)盤會(huì)成為寫操作的瓶頸，因此RAID 4在商業(yè)環(huán)境中也很少使用。RAID 5: RAID 5不單獨(dú)指定的奇偶盤，而是在所有磁盤上交叉

13、地存取數(shù)據(jù) 及奇偶校驗(yàn)信息。在RAID5上，讀/寫指針可同時(shí)對(duì)陣列設(shè)備進(jìn)行操作，提供了 更高的數(shù)據(jù)流量。RAID 5更適合于小數(shù)據(jù)塊和隨機(jī)讀寫的數(shù)據(jù)。RAID 3與RAID5相比，最主要的區(qū)別在于 RAID 3每進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸就需涉及到所有的陣列 盤；而對(duì)于RAID 5來(lái)說(shuō)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸只對(duì)一塊磁盤操作，并可進(jìn)行并行操 作。在RAID 5中有“寫損失”，即每一次寫操作將產(chǎn)生四個(gè)實(shí)際的讀 /寫操作， 其中兩次讀舊的數(shù)據(jù)及奇偶信息，兩次寫新的數(shù)據(jù)及奇偶信息。RAID 6:與RAID 5相比，RAID 6增加了第二個(gè)獨(dú)立的奇偶校驗(yàn)信息塊。兩 個(gè)獨(dú)立的奇偶系統(tǒng)使用不同的算法，數(shù)據(jù)的可靠性非常高，即

14、使兩塊磁盤同時(shí)失效也不會(huì)影響數(shù)據(jù)的使用。但RAID6需要分配給奇偶校驗(yàn)信息更大的磁盤空間， 相對(duì)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(fù) 雜的實(shí)施方式使得RAID 6很少得到實(shí)際應(yīng)用。RAID 7:這是一種新的RAID標(biāo)準(zhǔn)，其自身帶有智能化實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和用于 存儲(chǔ)管理的軟件工具，可完全獨(dú)立于主機(jī)運(yùn)行，不占用主機(jī)CPLR源。RAID 7可以看作是一種存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)(Storage Computer ),它與其他RAID標(biāo)準(zhǔn)有明顯 區(qū)別。除了以上的各種標(biāo)準(zhǔn)(如表1),我們可以如RAID0+1那樣結(jié)合多種RAID 規(guī)范來(lái)構(gòu)筑所需的RAID陣列，例如RAID 5+3 (RAI

15、D 53)就是一種應(yīng)用較為廣泛的陣列形式。用戶一般可以通過(guò)靈活配置磁盤陣列來(lái)獲得更加符合其要求的磁 盤存儲(chǔ)系統(tǒng)。RAID 5E(RAID 5 Enhencement): RAID 5E 是在 RAID 5 級(jí)別基礎(chǔ)上的改進(jìn)， 與RAID 5類似，數(shù)據(jù)的校驗(yàn)信息均勻分布在各硬盤上，但是，在每個(gè)硬盤上都 保留了一部分未使用的空間，這部分空間沒有進(jìn)行條帶化，最多允許兩塊物理硬 盤出現(xiàn)故障?？雌饋?lái)，RAID 5E和RAID 5加一塊熱備盤好象差不多，其實(shí)由于 RAID5E是把數(shù)據(jù)分布在所有的硬盤上，性能會(huì)比RAID5加一塊熱備盤要好。當(dāng)一塊硬盤出現(xiàn)故障時(shí)，有故障硬盤上的數(shù)據(jù)會(huì)被壓縮到其它硬盤上未使用的

16、空間， 邏輯盤保持RAID 5級(jí)別。RAID 5EE 與RAID 5E相比，RAID 5EE的數(shù)據(jù)分布更有效率，每個(gè)硬盤的 一部分空間被用作分布的熱備盤， 它們是陣列的一部分，當(dāng)陣列中一個(gè)物理硬盤 出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)據(jù)重建的速度會(huì)更快。RAID 50: RAID50是RAID5與RAID0的結(jié)合。此配置在 RAID5的子磁盤組的 每個(gè)磁盤上進(jìn)行包括奇偶信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)的剝離。每個(gè)RAID5子磁盤組要求三個(gè) 硬盤。RAID50具備更高的容錯(cuò)能力，因?yàn)樗试S某個(gè)組內(nèi)有一個(gè)磁盤出現(xiàn)故障， 而不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。而且因?yàn)槠媾嘉环植坑?RAID5子磁盤組上，故重建速度有 很大提高。優(yōu)勢(shì)：更高的容錯(cuò)能力，具備更快

17、數(shù)據(jù)讀取速率的潛力。需要注意的 是：磁盤故障會(huì)影響吞吐量。故障后重建信息的時(shí)間比鏡像配置情況下要長(zhǎng)。3、優(yōu)點(diǎn)提高傳輸速率。RAID通過(guò)在多個(gè)磁盤上同時(shí)存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)來(lái)大幅提 高存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量(Throughput)。在RAID中，可以讓很多磁盤驅(qū)動(dòng)器 同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，而這些磁盤驅(qū)動(dòng)器在邏輯上又是一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器，所以使用RAID可以達(dá)到單個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率。這也是 RAID最初想 要解決的問(wèn)題。因?yàn)楫?dāng)時(shí)CPU勺速度增長(zhǎng)很快，而磁盤驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸速率無(wú) 法大幅提高，所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾。RAID最后成功了。通過(guò)數(shù)據(jù)校驗(yàn)提供容錯(cuò)功能。普通磁盤驅(qū)動(dòng)器無(wú)法提供

18、容錯(cuò)功能，如果不包 括寫在磁盤上的CRC(循環(huán)冗余校馬碼的話。RAID容錯(cuò)是建立在每個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng) 器的硬件容錯(cuò)功能之上的，所以它提供更高的安全性。在很多RAID模式中都有 較為完備的相互校驗(yàn)/恢復(fù)的措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提高 了 RAID系統(tǒng)的容錯(cuò)度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定冗余性。4、實(shí)現(xiàn)磁盤陣列有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)，那就是“軟件陣列”與“硬件陣列”。軟件陣列是指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)自身提供的磁盤管理功能將連接的普通 SCSI卡上的多塊硬盤配置成邏輯盤，組成陣列。軟件陣列可以提供數(shù)據(jù)冗余功 能，但是磁盤子系統(tǒng)的性能會(huì)有所降低，有的降低幅度還比較大，達(dá)30面右。硬件陣列是使用專門的磁盤陣列卡

19、來(lái)實(shí)現(xiàn)的。硬件陣列能夠提供在線擴(kuò)容、 動(dòng)態(tài)修改陣列級(jí)別、自動(dòng)數(shù)據(jù)恢復(fù)、驅(qū)動(dòng)器漫游、超高速緩沖等功能。它能提供 性能、數(shù)據(jù)保護(hù)、可靠性、可用性和可管理性的解決方案。陣列卡專用的處理單 元來(lái)進(jìn)行操作，它的性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)非陣列硬盤，并且更安全更穩(wěn)定。磁盤陣列其實(shí)也分為軟陣列 (Software Raid) 和硬陣列(Hardware Raid) 兩種.軟陣列即通過(guò)軟件程序并由計(jì)算機(jī)的 CPU提供運(yùn)行能力所成.由于軟件 程式不是一個(gè)完整系統(tǒng)故只能提供最基本的RAID容錯(cuò)功能.其他如熱備用硬盤的設(shè)置，遠(yuǎn)程管理等功能均一一欠奉.硬陣列是由獨(dú)立操作的硬件提供整個(gè)磁 盤陣列的控制和計(jì)算功能.不依靠系統(tǒng)的C

20、PUS源.由于硬陣列是一個(gè)完整的系統(tǒng)，所有需要的功能均可以做進(jìn)去.所以硬陣 列所提供的功能和性能均比軟陣列好.而且，如果你想把系統(tǒng)也做到磁盤陣列 中，硬陣列是唯一的選擇.故我們可以看市場(chǎng)上RAID 5級(jí)的磁盤陣列均為硬 陣列.軟陣列只適用于Raid 0和Raid 1.對(duì)于我們做鏡像用的鏡像塔，肯定 不會(huì)用Raid 0或Raid 1。作為高性能的存儲(chǔ)系統(tǒng)，已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的 應(yīng)用。RAID的級(jí)別從RAID概念的提出到現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)展了六個(gè)級(jí)別，其級(jí)別分 別是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四個(gè)級(jí)別。五、個(gè)人用戶該選那種 RAID模式首先要分析清楚，我們需要存儲(chǔ)的文件有什么樣的屬性。這其中需要大量存儲(chǔ)的和占用存儲(chǔ)量大的文件是兩回事兒從使用角度粗略分，個(gè)人需要存儲(chǔ)的文件大致有文本文件、照片錄像、影音文件、應(yīng)用程序等。1、文本文件：大量長(zhǎng)期存放，階段性更新，但其占用空間小，安全性 要求個(gè)別較高，大部分一般；2、照片