磁盘阵列 订阅
磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Disks,RAID),有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意。 [1]  磁盘阵列是由很多块独立的磁盘,组合成一个容量巨大的磁盘组,利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术,将数据切割成许多区段,分别存放在各个硬盘上。 [1]  磁盘阵列还能利用同位检查(Parity Check)的观念,在数组中任意一个硬盘故障时,仍可读出数据,在数据重构时,将数据经计算后重新置入新硬盘中。 [1] 展开全文
磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Disks,RAID),有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意。 [1]  磁盘阵列是由很多块独立的磁盘,组合成一个容量巨大的磁盘组,利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术,将数据切割成许多区段,分别存放在各个硬盘上。 [1]  磁盘阵列还能利用同位检查(Parity Check)的观念,在数组中任意一个硬盘故障时,仍可读出数据,在数据重构时,将数据经计算后重新置入新硬盘中。 [1]
信息
特    点
任一颗硬盘故障时仍可读出数据
原    理
利用数组方式来作磁盘组
中文名
磁盘阵列
外文名
RAID
磁盘阵列简介
独立磁盘冗余阵列(RAID,redundant array of independent disks)是把相同的数据存储在多个硬盘的不同的地方(因此,冗余地)的方法。通过把数据放在多个硬盘上,输入输出操作能以平衡的方式交叠,改良性能。因为多个硬盘增加了平均故障间隔时间(MTBF),储存冗余数据也增加了容错。 [2]  由加利福尼亚大学伯克利分校(University of California-Berkeley)在1988年,发表的文章:“A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks”。文章中,谈到了RAID这个词汇,而且定义了RAID的5层级。伯克利大学研究目的是反映当时CPU快速的性能。CPU效能每年大约成长30~50%,而硬磁机只能成长约7%。研究小组希望能找出一种新的技术,在短期内,立即提升效能来平衡计算机的运算能力。在当时,柏克莱研究小组的主要研究目的是效能与成本。 [2]  另外,研究小组也设计出容错(fault-tolerance),逻辑数据备份(logical data redundancy),而产生了RAID理论。研究初期,便宜(Inexpensive)的磁盘也是主要的重点,但后来发现,大量便宜磁盘组合并不能适用于现实的生产环境,后来Inexpensive被改为independent,许多独立的磁盘组。 [2] 
收起全文
精华内容
下载资源
问答
  • 磁盘阵列

    千次阅读 2019-02-18 17:34:30
    磁盘阵列 转载整合自以下链接: https://blog.csdn.net/baiboy4493/article/details/2454370 1.1 磁盘阵列技术 1.1.1 什么是磁盘阵列 磁盘阵列是一种把若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体,整个磁盘...

    磁盘阵列

    转载整合自以下链接:
    https://blog.csdn.net/baiboy4493/article/details/2454370
    https://blog.csdn.net/buxiaoxindasuile/article/details/82960437

    个人总结:

    独立冗余磁盘阵列(RAID)
    一种把多块独立硬盘(物理硬盘)按照不同方式组合成一个硬盘组(逻辑硬盘),从而提供比单个硬盘更好的存储性能和数据备份能力的技术。

    特点:

    将n块硬盘同时读取速度加快及提供容错性

    raid0  条带化存储,将连续的数据分散到不同的磁盘上存储,能同时并行存取数据,因此读写速率是单个硬盘的n倍(n为组成raid0的硬盘个数),但无数据冗余,单个硬盘损坏会导致数据不可修复,在对数据安全性要求不高的情况下使用
    
    raid1 镜像存储,没有数据检验。数据被同等地写入两个或多个磁盘中,写入速度慢,读取速度快。读取速度接近所有磁盘吞吐量的总和,写入速度受限于最慢的磁盘。
    
    raid5 读取较快,介于0和1之间,互联网公司常用。安全性高(可以利用校验位恢复数据),空间利用率不错(不完全复制,只冗余校验位)
    
    raid10 先镜像再分区数据,将硬盘分为两组,各自视为raid1运作。
    

    读写性能
    0 最好 1 读与单个硬盘无区别,则要写两边 5 读近似raid0,写多一个奇偶校验位,速度比raid0慢 10 读 10=0 写10=1

    安全性

    1与10 最高

    冗余
    一对镜像最少有一块可用 奇偶校验,只允许坏一块 一对镜像最少有一块可用

    磁盘数

    0 最少2块 1 2+2n n>=0 5 最少3块 10 最少需要4+2n

    磁盘利用率

    0 5 1/10(50%)

    选择依据

    0 数据读者频繁,对可靠性要求不高
    5 数据读频繁,写较少,对可靠性有一定要求
    10 数据读者频繁,可靠性要求也高

    1.1 磁盘阵列技术

    1.1.1 什么是磁盘阵列

    磁盘阵列是一种把若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体,整个磁盘阵列由阵列控制器管理的系统。

    冗余磁盘阵列RAID(Redundant Array of Independent Disks)技术1987年由加州大学伯克利分校提出,最初的研制目的是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘,以降低大批量数据存储的费用(当时RAID称为Redundant Array of Inexpensive Disks 廉价的磁盘阵列),同时也希望采用冗余信息的方式,使得磁盘失效时不会使对数据的访问受损失,从而开发出一定水平的数据保护技术

    RAID 这种设计思想很快被业界接纳, RAID 技术作为高性能、高可靠的存储技术,已经得到了非常广泛的应用。 RAID 主要利用数据条带、镜像和数据校验技术来获取高性能、可靠性、容错能力和扩展性,根据运用或组合运用这三种技术的策略和架构,可以把 RAID 分为不同的等级,以满足不同数据应用的需求。 D. A. Patterson 等的论文中定义了 RAID1 ~ RAID5 原始 RAID 等级, 1988 年以来又扩展了 RAID0 和 RAID6 。近年来,存储厂商不断推出诸如 RAID7 、 RAID10/01 、 RAID50 、 RAID53 、 RAID100 等 RAID 等级,但这些并无统一的标准。目前业界公认的标准是 RAID0 ~ RAID5 ,除 RAID2 外的四个等级被定为工业标准,而在实际应用领域中使用最多的 RAID 等级是 RAID0 、 RAID1 、 RAID3 、 RAID5 、 RAID6 和 RAID10。

    从实现角度看, RAID 主要分为软 RAID、硬 RAID 以及软硬混合 RAID 三种。软 RAID 所有功能均有操作系统和 CPU 来完成,没有独立的 RAID 控制 / 处理芯片和 I/O 处理芯片,效率自然最低。硬 RAID 配备了专门的 RAID 控制 / 处理芯片和 I/O 处理芯片以及阵列缓冲,不占用 CPU 资源,但成本很高。软硬混合 RAID 具备 RAID 控制 / 处理芯片,但缺乏 I/O 处理芯片,需要 CPU 和驱动程序来完成,性能和成本 在软 RAID 和硬 RAID 之间。

    RAID 每一个等级代表一种实现方法和技术,等级之间并无高低之分。在实际应用中,应当根据用户的数据应用特点,综合考虑可用性、性能和成本来选择合适的 RAID 等级,以及具体的实现方式。

    1.1.2 磁盘阵列的工作原理与特征

    RAID ( Redundant Array of Independent Disks )即独立磁盘冗余阵列,通常简称为磁盘阵列。简单地说, RAID 是由多个独立的高性能磁盘驱动器组成的磁盘子系统,从而提供比单个磁盘更高的存储性能和数据冗余的技术。 RAID 是一类多磁盘管理技术,其向主机环境提供了成本适中、数据可靠性高的高性能存储。 SNIA 对 RAID 的定义是 [2] :一种磁盘阵列,部分物理存储空间用来记录保存在剩余空间上的用户数据的冗余信息。当其中某一个磁盘或访问路径发生故障时,冗余信息可用来重建用户数据。磁盘条带化虽然与 RAID 定义不符,通常还是称为 RAID (即 RAID0 )。

    RAID 的初衷是为大型服务器提供高端的存储功能和冗余的数据安全。在整个系统中, RAID 被看作是由两个或更多磁盘组成的存储空间,通过并发地在多个磁盘上读写数据来提高存储系统的 I/O 性能。大多数 RAID 等级具有完备的数据校验、纠正措施,从而提高系统的容错性,甚至镜像方式,大大增强系统的可靠性, Redundant 也由此而来。

    这里要提一下 JBOD ( Just a Bunch of Disks )。最初 JBOD 用来表示一个没有控制软件提供协调控制的磁盘集合,这是 RAID 区别与 JBOD 的主要因素。目前 JBOD 常指磁盘柜,而不论其是否提供 RAID 功能。

    RAID 的两个关键目标是提高数据可靠性和 I/O 性能。磁盘阵列中,数据分散在多个磁盘中,然而对于计算机系统来说,就像一个单独的磁盘。通过把相同数据同时写入到多块磁盘(典型地如镜像),或者将计算的校验数据写入阵列中来获得冗余能力,当单块磁盘出现故障时可以保证不会导致数据丢失。有些 RAID 等级允许更多地 磁盘同时发生故障,比如 RAID6 ,可以是两块磁盘同时损坏。在这样的冗余机制下,可以用新磁盘替换故障磁盘, RAID 会自动根据剩余磁盘中的数据和校验数据重建丢失的数据,保证数据一致性和完整性。数据分散保存在 RAID 中的多个不同磁盘上,并发数据读写要大大优于单个磁盘,因此可以获得更高的聚合 I/O 带宽。当然,磁盘阵列会减少全体磁盘的总可用存储空间,牺牲空间换取更高的可靠性和性能。比如, RAID1 存储空间利用率仅有 50% , RAID5 会损失其中一个磁盘的存储容量,空间利用率为 (n-1)/n 。

    磁盘阵列可以在部分磁盘(单块或多块,根据实现而论)损坏的情况下,仍能保证系统不中断地连续运行。在重建故障磁盘数据至新磁盘的过程中,系统可以继续正常运行,但是性能方面会有一定程度上的降低。一些磁盘阵列在添加或删除磁盘时必须停机,而有些则支持热交换 ( Hot Swapping ),允许不停机下替换磁盘驱动器。这种高端磁盘阵列主要用于要求高可能性的应用系统,系统不能停机或尽可能少的停机时间。一般来说, RAID 不可作为数据备份的替代方案,它对非磁盘故障等造成的数据丢失无能为力,比如病毒、人为破坏、意外删除等情形。此时的数据丢失是相对操作系统、文件系统、卷管理器或者应用系统来说的,对于 RAID 系统来身,数据都是完好的,没有发生丢失。所以,数据备份、灾 备等数据保护措施是非常必要的,与 RAID 相辅相成,保护数据在不同层次的安全性,防止发生数据丢失。

    RAID 中主要有三个关键概念和技术:镜像( Mirroring )、数据条带( Data Stripping )和数据校验( Data parity ) [3][4][5] 。镜像,将数据复制到多个磁盘,一方面可以提高可靠性,另一方面可并发从两个或多个副本读取数据来提高读性能。显而易见,镜像的写性能要稍低, 确保数据正确地写到多个磁盘需要更多的时间消耗。数据条带,将数据分片保存在多个不同的磁盘,多个数据分片共同组成一个完整数据副本,这与镜像的多个副本是不同的,它通常用于性能考虑。数据条带具有更高的并发粒度,当访问数据时,可以同时对位于不同磁盘上数据进行读写操作, 从而获得非常可观的 I/O 性能提升 。数据校验,利用冗余数据进行数据错误检测和修复,冗余数据通常采用海明码、异或操作等算法来计算获得。利用校验功能,可以很大程度上提高磁盘阵列的可靠性、鲁棒性和容错能力。不过,数据校验需要从多处读取数据并进行计算和对比,会影响系统性能。 不同等级的 RAID 采用一个或多个以上的三种技术,来获得不同的数据可靠性、可用性和 I/O 性能。至于设计何种 RAID (甚至新的等级或类型)或采用何种模式的 RAID ,需要在深入理解系统需求的前提下进行合理选择,综合评估可靠性、性能和成本来进行折中的选择。RAID ( Redundant Array of Independent Disks )即独立磁盘冗余阵列,通常简称为磁盘阵列。简单地说, RAID 是由多个独立的高性能磁盘驱动器组成的磁盘子系统,从而提供比单个磁盘更高的存储性能和数据冗余的技术。 RAID 是一类多磁盘管理技术,其向主机环境提供了成本适中、数据可靠性高的高性能存储。 SNIA 对 RAID 的定义是 [2] :一种磁盘阵列,部分物理存储空间用来记录保存在剩余空间上的用户数据的冗余信息。当其中某一个磁盘或访问路径发生故障时,冗余信息可用来重建用户数据。磁盘条带化虽然与 RAID 定义不符,通常还是称为 RAID (即 RAID0 )。

    RAID 的初衷是为大型服务器提供高端的存储功能和冗余的数据安全。在整个系统中, RAID 被看作是由两个或更多磁盘组成的存储空间,通过并发地在多个磁盘上读写数据来提高存储系统的 I/O 性能。大多数 RAID 等级具有完备的数据校验、纠正措施,从而提高系统的容错性,甚至镜像方式,大大增强系统的可靠性, Redundant 也由此而来。

    这里要提一下 JBOD ( Just a Bunch of Disks )。最初 JBOD 用来表示一个没有控制软件提供协调控制的磁盘集合,这是 RAID 区别与 JBOD 的主要因素。目前 JBOD 常指磁盘柜,而不论其是否提供 RAID 功能。

    RAID 的两个关键目标是提高数据可靠性和 I/O 性能。磁盘阵列中,数据分散在多个磁盘中,然而对于计算机系统来说,就像一个单独的磁盘。通过把相同数据同时写入到多块磁盘(典型地如镜像),或者将计算的校验数据写入阵列中来获得冗余能力,当单块磁盘出现故障时可以保证不会导致数据丢失。有些 RAID 等级允许更多地 磁盘同时发生故障,比如 RAID6 ,可以是两块磁盘同时损坏。在这样的冗余机制下,可以用新磁盘替换故障磁盘, RAID 会自动根据剩余磁盘中的数据和校验数据重建丢失的数据,保证数据一致性和完整性。数据分散保存在 RAID 中的多个不同磁盘上,并发数据读写要大大优于单个磁盘,因此可以获得更高的聚合 I/O 带宽。当然,磁盘阵列会减少全体磁盘的总可用存储空间,牺牲空间换取更高的可靠性和性能。比如, RAID1 存储空间利用率仅有 50% , RAID5 会损失其中一个磁盘的存储容量,空间利用率为 (n-1)/n 。

    磁盘阵列可以在部分磁盘(单块或多块,根据实现而论)损坏的情况下,仍能保证系统不中断地连续运行。在重建故障磁盘数据至新磁盘的过程中,系统可以继续正常运行,但是性能方面会有一定程度上的降低。一些磁盘阵列在添加或删除磁盘时必须停机,而有些则支持热交换 ( Hot Swapping ),允许不停机下替换磁盘驱动器。这种高端磁盘阵列主要用于要求高可能性的应用系统,系统不能停机或尽可能少的停机时间。一般来说, RAID 不可作为数据备份的替代方案,它对非磁盘故障等造成的数据丢失无能为力,比如病毒、人为破坏、意外删除等情形。此时的数据丢失是相对操作系统、文件系统、卷管理器或者应用系统来说的,对于 RAID 系统来身,数据都是完好的,没有发生丢失。所以,数据备份、灾 备等数据保护措施是非常必要的,与 RAID 相辅相成,保护数据在不同层次的安全性,防止发生数据丢失。

    RAID 中主要有三个关键概念和技术:镜像( Mirroring )、数据条带( Data Stripping )和数据校验( Data parity ) [3][4][5] 。镜像,将数据复制到多个磁盘,一方面可以提高可靠性,另一方面可并发从两个或多个副本读取数据来提高读性能。显而易见,镜像的写性能要稍低, 确保数据正确地写到多个磁盘需要更多的时间消耗。数据条带,将数据分片保存在多个不同的磁盘,多个数据分片共同组成一个完整数据副本,这与镜像的多个副本是不同的,它通常用于性能考虑。数据条带具有更高的并发粒度,当访问数据时,可以同时对位于不同磁盘上数据进行读写操作, 从而获得非常可观的 I/O 性能提升 。数据校验,利用冗余数据进行数据错误检测和修复,冗余数据通常采用海明码、异或操作等算法来计算获得。利用校验功能,可以很大程度上提高磁盘阵列的可靠性、鲁棒性和容错能力。不过,数据校验需要从多处读取数据并进行计算和对比,会影响系统性能。 不同等级的 RAID 采用一个或多个以上的三种技术,来获得不同的数据可靠性、可用性和 I/O 性能。至于设计何种 RAID (甚至新的等级或类型)或采用何种模式的 RAID ,需要在深入理解系统需求的前提下进行合理选择,综合评估可靠性、性能和成本来进行折中的选择。

    1.1.3 磁盘阵列优点

    磁盘阵列有许多优点:首先,提高了存储容量;其次,多台磁盘驱动器可并行工作,提高了数据传输率;第三,由于有校验技术,提高了可靠性:如果阵列中有一台硬磁盘损坏,利用其它盘可以重新恢复出损坏盘上原来的数据,而不影响系统的正常工作,并可以在带电状态下更换已损坏的硬盘(即热插拔功能),阵列控制器会自动把重组数据写入新盘,或写入热备份盘而将新盘用做新的热备份盘;另外磁盘阵列通常配有冗余设备,如电源和风扇,以保证磁盘阵列的散热和系统的可靠性。因其独特的特征和可靠的性能被广泛地应用于多个行业,如:ISP、医学影像、银行等在线处理业务部门、影像服务器、石油工业、关键部门的数据中心、多媒体和数据库应用等。

    对于磁盘失效的保护通过RAID技术已经成功地实现,但RAID阵列降低数据存储费用的目的没有达到,实际上,RAID阵列的价格通常比标准的磁盘驱动器更高一些。

    尽管如此,RAID技术确实提供了比通常的磁盘存储更高的性能指标、数据完整性和数据可用性,尤其是在当今面临的I/O总是滞后于CPU性能的瓶颈问题越来越突出的情况下,RAID解决方案能够有效地弥补这个缺口。

    总体说来, RAID 主要优势有如下几点:

    (1) 大容量

    这是 RAID 的一个显然优势,它扩大了磁盘的容量,由多个磁盘组成的 RAID 系统具有海量的存储空间。现在单个磁盘的容量就可以到 1TB 以上,这样 RAID 的存储容量就可以达到 PB 级,大多数的存储需求都可以满足。一般来说, RAID 可用容量要小于所有成员磁盘的总容量。不同等级的 RAID 算法需要一定的冗余开销,具体容量开销与采用算法相关。如果已知 RAID 算法和容量,可以计算出 RAID 的可用容量。通常, RAID 容量利用率在 50% ~ 90% 之间。

    (2) 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 性能受到接口、带宽等计算机技术的限制,性能往往很有 限,容易成为系统性能的瓶颈。通过数据条带化, RAID 将数据 I/O 分散到各个成员磁盘上,从而获得比单个磁盘成倍增长的聚合 I/O 性能。

    (3) 可靠性

    可用性和可靠性是 RAID 的另一个重要特征。从理论上讲,由多个磁盘组成的 RAID 系统在可靠性方面应该比单个磁盘要差。这里有个隐含假定:单个磁盘故障将导致整个 RAID 不可用。 RAID 采用镜像和数据校验等数据冗余技术,打破了这个假定。 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全复制到另一组磁盘驱动器上,保证总有数据副本可用。 比起镜像 50% 的冗余开销 ,数据校验要小很多,它利用校验冗余信息对数据进行校验和纠错。 RAID 冗余技术大幅提升数据可用性和可靠性,保证了若干磁盘出错时,不 会导致数据的丢失,不影响系统的连续运行。

    (4) 可管理性

    实际上, 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。对于外部主机系统来说, RAID 是一个单一的、快速可靠的大容量磁盘驱动器。这样,用户就可以在这个虚拟驱动器上来组织和存储应用系统数据。 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,管理员只需要管理单个虚拟驱动器,可以节省大量的管理工作。 RAID 可以动态增减磁盘驱动器,可自动进行数据校验和数据重建,这些都可以 大大简化管理工作。

    1.1.4 关键技术

    1.1.4.1 镜像

    镜像是一种冗余技术,为磁盘提供保护功能,防止磁盘发生故障而造成数据丢失。对于 RAID 而言,采用镜像技术 典型地 将会同时在阵列中产生两个完全相同的数据副本,分布在两个不同的磁盘驱动器组上。镜像提供了完全的数据冗余能力,当一个数据副本失效不可用时,外部系统仍可正常访问另一副本,不会对应用系统运行和性能产生影响。而且,镜像不需要额外的计算和校验,故障修复非常快,直接复制即可。镜像技术可以从多个副本进行并发读取数据,提供更高的读 I/O 性能,但不能并行写数据,写多个副本会会导致一定的 I/O 性能降低。

    镜像技术提供了非常高的数据安全性,其代价也是非常昂贵的,需要至少双倍的存储空间。高成本限制了镜像的广泛应用,主要应用于至关重要的数据保护,这种场合下数据丢失会造成巨大的损失。另外,镜像通过“ 拆分 ”能获得特定时间点的上数据快照,从而可以实现一种备份窗口几乎为零的数据备份技术。

    1.1.4.2 数据条带

    磁盘存储的性能瓶颈在于磁头寻道定位,它是一种慢速机械运动,无法与高速的 CPU 匹配。再者,单个磁盘驱动器性能存在物理极限, I/O 性能非常有限。 RAID 由多块磁盘组成,数据条带技术将数据以块的方式分布存储在多个磁盘中,从而可以对数据进行并发处理。这样写入和读取数据就可以在多个磁盘上同时进行,并发产生非常高的聚合 I/O ,有效提高了整体 I/O 性能,而且具有良好的线性扩展性。这对大容量数据尤其显著,如果不分块,数据只能按顺序存储在磁盘阵列的磁盘上,需要时再按顺序读取。而通过条带技术,可获得数倍与顺序访问的性能提升。

    数据条带技术的分块大小选择非常关键。条带粒度可以是一个字节至几 KB 大小,分块越小,并行处理能力就越强,数据存取速度就越高,但同时就会增加块存取的随机性和块寻址时间。实际应用中,要根据数据特征和需求来选择合适的分块大小,在数据存取随机性和并发处理能力之间进行平衡,以争取尽可能高的整体性能。
    数据条带是基于提高 I/O 性能而提出的,也就是说它只关注性能, 而对数据可靠性、可用性没有任何改善。实际上,其中任何一个数据条带损坏都会导致整个数据不可用,采用数据条带技术反而增加了数据发生丢失的概念率。

    1.1.4.3 数据校验

    镜像具有高安全性、高读性能,但冗余开销太昂贵。数据条带通过并发性来大幅提高性能,然而对数据安全性、可靠性未作考虑。数据校验是一种冗余技术,它用校验数据来提供数据的安全,可以检测数据错误,并在能力允许的前提下进行数据重构。相对镜像,数据校验大幅缩减了冗余开销,用较小的代价换取了极佳的数据完整性和可靠性。数据条带技术提供高性能,数据校验提供数据安全性, RAID 不同等级往往同时结合使用这两种技术。

    采用数据校验时, RAID 要在写入数据同时进行校验计算,并将得到的校验数据存储在 RAID 成员磁盘中。校验数据可以集中保存在某个磁盘或分散存储在多个不同磁盘中,甚至校验数据也可以分块,不同 RAID 等级实现各不相同。当其中一部分数据出错时,就可以对剩余数据和校验数据进行反校验计算重建丢失的数据。校验技术相对于镜像技术的优势在于节省大量开销,但由于每次数据读写都要进行大量的校验运算,对计算机的运算速度要求很高,必须使用硬件 RAID 控制器。在数据重建恢复方面,检验技术比镜像技术复杂得多且慢得多。

    海明校验码和 异或校验是两种最为常用的 数据校验算法。海明校验码是由理查德.海明提出的,不仅能检测错误,还能给出错误位置并自动纠正。海明校验的基本思想是:将有效信息按照某种规律分成若干组,对每一个组作奇偶测试并安排一个校验位,从而能提供多位检错信息,以定位错误点并纠正。可见海明校验实质上是一种多重奇偶校验。异或校验通过异或逻辑运算产生,将一个有效信息与一个给定的初始值进行异或运算,会得到校验信息。如果有效信息出现错误,通过校验信息与初始值的异或运算能还原正确的有效信息。

    1.2 SCSI技术

    1.2.1 概述

    SCSI直译为小型计算机系统专用接口(Small Computer System Interface)是一种连结主机和外围设备的接口,支持包括磁盘驱动器、磁带机、光驱、扫描仪在内的多种设备。它由SCSI控制器进行数据操作,SCSI控制器相当于一块小型CPU,有自己的命令集和缓存。要了解SCSI,必须先了解它的类型,以下是STA(SCSI Trade Association,SCSI同业公会)的标准分类。

    1.2.2 SCSI接口类型

    SCSI连接器分为内置和外置两种,内置数据线的外型和IDE数据线一样,只是针数和规格稍有差别,主要用于连接光驱和硬盘。40针IDE线有40根导线,40针ATA66有80根导线,SCSI内置则分为50针、68针和80针。至于SCSI外置数据线,就有以多种规格,它们的密度均不相同,千万别弄错了。

    1.2.3 SCSI ID

    相信许多SCSI用户都有这种经历,插上设备之后,操作系统怎样也不认,后来检查总线,才发现是终结和ID没有设置好。ID(identify)作为SCSI设备在SCSI总线的唯一识别符,绝对不允许重复,可选范围从0到15,SCSI主控制器通常占用id 7,即是说我们可以用在设备上的ID号共有15个。

    在SCSI总线中,控制器也算一个设备, 即实际最大可连接设备数目 = 理论最大支持设备数目-1。

    1.2.4 总线终结器

    总线终结器能告诉SCSI主控制器整条总线在何处终结,并发出一个反射信号给控制器,必须在两个物理终端作一个终结信号才能使用SCSI总线。常见的错误是把终结设置在ID号最高或最低的地方,而不是设置在物理终端的SCSI设备上。其实,SCSI设备总是以链形来连接的,按顺序就能分辨出哪一个是终结设备。
      终结的方式有三种:自终结设备、物理总线终结器和自终结电缆。大多数新型SCSI设备都有自终结跳线,只要把非终结设备的自终结跳线设置成OFF即可避免冲突问题;物理总线终结器是一种硬件接头,又分为主动型和被动型两种,主动型使用电压调整器来进行操作,被动型利用总线上的能源信号来操作,被动型比主动型更为精确;自终结电缆可以代替物理总线终结器,也是一种硬件,它的价格非常昂贵,常用于两个主机连接同一个物理设备,如:两个服务器存取同一个物理SCSI硬盘。
      通过检查SCSI ID和总线终结器,我们可以找出大多数冲突现象的解决方法,这是SCSI设备用户必须重视的一点。
    1.2.5 SCSI规格公用的几个标准术语解释:

    SCSI-1:它是最早SCSI,特点是:支持同步和异步SCSI外围设备,支持7台8位的外围设备,使用8位的通道宽度,传输速率为4MB/s,这现在通常是扫描仪在用的

    SCSI-2:类似SCSI-1,但是可以支持同时连接7个装置,传输速率为 10-20MB/s,目前有CD-R、CD-ROM在使用。

    Fast SCSI:8位的通道宽度,使用双倍的频率,传输速率为 10MB/s。

    Wide SCSI:16位的通道宽度,传输速率为20MB/s。

    ULTRA SCSI:8位的通道宽度,传输速率为20MB/s,其允许接口电缆的最大长度为1.5米。

    Ultra Wide SCSI:16位的通道宽度,传输速率为40MB/s,其允许接口电缆的最大长度为1.5米。

    ULTRA 2 SCSI:8位的通道宽度,其采用了LVD(Low Voltage Differential,低电平微分)传输模式,传输速率为40MB/s,允许接口电缆的最长为12米,大大增加了设备的灵活性,支持同时挂接15个装置。

    WIDE ULTRA 2 SCSI:它跟Ultra 2 SCSI差不多,也是采用LVD传输模式,允许最长接口电缆为12米,可同时挂接15个装置,不同于Ultra 2 SCSI,它有16位的通道宽度,因此传输速度为80MB/s。

    Ultra 160 SCSI:支持最高数据传输率为160MB/s。

    Ultra320 SCSI:支持最高数据传输达到了320MB/s,是目前最新的SCSI接口类型。

    Single Ended(单终结):许多旧式设备都是单终结设备,它们限制于 SCSI-1协议的6米长度。注意:此距离包括设备内部电缆的距离。

    Differential(分差动):SCSI总线和设备可借助它来延长传输的距离,附加线的最大长度为25米。缺点是与单终结设备不兼容。
    在这里插入图片描述

    1.2.6 SCSI的优点与缺点

    SCSI接口优点:
    <> 适应面广,在一块SCSI控制卡上就可以同时挂接15个设备
    <> 高性能(具有很多任务、宽带宽及少CPU占用率等特点)
    <> 具有外置和内置两种
    SCSI接口缺点:
    <> 价格较IDE产品昂贵
    <> 安装复杂

    1.3 Fibre 技术

    1.3.1 概述

    光纤通道是一种跟SCSI或IDE有很大不同的接口,它很像以太网的转换开头。以前它是专为网络设计得,后来随着存储器对高带宽的需求,慢慢移植到现在的存储系统上来了。光纤通道通常用于连接一个SCSI RAID(或其它一些比较常用的RAID类型),以满足高端工作或服务器对高数据传输率的要求。

    1.3.2 光纤的特点

    光纤现在能提供100MBps的实际带宽,而它的理论极限值为1.06GBps。不过现在有一些公司开始推出2.12Gbps 的产品,它支持下一代的光纤通道(即Fibre Channel II)。不过为了能得到更高的数据传输率,市面的光纤产品有时是使用多光纤通道来达到更高的带宽。

    不像SCSI,光纤通道的配线非常柔韧。如果带有光纤光学电缆(Fiber Optic Cabling),它支持最长的长度超过了10公里,所以可以说SCSI在接口电缆长度的限制上跟光纤是没法比得,因为SCSI最长接口电缆不得超过12米。
    在这里插入图片描述

    1.3.3 光纤的优点与缺点

    光纤通道优点:
    <> 具有很好的升级性
    <> 可以用非常长的光纤电缆(带有Fiber Optic Cabling时,光纤长度可以超过10公里)
    <> 具有非常宽的带宽(现在一般的光纤都具有1.06GBps,而如果采用多光纤通道可以达到更宽的带宽)
    <> 具有很强的通用性
    光纤通道缺点:
    <> 价格非常昂贵
    <> 组建复杂

    1.4 RAID技术

    1.4.1 概述

    RAID,为Redundant Arrays of Independent Disks的简称,中文为廉价冗余磁盘阵列。作为高性能的存储系统,已经得到了越来越广泛的应用。RAID的级别从RAID概念的提出到现在,已经发展了多个级别,有明确标准级别分别是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四个级别。其他还有6、7、10、30、50等

    RAID技术采用若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体,整个磁盘阵列由阵列控制器管理。磁盘阵列有许多特点:首先,提高了存储容量;其次,多台磁盘驱动器可并行工作,提高了数据传输率;第三,由于有校验技术,提高了可靠性:如果阵列中有一台硬磁盘损坏,利用其它盘可以重新恢复出损坏盘上原来的数据,而不影响系统的正常工作,并可以在带电状态下更换已损坏的硬盘(即热插拔功能),阵列控制器会自动把重组数据写入新盘,或写入热备份盘而将新盘用做新的热备份盘;另外磁盘阵列通常配有冗余设备,如电源和风扇,以保证磁盘阵列的散热和系统的可靠性。

    1.4.2 RAID类型

    1.4.2.1 逻辑驱动器(logical drives):

    逻辑驱动器:是一个简单的由独立的物理硬盘组成的队列

    1.4.2.2 逻辑容量(logical volume):

    逻辑容量是由一个或多个逻辑驱动器组成,其成员逻辑驱动器可以是相同RAID集也可以是不同的RAID集

    1.4.2.3 RAID的级别

    标准 RAID 等级
    SNIA 、 Berkeley 等组织机构把 RAID0 、 RAID1 、 RAID2 、 RAID3 、 RAID4 、 RAID5 、 RAID6 七个等级定为标准的 RAID 等级,这也被业界和学术界所公认。标准等级是最基本的 RAID 配置集合,单独或综合利用数据条带、镜像和数据校验技术。标准 RAID 可以组合,即 RAID 组合等级,满足 对性能、安全性、可靠性要求更高的存储应用需求。 [6][7][8][9][10][11]
    在这里插入图片描述

    NRAID

    硬盘连续使用
    在这里插入图片描述
    NRAID 意思是不使用RAID功能。它使用硬盘的总容量组成逻辑碟(不使用条块读写)。换句话说,它生成的逻辑盘容量就是物理盘容量的总和。此外,NRAID 不提供资料的备余。

    JBOD

    JBOD ( Just a Bunch Of Disks )不是标准的 RAID 等级,它通常用来表示一个没有控制软件提供协调控制的磁盘集合。 JBOD 将多个物理磁盘串联起来,提供一个巨大的逻辑磁盘。 JBOD (如图 1 )的数据存放机制是由第一块磁盘开始按顺序往后存储,当前磁盘存储空间用完后,再依次往后面的磁盘存储数据。 JBOD 存储性能完全等同于单块磁盘,而且也不提供数据安全保护。它只是简单提供一种扩展存储空间的机制, JBOD 可用存储容量等于所有成员磁盘的存储空间之和。目前 JBOD 常指磁盘柜,而不论其是否提供 RAID 功能。
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

    JBOD 的含意是控制器将机器上每颗硬盘都当作单独的硬盘处理,因此每颗硬盘都被当作单颗独立的逻辑盘使用。此外,JBOD并不提供资料冗余的功能。

    RAID 0

    亦称为带区集。可以把多块硬盘(至少2块)连接在一起而组成一个容量更大的存储设备。处理数据时把数据分块并且同时读写入组成RAID的磁盘,从而大大提高I/O速率。RAID0设计简单且实现成本较低,但RAID0没有冗余或错误修复能力,并且只要组成RAID的磁盘中有一块出现故障,整个RAID系统的数据将丢失,无法进行任何补救。RAID 0可以提供更多的可用空间和更好的性能,但是整个系统是非常不可靠的,所以,在所有的级别中,RAID 0的速度是最快的。但是RAID 0没有冗余功能的,

    如果一个磁盘(物理)损坏,则所有的数据都无法使用。
    在这里插入图片描述另一种解释:
    RAID0 是一种简单的、无数据校验的数据条带化技术。实际上不是一种真正的 RAID ,因为它并不提供任何形式的冗余策略。 RAID0 将所在磁盘条带化后组成大容量的存储空间(如图 2 所示),将数据分散存储在所有磁盘中,以独立访问方式实现多块磁盘的并读访问。由于可以并发执行 I/O 操作,总线带宽得到充分利用。再加上不需要进行数据校验,RAID0 的性能在所有 RAID 等级中是最高的。理论上讲,一个由 n 块磁盘组成的 RAID0 ,它的读写性能是单个磁盘性能的 n 倍,但由于总线带宽等多种因素的限制,实际的性能提升低于理论值。

    RAID0 具有低成本、高读写性能、 100% 的高存储空间利用率等优点,但是它不提供数据冗余保护,一旦数据损坏,将无法恢复。 因此, RAID0 一般适用于对性能要求严格但对数据安全性和可靠性不高的应用,如视频、音频存储、临时数据缓存空间等。
    在这里插入图片描述

    RAID 1

    也称为磁盘镜像,至少需要2块硬盘。每一个磁盘都具有一个对应的镜像盘。对任何一个磁盘的数据写入都会被复制到镜像盘中,并且系统可以从一组镜像盘中的任何一个磁盘读取数据。RAID 1下,任何一块硬盘的故障都不会影响到系统的正常运行,而且只要在任何一对镜像盘中有一块磁盘可以使用,系统便可以正常运行;当一块硬盘失效时,系统会忽略该硬盘,转而使用相应的镜像盘读写数据,RAID 1甚至可以在一半数量的硬盘出现问题时不间断地工作。在RAID 1下,我们所能使用的空间只是所有磁盘容量总和的一半,增加了系统的成本,是所有RAID上磁盘利用率最低的一个级别。
    在这里插入图片描述另一种解释:
    RAID1 称为镜像,它将数据完全一致地分别写到工作磁盘和镜像 磁盘,它的磁盘空间利用率为 50% 。 RAID1 在数据写入时,响应时间会有所影响,但是读数据的时候没有影响。 RAID1 提供了最佳的数据保护,一旦工作磁盘发生故障,系统自动从镜像磁盘读取数据,不会影响用户工作。工作原理如图 3 所示。

    RAID1 与 RAID0 刚好相反,是为了增强数据安全性使两块 磁盘数据呈现完全镜像,从而达到安全性好、技术简单、管理方便。 RAID1 拥有完全容错的能力,但实现成本高。 RAID1 应用于对顺序读写性能要求高以及对数据保护极为重视的应用,如对邮件系统的数据保护。
      在这里插入图片描述

    RAID 3

    RAID 3使用一个专门的独立磁盘存放所有的校验数据,而在剩余的磁盘中以与RAID0相似的方式分割并读写数据,即可视为“RAID3=RAID0+校验盘”。虽然RAID 3具有容错能力,但整个系统会因校验而受到影响,当一块磁盘失效时,该磁盘上的所有数据块必须使用校验信息重新建立;当我们更换了损坏的磁盘之后,系统必须一个数据块一个数据块地重建坏盘中的数据:整个过程包括读取带区,计算丢失的数据块和向新盘写入新的数据块等;所以,重建活动最好是在RAID系统空闲的时候进行,否则整个系统的性能就会受到严重的影响;鉴于这种原因,RAID 3更加适用于那些写入操作较少,读取操作较多的应用环境,例如数据库和WEB服务器等。利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安全性高,但是硬盘利用率得到了很大的提高,为n-1。不过,如果校验盘(物理)损坏的话,则全部数据都无法使用,故为了解决这一缺陷,产生了RAID5技术。
    在这里插入图片描述
    另一种解释:
    RAID3 (图 5 )是使用专用校验盘的并行访问阵列,它采用一个专用的磁盘作为校验盘,其余磁盘作为数据盘,数据按位可字节的方式交叉存储到各个数据盘中。RAID3 至少需要三块磁盘,不同磁盘上同一带区的数据作 XOR 校验,校验值写入校验盘中。 RAID3 完好时读性能与 RAID0 完全一致,并行从多个磁盘条带读取数据,性能非常高,同时还提供了数据容错能力。向 RAID3 写入数据时,必须计算与所有同条带的校验值,并将新校验值写入校验盘中。一次写操作包含了写数据块、读取同条带的数据块、计算校验值、写入校验值等多个操作,系统开销非常大,性能较低。

    如果 RAID3 中某一磁盘出现故障,不会影响数据读取,可以借助校验数据和其他完好数据来重建数据。假如所要读取的数据块正好位于失效磁盘,则系统需要读取所有同一条带的数据块,并根据校验值重建丢失的数据,系统性能将受到影响。当故障磁盘被更换后,系统按相同的方式重建故障盘中的数据至新磁盘。

    RAID3 只需要一个校验盘,阵列的存储空间利用率高,再加上并行访问的特征,能够为高带宽的大量读写提供高性能,适用大容量数据的顺序访问应用,如影像处理、流媒体服务等。目前, RAID5 算法不断改进,在大数据量读取时能够模拟 RAID3 ,而且 RAID3 在出现坏盘时性能会大幅下降,因此常使用 RAID5 替代 RAID3 来运行具有持续性、高带宽、大量读写特征的应用。
      在这里插入图片描述

    RAID 5

    在运行机制上,RAID 5和RAID 3完全相同,也是由几个数据块共享一个校验块。RAID 5和RAID 3的最大区别在于RAID 5不是把所有的校验块集中保存在一个专门的校验盘中,而是分散到所有的数据盘中。RAID 5使用了一种特殊的算法,可以计算出任何一个校验块的存放位置。这样就可以确保任何对校验块进行的读写操作都会在所有的RAID磁盘中进行均衡,从而消除了产生瓶颈的可能,并避免了像RAID3那样因校验盘损坏而导致系统失去容错能力的严重故障。硬盘的利用率为n-1。

    在这里插入图片描述另一种解释:
      RAID5 应该是目前最常见的 RAID 等级,它的原理与 RAID4 相似,区别在于校验数据分布在阵列中的所有磁盘上,而没有采用专门的校验磁盘。对于数据和校验数据,它们的写操作可以同时发生在完全不同的磁盘上。因此, RAID5 不存在 RAID4 中的并发写操作时的校验盘性能瓶颈问题。另外, RAID5 还具备很好的扩展性。当阵列磁盘 数量增加时,并行操作量的能力也随之增长,可比 RAID4 支持更多的磁盘,从而拥有更高的容量以及更高的性能。

    RAID5 (图 7)的磁盘上同时存储数据和校验数据,数据块和对应的校验信息存保存在不同的磁盘上,当一个数据盘损坏时,系统可以根据同一条带的其他数据块和对应的校验数据来重建损坏的数据。与其他 RAID 等级一样,重建数据时, RAID5 的性能会受到较大的影响。

    RAID5 兼顾存储性能、数据安全和存储成本等各方面因素,它可以理解为 RAID0 和 RAID1 的折中方案,是目前综合性能最佳的数据保护解决方案。 RAID5 基本上可以满足大部分的存储应用需求,数据中心大多采用它作为应用数据的保护方案。
      在这里插入图片描述

    其他RAID类型

    RAID 2

    RAID 2是为大型机和超级计算机开发的。它可在工作不中断的情况下纠正数据,但是,RAID 2倾向于较高的数据校验和纠错率。

    RAID2 称为纠错海明码磁盘阵列,其设计思想是利用海明码实现数据校验冗余。海明码是一种在原始数据中加入若干校验码来进行错误检测和纠正的编码技术,其中第 2n 位( 1, 2, 4, 8, … )是校验码,其他位置是数据码。因此在 RAID2 中,数据按位存储,每块磁盘存储一位数据编码,磁盘数量取决于所设定的数据存储宽度,可由用户设定。图 4 所示的为数据宽度为 4 的 RAID2 ,它需要 4 块数据磁盘和 3 块校验磁盘。如果是 64 位数据宽度,则需要 64 块 数据磁盘和 7 块校验磁盘。可见, RAID2 的数据宽度越大,存储空间利用率越高,但同时需要的磁盘数量也越多。

    海明码自身具备纠错能力,因此 RAID2 可以在数据发生错误的情况下对纠正错误,保证数据的安全性。它的数据传输性能相当高,设计复杂性要低于后面介绍的 RAID3 、 RAID4 和 RAID5 。

    但是,海明码的数据冗余开销太大,而且 RAID2 的数据输出性能受阵列中最慢磁盘驱动器的限制。再者,海明码是按位运算, RAID2 数据重建非常耗时。由于这些显著的缺陷,再加上大部分磁盘驱动器本身都具备了纠错功能,因此 RAID2 在实际中很少应用,没有形成商业产品,目前主流存储磁盘阵列均不提供 RAID2 支持。
    在这里插入图片描述

    RAID 4

    RAID 4包括较大的数据条,这样,就可以从任何驱动器读取记录。由于这种类型缺乏对多种同时写操作的支持,因而,几乎不使用。

    RAID4 与 RAID3 的原理大致相同,区别在于条带化的方式不同。 RAID4 (图 6 )按照 块的方式来组织数据,写操作只涉及当前数据盘和校验盘两个盘,多个 I/O 请求可以同时得到处理,提高了系统性能。 RAID4 按块存储可以保证单块的完整性,可以避免受到其他磁盘上同条带产生的不利影响。

    RAID4 在不同磁盘上的同级数据块同样使用 XOR 校验,结果存储在校验盘中。写入数据时, RAID4 按这种方式把各磁盘上的同级数据的校验值写入校验 盘,读取时进行即时校验。因此,当某块磁盘的数据块损坏, RAID4 可以通过校验值以及其他磁盘上的同级数据块进行数据重建。

    RAID4 提供了 非常好的读性能,但单一的校验盘往往成为系统性能的瓶颈。对于写操作, RAID4 只能一个磁盘一个磁盘地写,并且还要写入校验数据,因此写性能比较差。而且随着成员磁盘数量的增加,校验盘的系统瓶颈将更加突出。正是如上这些限制和不足, RAID4 在实际应用中很少见,主流存储产品也很少使用 RAID4 保护。
      在这里插入图片描述

    RAID 6

    RAID 6几乎没有进行商用。它使用一种分配在不同的驱动器上的第二种奇偶方案,它能承受多个驱动器同时出现故障,但是,性能——尤其是写操作却很差,而且,系统需要一个极为复杂的控制器。

    前面所述的各个 RAID 等级都只能保护因单个磁盘失效而造成的数据丢失。如果两个磁盘同时发生故障,数据将无法恢复。 RAID6 (如图 8 )引入双重校验的概念,它可以保护阵列中同时出现两个磁盘失效时,阵列仍能够继续工作,不会发生数据丢失。 RAID6 等级是在 RAID5 的基础上为了进一步增强数据保护而设计的一种 RAID 方式,它可以看作是一种扩展的 RAID5 等级。

    RAID6 不仅要支持数据的恢复,还要支持校验数据的恢复,因此实现代价很高,控制器的设计也比其他等级更复杂、更昂贵。 RAID6 思想最常见的实现方式是采用两个独立的校验算法,假设称为 P 和 Q ,校验数据可以分别存储在两个不同的校验盘上,或者分散存储在所有成员磁盘中。当两个磁盘同时失效时,即可通过求解两元方程来重建两个磁盘上的数据。

    RAID6 具有快速的读取性能、更高的容错能力。但是,它的成本要高于 RAID5 许多,写性能也较差,并有设计和实施非常复杂。因此, RAID6 很少得到实际应用,主要用于对数据安全等级要求非常高的场合。它一般是替代 RAID10 方案的经济性选择。
    在这里插入图片描述

    RAID 组合等级

    标准 RAID 等级各有优势和不足。自然地,我们想到把多个 RAID 等级组合起来,实现优势互补,弥补相互的不足,从而达到在性能、数据安全性等指标上更高的 RAID 系统。目前在业界和学术研究中提到的 RAID 组合等级主要有 RAID00 、 RAID01 、 RAID10 、 RAID100 、 RAID30 、 RAID50 、 RAID53 、 RAID60 ,但实际得到较为广泛应用的只有 RAID01 和 RAID10 两个等级。当然,组合等级的实现成本一般都非常昂贵,只是在 少数特定场合应用。

    1.RAID00

    简单地说, RAID00 是由多个成员 RAID0 组成的高级 RAID0 。它与 RAID0 的区别在于, RAID0 阵列替换了原先的成员磁盘。可以把 RAID00 理解为两层条带化结构的磁盘阵列,即对条带再进行条带化。这种阵列可以提供更大的存储容量、更高的 I/O 性能和更好的 I/O 负均衡。

    2. RAID01 和 RAID10

    一些文献把这两种 RAID 等级看作是等同的,本文认为是不同的。 RAID01 是先做条带化再作镜像,本质是对物理磁盘实现镜像;而 RAID10 是先做镜像再作条带化,是对虚拟磁盘实现镜像。相同的配置下,通常 RAID01 比 RAID10 具有更好的容错能力,原理如图 9 所示。

    RAID01 兼备了 RAID0 和 RAID1 的优点,它先用两块磁盘建立镜像,然后再在镜像内部做条带化。 RAID01 的数据将同时写入到两个磁盘阵列中,如果其中一个阵列损坏,仍可继续工作,保证数据安全性的同时又提高了性能。 RAID01 和 RAID10 内部都含有 RAID1 模式,因此整体磁盘利用率均仅为 50% 。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    3.RAID100

    通常看作 RAID 1+0+0 ,有时也称为 RAID 10+0 ,即条带化的 RAID10 。原理如图 10 所示。 RAID100 的缺陷与 RAID10 相同,任意一个 RAID1 损坏一个磁盘不会发生数据丢失,但是剩下的磁盘存在单点故障的危险。最顶层的 RAID0 ,即条带化任务,通常由软件层来完成。

    RAID100 突破了单个 RAID 控制器对物理磁盘数量的限制,可以获得更高的 I/O 负载均衡, I/O 压力分散到更多的磁盘上,进一步提高随机读性能,并有效降低热点盘故障风险。因此, RAID100 通常是大数据库的最佳选择。
    在这里插入图片描述

    4.RAID30 ( RAID53 )、 RAID50 和 RAID60

    这三种 RAID 等级与 RAID00 原理基本相同,区别在于成员 “ 磁盘 ” 换成了 RAID3 、 RAID5 和 RAID6 ,分别如图 11 、 12 、 13 所示。其中, RAID30 通常又被称为 RAID53[13] 。其实,可把这些等级 RAID 统称为 RAID X0 等级, X 可为标准 RAID 等级,甚至组合等级(如 RAID100 )。利用多层 RAID 配置,充分利用 RAID X 与 RAID0 的优点,从而获得在存储容量、数据安全性和 I/O 负载均衡等方面的大幅性能提升

    RAID 50

    是建立在RAID0与RAID5基础上形成的,先用3块或更多的硬盘做成RAID5,然后将形成的低级阵列做RAID0
    在这里插入图片描述

    非标准 RAID 等级

    虽然标准 RAID 和组合 RAID 在具体实现上存在一定程度的不同,但与标准规范是保持一致或兼容的。然而除此之外,一些存储厂商还实现了非标准的 RAID 等级,往往都是公司私有的产品。这里简单介绍几个非标准 RAID 等级。
    1 RAID 7

    RAID 7有一个实时嵌入操作系统用作控制器,一个高速总线用于缓存。它提供快速的I/O,但是价格昂贵。
    RAID7 的全称是最优化的异步高 I/O 速率和高数据传输率,它与其他 RAID 等级有着明显区别。它不仅仅是一种技术,它还是一个独立存储计算机,自身带的操作系统和管理工具,完全可以独立运行。

    RAID7 的存储计算机操作系统是一套实时事件驱动操作系统,其主要用来进行系统初始化和安排 RAID7 磁盘阵列的所有数据传输,并把它们转换到相应的物理存储驱动器上。 RAID7 通过自身系统中的专用控制板来控制读写速度,存储计算机操作系统可使主机 I/O 传递性能达到最佳。如果一个磁盘出现故障, RAID7 还能够自动执行恢复操作,并可管理备份磁盘的重建过程。

    RAID7 突破了以往 RAID 标准的技术架构,采用了非同步访问,极大地减轻了数据写瓶颈,提高了 I/O 速度。 RAID7 系统内置实时操作系统还可自动对主机发送过来的读写指令进行优化处理,以智能化方式将可能被读取的数据预先读入快速缓存中,从而大大减少了磁头的转动次数,提高存储系统的 I/O 速度。

    RAID7 可帮助用户有效地管理日益庞大的数据存储系统,并使系统的运行效率大大提高,满足不同用户的存储需求。但是, RAID7 的成本比其他 RAID 等级要高许多。另外, RAID7 已被某公司注册为商标,目前仅有一家公司提供 RAID7 的产品,用户没有更多的选择。技术封闭,缺乏主流专业存储厂商的参与和研发严重制约了 RAID7 的发展。
    2.RAID-DP

    按照 SNIA 最新的 RAID6 定义 [15] ,双重数据校验的磁盘阵列都可归为 RAID6 等级。 NetApp 公司按照 RAID6 的定义实现了 RAID-DP ,使用双重的数据校验来保护数据,可以保证两块磁盘同时损坏的情况下不发生数据丢失。与该公司的 RAID4 实现对比,传统的 RAID6 实现会致使系统性能损失 30% 左右,而 RAID-DP 的性能下降低于 2% 。上层文件系统的请求首先写入后端的 NVRAM 中,确保即使在 掉电的情况下也不会有任何数据丢失。因此,数据块不会立即更新,当执行新来的写操作,会对写操作进行聚集,然后存储控制器尝试一次性写入包括校验数据在内的整个数据条带。 RAID-DP 提供了比 RAID10 更好的数据保护,性能却不低于 RAID10 。对于相同大小的 RAID 组,在大多数情况下, RAID-DP 没有受到传统 RAID6 即时更新数据块的挑战,并提供更多的磁盘进行读写。它甚至允许磁盘固件实时更新而不发生任何中断。

    3.RAID1.5

    这是 HighPoint 公司的 RAID 产品,有时也被错误地称为 RAID15 。 RAID1.5 仅使用两个磁盘驱动器同时进行数据条带化和镜像,数据可以同时从两块磁盘进行读取。这其中的大部分工作都由硬件来完成,而非驱动程序。 Linux 、 Solaris 等操作系统实现的 RAID1 也可以实现同时从两块磁盘进行读取数据,因此 RAID1.5 并不优于传统的 RAID1。

    1. RAID5E 、 RAID5EE 和 RAID6E

    这种概念首次在 IBM ServerRAID 中被提出, E 是 Enhanced 的首字母。它们分别是对 RAID5 和 RAID6 的增强,增加了热冗余磁盘驱动器,冗余磁盘与其他磁盘一块进行数据块编排。这种设计使得 I/O 可以分散到包括热冗余在内的所在磁盘,从而减小单块磁盘的 I/O 带宽, 提供更高的性能。然而,热冗余磁盘不能够被多个阵列共享。

    在实现中,实际上不存在专用的热冗余磁盘,就像 RAID5 和 RAID6 中没有专用的校验磁盘一样,所有的冗余数据块分布在所的成员磁盘中。例如,一个 10 块磁盘的 RAID5E ,包括 80% 数据块、 10% 的冗余数据块和 10% 的校验数据。对于 RAID5E 和 RAID6E ,冗余数据块位于阵列尾部,而 RAID5EE 则分布在整个 RAID 中。如果 RAID5E/5EE 中发生一块磁盘损坏,则系统会自动降级并重建至标准的 RAID5 。这一过程中, I/O 操作非常密集,并且需要花费大量时间,从几个小时至甚至几天,根据阵列的具体配置而异。当损坏磁盘被替换后,系统则又会自动升级并重建至原先的 RAID5E/5EE ,同时非常耗时。在上面的重建过程中,数据没有冗余保护。由于系统升级和降级时, I/O 活动密集且所需时间过长,因此实际应用中成员磁盘数据限制在 4~8 块。一旦超过 8 块磁盘,由于损坏磁盘的重建耗时和重建中发生第二块磁盘损坏造成的数据丢失, RAID5E/5EE 所获得的性能提升和其他获益都将严重降低。

    5.RAID S (Parity RAID)

    RAID S 是 EMC 公司的 Symmetrix 存储系统所使用的条带化校验 RAID 。该系统中,每个卷位于单独的物理磁盘上,多个卷组合进行数据校验。 EMC 最早引入了 RAID S 概念,后来改名为 Parity RAID 并应用于 Symmetrix DMX 平台。 EMC 现在也为 Symmetrix DMX 提供标准的 RAID5 , RAID S 已经不再 EMC 产品中使用。

    6.Intel Matrix RAID

    Matrix RAID 是 Intel ICH6R 和后继的南桥芯片的一个重要特征,可以通过 RAID BIOS 进行访问。它使用两块磁盘或者控制器能支持的最多磁盘,它的显著特征是允许 RAID0 、 1 、 5 、 10 多种数据卷混合共存,每块磁盘的指定部分分配给相应的 RAID 卷。 Matrix RAID 主要用于改善性能和数据完整性,实际应用中可以将操作系统应用于小的 RAID0 ,而大的 RAID1 存储关键数据以及用户数据。海量的流媒体数据容易发生数据丢失,可以考虑使用这种 RAID 。 linux 的 MD RAID 也可以实现类似的功能。

    7.Linux MD RAID 10

    RAID 10 是 Linux 内核所支持的软 RAID 等级之一,它还支持 RAID0、1、3、4、5、6 等级别。软 RAID 驱动程序通常通过构造典型的 RAID1+0 阵开来实现 RAID10 , 2.6.9 以后的内核也可作为单独的级别来实现。

    MD RAID10 支持重复数据块的近布局和远布局两种模式。近布局与标准 RAID10 相同,镜像数据块相邻存储。对于 n 重镜像的 k 路条带,不要求 k 为 n 的 整倍数。两重镜像的2、3、4路条带的 MD RAID10 分布相当于 RAID1 、 RAID-1E 和 RAID10 。远布局模式下,所有磁盘被划分为 f ( f= 镜像数)个数据存储区,重复数据块相对于原始数据块具有一个磁盘和若干依偏移的距离,即保存在下一个磁盘对应存储区的偏移位置。这种设计能够提高镜像阵列的条带性能,有效提高顺序和随机读性能,但对写性能没有显著提升。许多应该通常具有读密集而写稀疏的特点, RAID10 适合此类数据应用。需要指出的是,近布局和远布局两种模式可以同时使用,这种情况下将有 n * f 个数据副本。

    1. IBM ServerRAID 1E

    IBM 公司的 ServerRAID 阵列卡系列支持任意数量驱动器上的两路镜像,多个磁盘对数据块进行轮转镜像。这种配置能够对不相邻磁盘驱动器发生的损坏进行容错,其他的存储系统也支持这种模式,比如 SUN 公司的 StorEdge T3 。

    9.RAID-K

    Kaleidescape 公司实现了一种称为 RAID-K[16] 的 RAID 类型。 RAID-K 与 RAID4 相似,但不对文件数据进行块级的条带化处理,它企图将整个电影或音乐集合完整地存储在单个磁盘上。另外,它的冗余校验信息可存储在多个磁盘上,从而适应由多个容量不同的磁盘所组成的逻辑磁盘。而且,冗余数据包含比校验信息更多的数据,用于获取更高的容错性。这些特征可以为影像、音乐提供更好的性能,增加数据存储的安全性。 RAID-K 还可以允许用户以增量方式扩充存储容量,能够增加容量更大的磁盘,甚至它还可以增加包含数据(仅限影像和音乐)的磁盘。 RAID-K 会自动把这些磁盘组建成 RAID-K 阵列和 Kaleidescape 文件系统。

    1. RAID-Z

    RAID-Z 是集成在 SUN 公司 ZFS 文件系统中的一种与 RAID5 相似的 RAID 模式。利用写时复制策略, RAID-Z 避免了 RAID5 的写操作困境(即更新数据同时需要更新校验数据),它不用新数据覆盖旧数据,而是把新数据写到新位置并自动更新数据指针。对于小的写操作,仅仅执行完全的写条带操作,有效避免 “ 读取-更改-写回 ” 的操作需求。另外,还可以直接对小写操作使用镜像替换校验进行保护,因为文件系统了解下层存储结构,可以在必要时分配 额外存储空间。 ZFS 还实现了 RAID-Z2 ,提供类似与 RAID6 的双重校验保护能力,可以保证不块磁盘发生损坏而不发生数据丢失。根据 2009 年 6 月的更新, ZFS 加入了三重校验 RAID 支持,或许称为 RAID-Z3 。

    1.4.3 RAID技术的应用

    RAID 等级的选择主要有三个因素,即数据可用性、 I/O 性能和成本。 目前,在实际应用中常见的主流 RAID 等级是 RAID0 , RAID1 , RAID3 , RAID5 , RAID6 和 RAID10 ,它们之间的技术对比情况如表 1 所示。如果不要求可用性,选择 RAID0 以获得高性能。如果可用性和性能是重要的,而成本不是一个主要因素,则根据磁盘数量选择 RAID1 。如果可用性,成本和性能都同样重要,则根据一般的数据传输和磁盘数量选择 RAID3 或 RAID5 。在实际应用中,应当根据用户的数据应用特点和具体情况,综合考虑可用性、性能和成本来选择合适的 RAID 等级。
    在这里插入图片描述

    1.4.3.1 DAS –direct access storage device 直接访问存储设备

    DAS是磁盘存储设备的术语,以前被用在大、中型机上。使用在PC机上还包括硬盘设备DAS的最新形式是RAID。“直接访问”指访问所有数据的时间是相同的。

    1.4.3.2 NAS --Network Attached Storage 网络附加存储设备

    一种特殊目的的服务器,它具有嵌入式的软件系统,可以通过网络对个种的系统平台提供文件共享服务

    1.4.4.3 SAN --Storage Area Networks 存储区域网

    一种高速的专用网络,用于建立服务器、磁盘阵列和磁带库之间的一种直接联接。它如同扩展的存储器总线,将专用的集线器、交换器以及网关或桥路互相连接在一起。 SAN 常使用光纤通道。一个 SAN 可以是本地的或者是远程的,也可以是共享的或者是专用的。SAN 打破了存储器与服务器之间的束缚,允许你独立地选择最佳的存储器或者是最佳的服务器,从而提高可扩性和灵活性。

    展开全文
  • 磁盘阵列磁盘阵列

    2008-04-02 16:42:53
    磁盘阵列磁盘阵列磁盘阵列

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 11,147
精华内容 4,458
关键字:

磁盘阵列