Raid知識介紹

1、Raid 相關知識介紹一、 什么是RAIDRAID是英文Redundant Array of Independent Disks的縮寫，翻譯成中文即為獨立磁盤冗余陣列，或簡稱磁盤陣列。簡單的說，RAID是一種把多塊獨立的硬盤（物理硬盤）按不同方式組合起來形成一個硬盤組（邏輯硬盤），從而提供比單個硬盤更高的存儲性能和提供數(shù)據(jù)冗余的技術(shù)。組成磁盤陣列的不同方式成為RAID級別（RAID Levels）二、 為什么我們采用RAID那些需要在硬盤上保存大量數(shù)據(jù)的人(例如 一個普通的管理人員) ，采用 RAID 技術(shù)將會很方便。采用 RAID 的主要原因是:l 增強了速度l 擴容了存儲能力(以及更多的便

2、利)l 可高效恢復磁盤三、 硬RAID與軟RAID的區(qū)別硬RAID：通過用硬件來實現(xiàn)RAID功能的就是硬RAID，比如：各種RAID卡，還有主板集成能夠做的RAID都是硬RAID。軟RAID：通過用操作系統(tǒng)來完成RAID功能的就是軟RAID，比如：在Linux操作系統(tǒng)下，用3塊硬盤做的RAID5。補充：RAID 也有全軟、半軟半硬與全硬之分，全軟RAID 就是指RAID 的所有功能都是操作系統(tǒng)（OS）與CPU 來完成，沒有第三方的控制/處理（業(yè)界稱其為RAID 協(xié)處理器RAID Co-Processor ）與I/O 芯片。這

3、樣，有關RAID 的所有任務的處理都由CPU 來完成，可想而知這是效率最低的一種RAID 。半軟半硬RAID 則主要缺乏自己的I/O 處理芯片，所以這方面的工作仍要由CPU 與驅(qū)動程序來完成。而且，半軟半硬RAID 所采用的RAID 控制/處理芯片的能力一般都比較弱，不能支持高的RAID 等級。全硬的RAID 則全面具備了自己的RAID 控制/處理與I/O 處理芯片，甚至還有陣列緩沖（Array Buffer ），對CPU 的占用率以及整體性能是這三種類型

4、中最優(yōu)勢的，但設備成本也是三種類型中最高的。3.1 性能這可能是最重要的一個方面，用RAID就是為了提高性能。從理論上說，使用RAID0可以獲得使用單硬盤雙倍的速度，用軟硬RAID0都可以接近這個速度。使用軟RAID的CPU占用率要高一些，所以在性能上，硬RAID要領先。3.2 穩(wěn)定性做RAID是為了追求性能，所以一般使用7.2k轉(zhuǎn)或者10k、15k轉(zhuǎn)的硬盤。而市面上主流7.2k硬盤的發(fā)熱量普遍較大，同時在機箱里放上兩塊，散熱就已經(jīng)是個問題，更何況是三塊。畢竟穩(wěn)定壓倒一切，要是硬盤被燒毀就得不償失了。況且，有些機箱根本放不下三塊硬盤。因此使用硬RAID的穩(wěn)定性要高一些。3.3 兼容性目前主流的

5、服務器新版操作系統(tǒng)基本都支持軟RAID，但是如果操作系統(tǒng)出了問題，軟RAID就掛了。硬RAID的兼容性要好很多，萬一系統(tǒng)出了問題，做系統(tǒng)維護、數(shù)據(jù)恢復也方便多了。3.4 安全性軟RAID安全性不好，當有一塊硬盤損壞時，它不能實現(xiàn)重建的功能，而且它的局限性也很在，而硬RAID有硬盤丟失時，它可以實現(xiàn)重建，以及如果RAID卡損壞時，它可以通過更換RAID卡，實現(xiàn)不丟失數(shù)據(jù)的功能四、 主板集成RAID與外插RAID卡RAID的區(qū)別4.1 性能主板集成的RAID，它的性能以及它的速度是通過主板的CPU與內(nèi)存來實現(xiàn)的，它會占有主板一定的帶寬，會影響整機的性能，而外插RAID卡，它本身由自己的CPU和內(nèi)存

6、，所以它的數(shù)據(jù)處理大部分都會由自己處理，不會影響主板上的CPU與內(nèi)存速度，總體看來，外插的RAID卡的RAID要比主板集成的RAID快得多。4.2 安全性主板集成的RAID它的安全性不能夠得到保證，比如：我們用P8SCT主板做一個SATA RAID，不論你做RAID幾，它是通過更改主板的BIOS選項做成的，所以一旦主板損壞、主板的CMOS電池掉電、無意更改了主板BIOS的設置都會帶來RAID的丟失，通過主板做成的RAID，一旦丟失，將會不能恢復，后果是非常嚴重的，而外插的RAID卡做成的RAID就不會因為主板損壞、主板的CMOS電池掉電等現(xiàn)象對數(shù)據(jù)造成影響，所以外插的RAID卡，它的安全性遠遠

7、大于主板集成的。五、 各種Raid級區(qū)別及詳解 5.1 RID 0RAID 0使用一種稱為“條帶”（striping）的技術(shù)把數(shù)據(jù)分布到各個磁盤上。在那里每個“條帶”被分散到連續(xù)“塊”（block）上,數(shù)據(jù)被分成從512 字節(jié)到數(shù)兆字節(jié)的若干塊后，再交替寫到磁盤中。第1塊被寫到磁盤1中，第2塊被寫到磁盤2中，如此類推。當系統(tǒng)到達陣列中的最后一個磁盤時，就寫到磁盤1 的下一分段，如此下去。分割數(shù)據(jù)可以將IO負載平均分配到所有的驅(qū)動器中。由于驅(qū)動器可以同時寫或讀，使得性能顯著提高。但是，它卻沒有數(shù)據(jù)保護能力。如果一個磁盤出現(xiàn)故障，那么數(shù)據(jù)就會全盤丟失。因此，RAID 0不適用于關鍵任務環(huán)

8、境，但是，它卻非常適合于視頻、圖象的制作和編輯。5.2 RAID 1RAID 1也被稱為鏡象，因為一個磁盤上的數(shù)據(jù)被完全復制到另一個磁盤上。如果一個磁盤的數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤，或者硬盤出現(xiàn)了壞道，那么另一個硬盤可以補救回磁盤故障而 造成的數(shù)據(jù)損失和系統(tǒng)中斷。另外，RAID 1還可以實現(xiàn)雙工即可以復制整個控制器，這樣在磁盤故障或控制器故障發(fā)生時，您的數(shù)據(jù)都可以得到保護。鏡象和雙工的缺點是需要多出一倍數(shù)量的驅(qū)動器來 復制數(shù)據(jù)，但系統(tǒng)的讀寫性能并不會由此而提高，這可能是一筆不小的開支。RAID l可以由軟件或硬件方式實現(xiàn)。5.3 RAID 2RAID 2是為大型機和超級計算機開發(fā)的帶海明碼校驗磁盤陣列。磁盤

9、驅(qū)動器組中的第1個、第2個、第4個第2的n次冪個磁盤驅(qū)動器是專門的校驗盤，用于校驗和 糾錯。如下圖：七個磁盤驅(qū)動器組建的RAID 2，第1、2、4個磁盤驅(qū)動器（紅色）是糾錯盤，其余的（紫色）用于存放數(shù)據(jù)。RAID 2對大數(shù)據(jù)量的讀寫具有極高的性能，但少量數(shù)據(jù)的讀寫時性能反而不好，所以RAID 2實際使用較少。由 于RAID 2的特殊性，只要我們使用的磁盤驅(qū)動器越多，校驗盤在其中占的百分比越少。如果希望達到比較理想的速度和較好的磁盤利用率，那最好可以增加保存校驗碼 ECC碼的硬盤，但是這就要付出更多硬盤的購買成本，來確保數(shù)據(jù)冗余。對于控制器的設計來說，它比下面所說的RAID 3，4或5要簡單5.

10、4 RAID 3RAID 3，即帶有專用奇偶位（parity）的條帶。每個條帶片上都有相當于一“塊”那么大的空間用來存儲冗余信息，即奇偶位。奇偶位是編碼信息，如果某個磁盤 的數(shù)據(jù)有誤，或者磁盤發(fā)生故障，就可以用它來恢復數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)密集型環(huán)境或單一用戶環(huán)境中，組建RAID 3對訪問較長的連續(xù)記錄有利，不過同RAID 2一樣，訪問較短記錄時，性能會有所下降。5.5 RAID 4 RAID 4是帶奇偶校驗碼的獨立磁盤結(jié)構(gòu)。它和RAID 3很相似，不同的是RAID 4對數(shù)據(jù)的訪問是按數(shù)據(jù)塊進行的。RAID 3是一次一橫條，而RAID 4一次一豎條。所以RAID 3常須訪問陣列中所有的硬盤驅(qū)動器，而RA

11、ID 4只須訪問有用的硬盤驅(qū)動器。這樣讀數(shù)據(jù)的速度大大提高了，但在寫數(shù)據(jù)方面，需將從數(shù)據(jù)硬盤驅(qū)動器和校驗硬盤驅(qū)動器中恢復出的舊數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)校驗，然后再 將更新后的數(shù)據(jù)和檢驗位寫入硬盤驅(qū)動器，所以處理時間較RAID 3長。5.6 RAID 5RAID 5也被叫做帶分布式奇偶位的條帶。每個條帶上都有相當于一個“塊”那么大的地方被用來存放奇偶位。與RAID 3不同的是，RAID 5把奇偶位信息也分布在所有的磁盤上，而并非一個磁盤上，大大減輕了奇偶校驗盤的負擔。盡管有一些容量上的損失，RAID 5卻能提供較為完美的整體性能，因而也是被廣泛應用的一種磁盤陣列方案。它適合于輸入/輸出密集、高讀/寫比率的應

12、用程序，如事務處理等。5.7 RAID 6RAID 6是帶有兩種分布存儲的奇偶校驗碼的獨立磁盤結(jié)構(gòu)。它使用了分配在不同的磁盤上的第二種奇偶校驗來實現(xiàn)增強型的RAID 5。它能承受多個驅(qū)動器同時出現(xiàn)故障，但是，用于計算奇偶校驗值和驗證數(shù)據(jù)正確性所花費的時間比較多，造成了系統(tǒng)的負載較重，大大降低整體磁盤性能，而 且，系統(tǒng)需要一個極為復雜的控制器。當然，由于引入了第二種奇偶校驗值，我們所以需要的是N+2個磁盤。5.8 RAID 7RAID 7自身帶有智能化實時操作系統(tǒng)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存儲計算機操作系統(tǒng)（Storage Computer

13、 Operating System）是一套實時事件驅(qū)動操作系統(tǒng)，主要用來進行系統(tǒng)初始化和安排RAID 7磁盤陣列的所有數(shù)據(jù)傳輸，并把它們轉(zhuǎn)換到相應的物理存儲驅(qū)動器上。通過Storage Computer Operating System來設定和控制讀寫速度，可使主機I/O傳遞性能達到最佳。如果一個磁盤出現(xiàn)故障，還可自動執(zhí)行恢復操作，并可管理備份磁盤的重建過程。RAID 7采用的是非同步訪問方式，極大地減輕了數(shù)據(jù)寫瓶頸，提高了I/O速度。（所謂非同步訪問，即RAID 7的每個I/O接口都有一條專用的高速通道，作為數(shù)據(jù)或控制信息的流通路徑，因此可獨立地控制自身系統(tǒng)中每個磁盤的數(shù)據(jù)存取。）如果RAI

14、D 7有N個磁盤，那么除去一個校驗盤（用作冗余計算）外，可同時處理N1個主機系統(tǒng)隨機發(fā)出的讀/寫指令，從而顯著地改善了I/O應用。RAID 7系統(tǒng)內(nèi)置實時操作系統(tǒng)還可自動對主機發(fā)送過來的讀/寫指令進行優(yōu)化處理，以智能化方式將可能被讀取的數(shù)據(jù)預先讀入快速緩存中，從而大大減少了磁頭的轉(zhuǎn)動 次數(shù)，提高了I/O速度。RAID 7可幫助用戶有效地管理日益龐大的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，并使系統(tǒng)的運行效率提高至少一倍以上,滿足了各類用戶的不同需求。其實，RAID 7不僅僅是一種技術(shù)，還是一種存儲計算機（Storage Computer）。因為它與RAID 0、1、5標準有明顯區(qū)別，RAID 7自身帶有智能化實時操作系

15、統(tǒng)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不僅具有更高的性能和卓越的存儲管理能力，而且集普通RAID標準的所有優(yōu)點于一身，因而RAID 7系統(tǒng)整體性能極佳。 RAID 7存儲計算機操作系統(tǒng)（Storage Computer Operating System）是一套實時事件驅(qū)動操作系統(tǒng)，主要用來進行系統(tǒng)初始化和安排RAID 7磁盤陣列的所有數(shù)據(jù)傳輸，并把它們轉(zhuǎn)換到相應的物理存儲驅(qū)動器上。通過自身系統(tǒng)中的陣列電腦板來設定和控制讀寫速度，存儲計算機操作系統(tǒng)可使主機I/O 傳遞性能達到最佳。如果一個磁盤出現(xiàn)故障，還可自動執(zhí)行恢復操作，并可管理備份磁盤的重建過程

16、。 RAID 7突破了以往RAID標準的技術(shù)架構(gòu)，采用了非同步訪問，極大地減輕了數(shù)據(jù)寫瓶頸，提高了I/O速度。所謂非同步訪問，即RAID 7的每個I/O接口都有一條專用的高速通道，作為數(shù)據(jù)或控制信息的流通路徑，因此可獨立地控制自身系統(tǒng)中每個磁盤的數(shù)據(jù)存取。如果RAID 7有N個磁盤，那么除去一個校驗盤（用作冗余計算）外，可同時處理N1個主機系統(tǒng)隨機發(fā)出的讀/寫指令，從而顯著地改善了I/O應用。RAID 7系統(tǒng)內(nèi)置實時操作系統(tǒng)還可自動對主機發(fā)送過來的讀/寫指令進行優(yōu)化處理，以智能化方式將可能被讀取的數(shù)據(jù)預先讀入快速緩存中，從而大大減少了磁頭的轉(zhuǎn)動 次數(shù)，提高了I/O速度。RAID 7可幫助用戶有

17、效地管理日益龐大的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，并使系統(tǒng)的運行效率提高至少一倍以上,滿足了各類用戶的不同需求。5.9 RAID 10（RAID 0+1）:RAID 10，也被稱為鏡象陣列條帶，現(xiàn)在我們一般稱它為RAID 0+1。RAID 10（RAID 0+1）提供100%的數(shù)據(jù)冗余，支持更大的卷尺寸。組建RAID 10（RAID 0+1）需要4個磁盤，其中兩個為條帶數(shù)據(jù)分布，提供了RAID 0的讀寫性能，而另外兩個則為前面兩個硬盤的鏡像，保證了數(shù)據(jù)的完整備份。5.10 RAID 30:RAID 30也被稱為專用奇偶位陣列條帶。它具有RAID 0和RAID 3的特性，由兩組RAID 3的磁盤（每組3個磁盤）組

18、成陣列，使用專用奇偶位，而這兩種磁盤再組成一個RAID 0的陣列，實現(xiàn)跨磁盤抽取數(shù)據(jù)。RAID 30提供容錯能力，并支持更大的卷尺寸。象RAID 10一樣，RAID 30也提供高可靠性，因為即使有兩個物理磁盤驅(qū)動器失效（每個陣列中一個），數(shù)據(jù)仍然可用。RAID 30最小要求有6個驅(qū)動器，它最適合非交互的應用程序，如視頻流、圖形和圖象處理等。這些應用程序順序處理大型文件，而且要求高可用性和高速度。5.11 RAID 50:RAID 50被稱為分布奇偶位陣列條帶。同RAID 30相仿的，它具有RAID 5和RAID 0的共同特性。它由兩組RAID 5磁盤組成（每組最少3個），每一組都使用了分布式奇

19、偶位，而兩組硬盤再組建成RAID 0，實驗跨磁盤抽取數(shù)據(jù)。RAID 50提供可靠的數(shù)據(jù)存儲和優(yōu)秀的整體性能，并支持更大的卷尺寸。即使兩個物理磁盤發(fā)生故障（每個陣列中一個），數(shù)據(jù)也可以順利恢復過來。RAID 50最少需要6個驅(qū)動器，它最適合需要高可靠性存儲、高讀取速度、高數(shù)據(jù)傳輸性能的應用。這些應用包括事務處理和有許多用戶存取小文件的辦公應用程序。5.12 RAID 53:RAID 53稱為高效數(shù)據(jù)傳送磁盤結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的實施同Level 0數(shù)據(jù)條陣列，其中，每一段都是一個RAID 3陣列。它的冗余與容錯能力同RAID 3。這對需要具有高數(shù)據(jù)傳輸率的RAID 3配置的系統(tǒng)有益，但是它價格昂貴、效率偏

20、低。RAID的保存原理是用Bit Striping及當前主流Block Striping的分割方式，將Data分散保存至各硬盤中， 當硬盤有受損時則經(jīng)由XOR運算，再將存在其他各硬盤內(nèi)的Parity Blocks及Data Stripe磁區(qū)的 Data Blocks進行計算而重建資料Rebuild。 六、 各種raid的優(yōu)劣：6.1 RAID 0RAID 0：RAID 0連續(xù)以位或字節(jié)為單位分割數(shù)據(jù)，并行讀/寫于多個磁盤上，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，而且其中的一個磁盤失效將影響到所

21、有數(shù)據(jù)。因此，RAID 0不能應用于數(shù)據(jù)安全性要求高的場合。 6.2 RAID 1RAID 1：它是通過磁盤數(shù)據(jù)鏡像實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，在成對的獨立磁盤上產(chǎn)生互 為備份的數(shù)據(jù)。當原始數(shù)據(jù)繁忙時，可直接從鏡像拷貝中讀取數(shù)據(jù)，因此RAID 1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。當一個磁盤失效時，系統(tǒng)可以自動切換到鏡像磁盤上讀寫，而不需要重組失效的數(shù)據(jù)。 RAID 0+1: 也被稱為RAID 10標準，實際是將RAID 0和RAID 1標準結(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/寫多個磁盤的同時，為每一塊磁盤作磁盤鏡像進行冗余。它的優(yōu)

22、點是同時擁有RAID 0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。 6.3 RAID 2RAID 2：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“加重平均糾錯碼（海明碼）”的編碼技術(shù)來提供錯誤檢查及恢復。這種編碼技術(shù)需要多個磁盤存放檢查及恢復信息，使得RAID 2技術(shù)實施更復雜，因此在商業(yè)環(huán)境中很少使用。 6.4 RAID 3RAID 3：它同RAID 2非常類似，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使用簡單的奇偶校驗，并用單塊磁盤存放奇偶校驗信息。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對于大量的連續(xù)數(shù)據(jù)可提供很好的傳輸率，但對于隨機數(shù)據(jù)來說，奇偶盤會成為寫操作的瓶頸。 6.5 RAID 4RAID 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盤，每次寫操作都需要訪問奇偶盤，這時