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服務(wù)器硬盤(pán)RAID技術(shù)解析
RAID可以充分發(fā)揮出多塊硬盤(pán)的優(yōu)勢，可以提升硬盤(pán)速度，增大容量，提供容錯功能夠確保數據安全性，易于治理的優(yōu)點(diǎn)，在任何一塊硬盤(pán)出現問(wèn)題的情況下都可以繼續工作，不會(huì )受到損壞硬盤(pán)的影響。下面一起來(lái)學(xué)習一下硬盤(pán)RAID技術(shù)吧!
一、Raid定義
RAID(Redundant Array of Independent Disk獨立冗余磁盤(pán)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(jià)磁盤(pán)來(lái)代替大的昂貴磁盤(pán)，同時(shí)希望磁盤(pán)失效時(shí)不會(huì )使對數據的訪(fǎng)問(wèn)受損失而開(kāi)發(fā)出一定水平的數據保護技術(shù)。RAID就是一種由多塊廉價(jià)磁盤(pán)構成的冗余陣列，在操作系統下是作為一個(gè)獨立的大型存儲設備出現。RAID可以充分發(fā)揮出多塊硬盤(pán)的優(yōu)勢，可以提升硬盤(pán)速度，增大容量，提供容錯功能夠確保數據安全性，易于治理的優(yōu)點(diǎn)，在任何一塊硬盤(pán)出現問(wèn)題的情況下都可以繼續工作，不會(huì )受到損壞硬盤(pán)的影響。
二、RAID的幾種工作模式
1、RAID0
即Data Stripping數據分條技術(shù)。RAID 0可以把多塊硬盤(pán)連成一個(gè)容量更大的硬盤(pán)群，可以提高磁盤(pán)的性能和吞吐量。RAID 0沒(méi)有冗余或錯誤修復能力，成本低，要求至少兩個(gè)磁盤(pán)，一般只是在那些對數據安全性要求不高的情況下才被使用。
(1)、RAID 0最簡(jiǎn)單方式
就是把x塊同樣的硬盤(pán)用硬件的形式通過(guò)智能磁盤(pán)控制器或用操作系統中的磁盤(pán)驅動(dòng)程序以軟件的方式串聯(lián)在一起，形成一個(gè)獨立的邏輯驅動(dòng)器，容量是單獨硬盤(pán)的x倍,在電腦數據寫(xiě)時(shí)被依次寫(xiě)入到各磁盤(pán)中，當一塊磁盤(pán)的空間用盡時(shí)，數據就會(huì )被自動(dòng)寫(xiě)入到下一塊磁盤(pán)中，它的好處是可以增加磁盤(pán)的容量。速度與其中任何一塊磁盤(pán)的速度相同，假如其中的任何一塊磁盤(pán)出現故障，整個(gè)系統將會(huì )受到破壞，可靠性是單獨使用一塊硬盤(pán)的1/n。
(2)、RAID 0的另一方式
是用n塊硬盤(pán)選擇合理的帶區大小創(chuàng )建帶區集，最好是為每一塊硬盤(pán)都配備一個(gè)專(zhuān)門(mén)的磁盤(pán)控制器,在電腦數據讀寫(xiě)時(shí)同時(shí)向n塊磁盤(pán)讀寫(xiě)數據,速度提升n倍。提高系統的性能。
2、RAID 1
RAID 1稱(chēng)為磁盤(pán)鏡像：把一個(gè)磁盤(pán)的數據鏡像到另一個(gè)磁盤(pán)上，在不影響性能情況下最大限度的保證系統的可靠性和可修復性上，具有很高的數據冗余能力，但磁盤(pán)利用率為50%，故成本最高，多用在保存要害性的重要數據的場(chǎng)合。RAID 1有以下特點(diǎn)：
(1)、RAID 1的每一個(gè)磁盤(pán)都具有一個(gè)對應的鏡像盤(pán)，任何時(shí)候數據都同步鏡像，系統可以從一組鏡像盤(pán)中的任何一個(gè)磁盤(pán)讀取數據。
(2)、磁盤(pán)所能使用的空間只有磁盤(pán)容量總和的一半，系統成本高。
(3)、只要系統中任何一對鏡像盤(pán)中至少有一塊磁盤(pán)可以使用，甚至可以在一半數量的硬盤(pán)出現問(wèn)題時(shí)系統都可以正常運行。
(4)、出現硬盤(pán)故障的RAID系統不再可靠，應當及時(shí)的更換損壞的硬盤(pán)，否則剩余的鏡像盤(pán)也出現問(wèn)題，那么整個(gè)系統就會(huì )崩潰。
(5)、更換新盤(pán)后原有數據會(huì )需要很長(cháng)時(shí)間同步鏡像，外界對數據的訪(fǎng)問(wèn)不會(huì )受到影響，只是這時(shí)整個(gè)系統的性能有所下降。
(6)、RAID 1磁盤(pán)控制器的負載相當大，用多個(gè)磁盤(pán)控制器可以提高數據的安全性和可用性。
3、RAID0 1
把RAID0和RAID1技術(shù)結合起來(lái)，數據除分布在多個(gè)盤(pán)上外，每個(gè)盤(pán)都有其物理鏡像盤(pán)，提供全冗余能力，答應一個(gè)以下磁盤(pán)故障，而不影響數據可用性，并具有快速讀/寫(xiě)能力。RAID0 1要在磁盤(pán)鏡像中建立帶區集至少4個(gè)硬盤(pán)。 4、RAID2
電腦在寫(xiě)入數據時(shí)在一個(gè)磁盤(pán)上保存數據的各個(gè)位，同時(shí)把一個(gè)數據不同的位運算得到的海明校驗碼保存另一組磁盤(pán)上，由于海明碼可以在數據發(fā)生錯誤的情況下將錯誤校正，以保證輸出的正確。但海明碼使用數據冗余技術(shù)，使得輸出數據的速率取決于驅動(dòng)器組中速度最慢的磁盤(pán)。RAID2控制器的設計簡(jiǎn)單。
5、RAID3：帶奇偶校驗碼的并行傳送
RAID 3使用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的磁盤(pán)存放所有的校驗數據，而在剩余的磁盤(pán)中創(chuàng )建帶區集分散數據的讀寫(xiě)操作。當一個(gè)完好的RAID 3系統中讀取數據，只需要在數據存儲盤(pán)中找到相應的數據塊進(jìn)行讀取操作即可。但當向RAID 3寫(xiě)入數據時(shí)，必須計算與該數據塊同處一個(gè)帶區的所有數據塊的校驗值，并將新值重新寫(xiě)入到校驗塊中，這樣無(wú)形雖增加系統開(kāi)銷(xiāo)。當一塊磁盤(pán)失效時(shí)，該磁盤(pán)上的所有數據塊必須使用校驗信息重新建立，假如所要讀取的數據塊正好位于已經(jīng)損壞的磁盤(pán)，則必須同時(shí)讀取同一帶區中的所有其它數據塊，并根據校驗值重建丟失的數據，這使系統減慢。當更換了損壞的磁盤(pán)后，系統必須一個(gè)數據塊一個(gè)數據塊的重建壞盤(pán)中的數據，整個(gè)系統的性能會(huì )受到嚴重的影響。RAID 3最大不足是校驗盤(pán)很輕易成為整個(gè)系統的瓶頸，對于經(jīng)常大量寫(xiě)入操作的應用會(huì )導致整個(gè)RAID系統性能的下降。RAID 3適合用于數據庫和WEB服務(wù)器等。
6、RAID4
RAID4即帶奇偶校驗碼的獨立磁盤(pán)結構，RAID4和RAID3很象，它對數據的訪(fǎng)問(wèn)是按數據塊進(jìn)行的，也就是按磁盤(pán)進(jìn)行的，每次是一個(gè)盤(pán)，RAID4的特點(diǎn)和RAID3也挺象，不過(guò)在失敗恢復時(shí)，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設計難度也要大許多，而且訪(fǎng)問(wèn)數據的效率不怎么好。
7、RAID5
RAID 5把校驗塊分散到所有的數據盤(pán)中。RAID 5使用了一種非凡的算法，可以計算出任何一個(gè)帶區校驗塊的存放位置。這樣就可以確保任何對校驗塊進(jìn)行的讀寫(xiě)操作都會(huì )在所有的RAID磁盤(pán)中進(jìn)行均衡，從而消除了產(chǎn)生瓶頸的可能。RAID5的讀出效率很高，寫(xiě)入效率一般，塊式的集體訪(fǎng)問(wèn)效率不錯。RAID 5提高了系統可靠性，但對數據傳輸的并行性解決不好，而且控制器的設計也相當困難。
8、RAID6
RAID6即帶有兩種分布存儲的奇偶校驗碼的獨立磁盤(pán)結構，它是對RAID5的擴展，主要是用于要求數據絕對不能出錯的場(chǎng)合，使用了二種奇偶校驗值，所以需要N 2個(gè)磁盤(pán)，同時(shí)對控制器的設計變得十分復雜，寫(xiě)入速度也不好，用于計算奇偶校驗值和驗證數據正確性所花費的時(shí)間比較多，造成了不必須的負載，很少人用。
9、RAID7
RAID7即優(yōu)化的高速數據傳送磁盤(pán)結構，它所有的I/O傳送均是同步進(jìn)行的，可以分別控制，這樣提高了系統的并行性和系統訪(fǎng)問(wèn)數據的速度;每個(gè)磁盤(pán)都帶有高速緩沖存儲器，實(shí)時(shí)操作系統可以使用任何實(shí)時(shí)操作芯片，達到不同實(shí)時(shí)系統的需要。答應使用SNMP協(xié)議進(jìn)行治理和監視，可以對校驗區指定獨立的傳送信道以提高效率�？梢赃B接多臺主機，當多用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)系統時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間幾乎接近于0。但假如系統斷電，在高速緩沖存儲器內的數據就會(huì )全部丟失，因此需要和UPS一起工作，RAID7系統成本很高。
10、RAID 2.0
RAID 2.0(獨立磁盤(pán)冗余數組2.0, Redundant Array of Independent Disks Version 2.0)，為增強型RAID技術(shù)，有效解決了機械硬盤(pán)容量越來(lái)越大，重構一塊機械硬盤(pán)所需時(shí)間越來(lái)越長(cháng)，傳統RAID組重構窗口越來(lái)越大而導致重構期間又故障一塊硬盤(pán)而徹底丟失數據風(fēng)險的問(wèn)題。其基本思想就是把大容量機械硬盤(pán)先按照固定的容量切割成多個(gè)更小的分塊(Chunk，通常為64MB)，RAID組建立在這些小分塊上，而不是某些硬盤(pán)上，我們稱(chēng)為分塊組(Chunk Group)。此時(shí)硬盤(pán)間不再組成傳統的RAID關(guān)系，而是組成更大硬盤(pán)數量的硬盤(pán)組(通常包含96塊盤(pán))，每個(gè)硬盤(pán)上不同的分塊可與此硬盤(pán)組上不同硬盤(pán)上的分塊組成不同RAID類(lèi)型的分塊組，這樣一個(gè)硬盤(pán)上的分塊可以屬于多個(gè)RAID類(lèi)型的多個(gè)分塊組。以這樣的組織形式，基于RAID2.0技術(shù)的存儲系統能夠做到在一塊硬盤(pán)故障后，在硬盤(pán)組上的所有硬盤(pán)上并發(fā)進(jìn)行重構，而不再是傳統RAID的單個(gè)熱備盤(pán)上進(jìn)行重構，從而大大降低重構時(shí)間，減少重構窗口擴大導致的數據丟失風(fēng)險，在硬盤(pán)容量大幅增加的同時(shí)確保存儲系統的性能和可靠性。RAID2.0并沒(méi)有改變傳統的各種RAID類(lèi)型的算法，而是把RAID范圍縮小到分塊組上。
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