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什么是RAID(独立磁盘冗余阵列)?本篇带你深入了解!

发布时间:2019-10-08 16:16:57

一、RAID是什么?

RAID是“Redundant Array of Independent Disk”的缩写,中文意义是“独立冗余磁盘阵列”, 即为由独立磁盘构成的,具有冗余才能的阵列。

1988年,美国加州大学伯克利分校的D. A. Patterson教授等,初次在论文中提出了 RAID的概念。RAID的根本思想是,将多个容量较小的、相对低价的磁盘,停止有机分离,从而以较低的本钱取得与昂贵的大容量磁盘相当的容量、性能和牢靠性。

二、RAID的主要优势

大容量:这是 RAID 的一个显然优势,它扩展了磁盘的容量,由多个磁盘组成的 RAID 系统具有海量的存储空间。如今单个磁盘的容量就能够到 1TB 以上,这样 RAID 的存储容量就能够到达 PB 级,大多数的存储需求都能够满足。

高性能:RAID 的高性能受益于数据条带化技术。单个磁盘的 I/O 性能遭到接口、带宽等计算机技术的限制,性能常常很有 限,容易成为系统性能的瓶颈。经过数据条带化,RAID 将数据 I/O 分散到各个成员磁盘上,从而取得比单个磁盘成倍增长的聚合 I/O性能。

可用性和牢靠性:从理论上讲,由多个磁盘组成的 RAID 系统在牢靠性方面应该比单个磁盘要差。这里有个隐含假定:单个磁盘毛病将招致整个 RAID 不可用。 RAID 采用镜像和数据校验等数据冗余技术,突破了这个假定。镜像是最为原始的冗余技术,把某组磁盘驱动器上的数据完整复制到另一组磁盘驱动器上,保证总有数据副本可用。 RAID 冗余技术大幅提升数据可用性和牢靠性,保证了若干磁盘出错时,不会招致数据的丧失,不影响系统的连续运转。

易管理性:实践上, RAID 是一种虚拟化技术,它对多个物理磁盘驱动器虚拟成一个大容量的逻辑驱动器。 从用户应用角度看,可使存储系统简单易用,管理也很便利。 由于 RAID 内部完成了大量的存储管理工作,管理员只需求管理单个虚拟驱动器,能够俭省大量的管理工作。 RAID 能够动态增减磁盘驱动器,可自动停止数据校验和数据重建,这些都能够 大大简化管理工作。

三、RAID的阵列分级

RAID依照完成原理的不同,分为不同的级别,不同的级别之间工作形式是有区别的,RAID技术主要包含RAID 0~RAID 7等数个标准,它们的偏重点各不相同,常见的标准有如下几种:

1、 RAID 0:无过失控制的带区组(最少2个硬盘)

要完成RAID0必需要有两个以上硬盘驱动器,RAID0完成了带区组,数据并不是保管在一个硬盘上,而是分红数据块保管在不同驱动器上。由于将数据散布在不同驱动器上,所以数据吞吐率大大进步,驱动器的负载也比拟均衡。假如刚好所需求的数据在不同的驱动器上效率最好。它不需求计算校验码,完成容易。它的缺陷是它没有数据过失控制,假如一个驱动器中的数据发作错误,即便其它盘上的数据正确也无济于事了。不应该将它用于对数据稳定性请求高的场所。假如用户停止图象(包括动画)编辑和其它请求传输比拟大的场所运用RAID0比拟适宜。同时,RAID能够进步数据传输速率,比方所需读取的文件散布在两个硬盘上,这两个硬盘能够同时读取。那么原来读取同样文件的时间被缩短为1/2。

2、 RAID 1:镜象构造(最少2个硬盘)

关于运用这种RAID1构造的设备来说,RAID控制器必需可以同时对两个盘停止读操作和对两个镜象盘停止写操作。必需有两个驱动器,由于是镜象构造在一组盘呈现问题时,能够运用镜象,进步系统的容错才能。它比拟容易设计和完成。每读一次盘只能读出一块数据,也就是说数据块传送速率与单独的盘的读取速率相同。由于RAID1的校验非常完备,因而对系统的处置才能有很大的影响,通常的RAID功用由软件完成,而这样的完成办法在效劳器负载比拟重的时分会大大影响效劳器效率。当您的系统需求极高的牢靠性时,如停止数据统计,那么运用RAID1比拟适宜。而且RAID1技术支持“热交换”,即不时电的状况下对毛病磁盘停止改换,改换终了只需从镜像盘上恢复数据即可。当主硬盘损坏时,镜像硬盘就能够替代主硬盘工作。镜像硬盘相当于一个备份盘,不可思议,这种硬盘形式的平安性是十分高的,但带来的结果是硬盘容量应用率很低,只要50%,是一切RAID级别中最低的。

3、 RAID5:散布式奇偶校验的独立磁盘构造 (最少3个硬盘)

它的奇偶校验码存在于一切磁盘上,RAID5的读出效率很高,写入效率普通,块式的集体访问效率不错。由于奇偶校验码在不同的磁盘上,所以进步了牢靠性。但是它对数据传输的并行性处理不好,而且控制器的设计也相当艰难。RAID 3 与RAID 5相比,重要的区别在于RAID 3每停止一次数据传输,需触及到一切的阵列盘。而关于RAID 5来说,大局部数据传输只对一块磁盘操作,可停止并行操作。在RAID 5中有“写损失”,即每一次写操作,将产生四个实践的读/写操作,其中两次读旧的数据及奇偶信息,两次写新的数据及奇偶信息。

4、 RAID6:带有两种散布存储的奇偶校验码的独立磁盘构造 (最少4个硬盘)

它是对RAID5的扩展,主要是用于请求数据绝对不能出错的场所。当然了,由于引入了第二种奇偶校验值,所以需求N+2个磁盘,同时对控制器的设计变得非常复杂,写入速度也不好,用于计算奇偶校验值和考证数据正确性所破费的时间比拟多,形成了不用须的负载。

5、 RAID10:高牢靠性与高效磁盘构造(最少2个硬盘)

这种构造无非是一个带区构造加一个镜象构造,由于两种构造各有优缺陷,因而能够互相补充,到达既高效又高速还能够的目的。大家能够分离两种构造的优点和缺陷来了解这种新构造。这种新构造的价钱高,可扩大性不好。主要用于容易不大,但请求速度和过失控制的数据库中。

6、 RAID0+1:01或10(最少4个偶数硬盘)

把RAID0和RAID1技术分离起来,即RAID0+1。数据除散布在多个盘上外,每个盘都有其物理镜像盘,提供全冗余才能,允许一个以下磁盘毛病,而不影响数据可用性,并具有快速读/写才能。请求至少4个硬盘才干作成RAID0+1。

RAID2(最少2个硬盘)、RAID3(最少3个硬盘)、RAID4(最少3个硬盘)较少实践应用,它们大多只在研讨范畴有实践作用。

四、RAID的完成办法

软RAID没有专用的控制芯片和 I/O 芯片,完整由操作系统和 CPU 来完成所的 RAID 的功用。现代操作系统根本上都提供软 RAID 支持,经过在磁盘设备驱动程序上添加一个软件层,提供一个物理驱动器与逻辑驱动器之间的笼统层。目前,操作系统支持的最常见的 RAID 等级有 RAID0 、 RAID1 、 RAID10 、 RAID01 和 RAID5 等。比方,Windows Server 支持 RAID0 、 RAID1 和 RAID5 三种等级, Linux 支持 RAID0 、RAID1 、 RAID4 、 RAID5 、 RAID6 等, Mac OS X Server 、 FreeBSD 、NetBSD 、 OpenBSD 、 Solaris 等操作系统也都支持相应的 RAID 等级。

软RAID由操作系统来完成,因而系统所在分区不能作为 RAID 的逻辑成员磁盘,软 RAID 不能维护系统盘 D 。关于局部操作系统而言, RAID 的配置信息保管在系统信息中,而不是单独以文件方式保管在磁盘上。这样当系统不测解体而需求重新装置时,RAID 信息就会丧失。另外,磁盘的容错技术并不等于完整支持在线改换、热插拔或热交流,能否支持错误磁盘的热交流与操作系统完成相关,有的操作系统热交流。

硬RAID具有本人的 RAID 控制处置与 I/O 处置芯片,以至还有阵列缓冲,对 CPU的占用率和整体性能是三类完成中最优的,但完成本钱也最高的。硬RAID通常都支持热交流技术,在系统运转下改换毛病磁盘。



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