RAID級別簡介

RAID(磁盤陣列)【內容導航】

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•   第 1 頁:RAID 基本介紹

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•   第2頁:RADI0

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•   第 3 頁:RAID 1

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•   第 4 頁:RAID 10 或 RAID 0+1

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•   第 5 頁:RAID 3

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•   第 6 頁:RAID 5

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•   第 7 頁:RAID 6

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•   第 8 頁:RAID 7

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•   第 9 頁:RAID 5E 和 RAID 5EE

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•   第 10 頁:Matrix RAID

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•   第 11 頁:NV RAID

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•   第 12 頁:RAID 1E、RAID DP、RAID ADG

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•   第 13 頁:產品詳細信息

  RAID 是英文 Redundant Array of Independent Disks 的縮寫,翻譯成中文意思是「獨立磁盤冗餘陣列」,實際上也是咱們常常所說的「磁盤陣列」。

  簡單的說,RAID 是一種把多塊獨立的硬盤(物理硬盤)按不一樣的方式組合起 來造成一個硬盤組(邏輯硬盤),從而提供比單個硬盤更高的存儲性能和提供 數據備份技術。組成磁盤陣列的不一樣方式成爲 RAID 級別(RAID Levels)。數 據備份的功能是在用戶數據一旦發生損壞後,利用備份信息可使損壞數據得 以恢復,從而保障了用戶數據的安全性。在用戶看起來,組成的磁盤組就像是 一個硬盤,用戶能夠對它進行分區,格式化等等。總之,對磁盤陣列的操做與 單個硬盤如出一轍。不一樣的是,磁盤陣列的存儲速度要比單個硬盤高不少,而 且能夠提供自動數據備份。

  RAID 技術的兩大特色:一是速度、二是安全,因爲這兩項優勢,RAID 技術早 期被應用於高級服務器中的 SCSI 接口的硬盤系統中,隨着近年計算機技術的發 展,PC機的 CPU 的速度已進入 GHz 時代。IDE 接口的硬盤也不甘落後,相 繼推出了 ATA66 和 ATA100 硬盤。這就使得 RAID 技術被應用於中低檔甚至個 人PC機上成爲可能。RAID 一般是由在硬盤陣列塔中的 RAID 控制器或電腦中 的 RAID 卡來實現的。

  RAID 技術通過不斷的發展,如今已擁有了從 RAID 0 到 6 七種基本的 RAID 級 別。另外,還有一些基本 RAID 級別的組合形式,如 RAID 10(RAID 0 與RAID 1 的組合),RAID 50(RAID 0 與 RAID 5 的組合)等。不一樣 RAID 級別 表明着不一樣的存儲性能、數據安全性和存儲成本。但咱們最爲經常使用的是下面的 幾種 RAID 形式。

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RAID 級別的選擇有三個主要因素:可用性(數據冗餘)、性能和成本。若是 不要求可用性,選擇 RAID0 以得到最佳性能。若是可用性和性能是重要的而成 本不是一個主要因素,則根據硬盤數量選擇 RAID 1。若是可用性、成本和性能 都一樣重要,則根據通常的數據傳輸和硬盤的數量選擇 RAID三、RAID5。

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RAID 0 又稱爲 Stripe(條帶化)或 Striping,它表明了全部 RAID 級別中最高的 存儲性能。RAID 0 提升存儲性能的原理是把連續的數據分散到多個磁盤上存取, 這樣,系統有數據請求就能夠被多個磁盤並行的執行,每一個磁盤執行屬於它自 己的那部分數據請求。這種數據上的並行操做能夠充分利用總線的帶寬,顯著 提升磁盤總體存取性能。

如圖所示:系統向三個磁盤組成的邏輯硬盤(RADI 0 磁盤組)發出的 I/O 數據 請求被轉化爲 3 項操做,其中的每一項操做都對應於一塊物理硬盤。咱們從圖 中能夠清楚的看到經過創建 RAID 0,原先順序的數據請求被分散到全部的三塊

硬盤中同時執行。從理論上講,三塊硬盤的並行操做使同一時間內磁盤讀寫速 度提高了 3 倍。 但因爲總線帶寬等多種因素的影響,實際的提高速率確定會低 於理論值,可是,大量數據並行傳輸與串行傳輸比較,提速效果顯著顯然毋庸 置疑。

RAID 0 的缺點是不提供數據冗餘,所以一旦用戶數據損壞,損壞的數據將沒法 獲得恢復。

RAID 0 具備的特色,使其特別適用於對性能要求較高,而對數據安全不太在意 的領域,如圖形工做站等。對於我的用戶,RAID 0 也是提升硬盤存儲性能的絕 佳選擇。

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RAID 1 又稱爲 Mirror 或 Mirroring(鏡像),它的宗旨是最大限度的保證用戶 數據的可用性和可修復性。 RAID 1 的操做方式是把用戶寫入硬盤的數據百分 之百地自動複製到另一個硬盤上。

如圖所示:當讀取數據時,系統先從 RAID 0 的源盤讀取數據,若是讀取數據 成功,則系統不去管備份盤上的數據;若是讀取源盤數據失敗,則系統自動轉 而讀取備份盤上的數據,不會形成用戶工做任務的中斷。固然,咱們應當及時 地更換損壞的硬盤並利用備份數據從新創建 Mirror,避免備份盤在發生損壞時, 形成不可挽回的數據損失。

因爲對存儲的數據進行百分之百的備份,在全部 RAID 級別中,RAID 1 提供最 高的數據安全保障。一樣,因爲數據的百分之百備份,備份數據佔了總存儲空 間的一半,於是 Mirror(鏡像)的磁盤空間利用率低,存儲成本高。

Mirror 雖不能提升存儲性能,但因爲其具備的高數據安全性,使其尤爲適用於 存放重要數據,如服務器和數據庫存儲等領域.

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正如其名字同樣 RAID 0+1 是 RAID 0 和 RAID 1 的組合形式,也稱爲 RAID 10。

以四個磁盤組成的 RAID 0+1 爲例,其數據存儲方式如圖所示:RAID 0+1 是存 儲性能和數據安全兼顧的方案。它在提供與 RAID 1 同樣的數據安全保障的同 時,也提供了與 RAID 0 近似的存儲性能。

因爲 RAID 0+1 也經過數據的 100%備份功能提供數據安全保障,所以 RAID 0+1 的磁盤空間利用率與 RAID 1 相同,存儲成本高。

RAID 0+1 的特色使其特別適用於既有大量數據須要存取,同時又對數據安全性 要求嚴格的領域,如銀行、金融、商業超市、倉儲庫房、各類檔案管理等。

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RAID 3 是把數據分紅多個「塊」,按照必定的容錯算法,存放在 N+1 個硬盤上, 實際數據佔用的有效空間爲 N 個硬盤的空間總和,而第 N+1 個硬盤上存儲的數 據是校驗容錯信息,當這 N+1 個硬盤中的其中一個硬盤出現故障時,從其它 N

個硬盤中的數據也能夠恢復原始數據,這樣,僅使用這 N 個硬盤也能夠帶傷繼 續工做(如採集和回放素材),當更換一個新硬盤後,系統能夠從新恢復完整 的校驗容錯信息。因爲在一個硬盤陣列中,多於一個硬盤同時出現故障率的幾 率很小,因此通常狀況下,使用 RAID3,安全性是能夠獲得保障的。與 RAID0相比,RAID3 在讀寫速度方面相對較慢。使用的容錯算法和分塊大小決定RAID 使用的應用場合,在一般狀況下,RAID3 比較適合大文件類型且安全性 要求較高的應用,如視頻編輯、硬盤播出機、大型數據庫等.

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RAID 5 是一種存儲性能、數據安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。 以四個 硬盤組成的 RAID 5 爲例,其數據存儲方式如圖 4 所示:圖中,P0 爲 D0,D1和 D2 的奇偶校驗信息,其它以此類推。由圖中能夠看出,RAID 5 不對存儲的 數據進行備份,而是把數據和相對應的奇偶校驗信息存儲到組成 RAID5 的各個 磁盤上,而且奇偶校驗信息和相對應的數據分別存儲於不一樣的磁盤上。當RAID5 的一個磁盤數據發生損壞後,利用剩下的數據和相應的奇偶校驗信息去 恢復被損壞的數據。

RAID 5 能夠理解爲是 RAID 0 和 RAID 1 的折衷方案。RAID 5 能夠爲系統提供 數據安全保障,但保障程度要比 Mirror 低而磁盤空間利用率要比 Mirror 高。RAID 5 具備和 RAID 0 相近似的數據讀取速度,只是多了一個奇偶校驗信息, 寫入數據的速度比對單個磁盤進行寫入操做稍慢。同時因爲多個數據對應一個 奇偶校驗信息,RAID 5 的磁盤空間利用率要比 RAID 1 高,存儲成本相對較低。

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下面要說的是一些並不常見的 RAID 級別,這些 RAID 級別有些是未來發展的 方向,有些是單個公司提出的標準,它們提出的這些 RAID 級別比咱們常見的 這些 RAID 級別在性能和數據恢復能力上要強大,所以,也被一些公司所採用。

RAID 6

RAID 6 是由一些大型企業提出來的私有 RAID 級別標準,它的全稱叫「Independent Data disks with two independent distributed parity schemes(帶有兩個 獨立分佈式校驗方案的獨立數據磁盤)」。這種 RAID 級別是在 RAID 5 的基礎 上發展而成,所以它的工做模式與 RAID 5 有殊途同歸之妙,不一樣的是 RAID 5將校驗碼寫入到一個驅動器裏面,而 RAID 6 將校驗碼寫入到兩個驅動器裏面, 這樣就加強了磁盤的容錯能力,同時 RAID 6 陣列中容許出現故障的磁盤也就 達到了兩個,但相應的陣列磁盤數量最少也要 4 個。下圖是 RAID 6 的圖解。

從圖中咱們能夠看到每一個磁盤中都具備兩個校驗值,而 RAID 5 裏面只能爲每 一個磁盤提供一個校驗值,因爲校驗值的使用能夠達到恢復數據的目的,所以 多增長一位校驗位,數據恢復的能力就越強。不過在增長一位校驗位後,就需 要一個比較複雜的控制器來進行控制,同時也使磁盤的寫能力下降,而且還需 要佔用必定的磁盤空間。所以,這種 RAID 級別應用還比較少,相信隨着 RAID 6 技術的不斷完善,RAID 6 將獲得普遍應用。RAID 6 的磁盤數量爲 N+2 個。

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RAID 7

RAID 7 全稱叫「Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High DataTransfer Rates(最優化的異步高 I/O 速率和高數據傳輸率)」,它與之前咱們見 到 RAID 級別具備明顯的區別。RAID 7 徹底能夠理解爲一個獨立存儲計算機, 它自身帶有操做系統和管理工具,徹底能夠獨立運行。RAID 7 的圖解以下:

圖中每一個「柱體」是由多個磁盤構成,而不是咱們之前看到的一個磁盤表示一個「柱體」。從上圖咱們能夠看出,每一個磁盤都有一個獨立的 I/O 通道,它們與主 通道相連,操做系統能夠直接對每一個磁盤的訪問進行控制,可讓每一個磁盤在 不一樣的時段進行數據讀寫,這樣就大大改善了 I/O 的應用,同時也提升了數據 讀寫的能力,而這種磁盤訪問方式也叫作非同步訪問。在 RAID 7 中,提供了 一個磁盤做爲專門的校驗盤,它適合於任何一個磁盤進行數據恢復。

總的來講,RAID 7 與咱們傳統的 RAID 級別有很大區別,它的優勢不少,但缺 點也很是明顯,那就是價格很是高,對於普通企業用戶並不實用。

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RAID 5E

RAID 5E 是由 IBM 公司提出的一種私有 RAID 級別,沒有成爲國際標準。這種RAID 級別也是從 RAID 5 的基礎上發展而來的,它與 RAID 5 不一樣的地方是將 數據校驗信息平均分佈在每個磁盤中,而且每一個磁盤都要預留必定的空間, 這部分空間沒有進行條帶化(條帶是指數據爲了保存在 RAID 中,被劃分紅的 最小單元。經過對條帶進行調整,可使支持 RAID 的磁盤陣列性能更加優 異)。當一個磁盤出現故障時,這個磁盤上的數據將被壓縮到其餘磁盤預留沒 有條帶化的空間內,達到數據保護的做用,而這時候的 RAID 級別則從 RAID 5E 轉換成了 RAID 5,繼續保護磁盤數據。RAID 5E 容許兩個磁盤出錯,最少 也須要 4 個磁盤才能實現 RAID 5E。下圖是 RAID 5E 的圖解:

RAID 5EE

RAID 5EE 也是由 IBM 公司提出的一種私有 RAID 級別,它也沒有成爲國際標 準。RAID 5EE 的工做原理與 RAID 5E 基本相同,它也是在每一個磁盤中預留一 部分空間做爲分佈的熱備盤,當一個硬盤出現故障時,這個磁盤上的數據將被 壓縮到分佈的熱備盤中,達到數據的保護做用。不過與 RAID 5E 不一樣的是RAID 5EE 內增長了一些優化技術,使 RAID 5EE 的工做效率更高,壓縮數據的 速度也更快。RAID 5EE 容許兩個磁盤出錯,最少須要 4 個磁盤實現。

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Matrix RAID

Matrix RAID 即所謂的「矩陣 RAID」,是 ICH6R 南橋所支持的一種廉價的磁 盤冗餘技術,是一種經濟性高的新穎 RAID 解決方案。Matrix RAID 技術的原理 至關簡單,只須要兩塊硬盤就能實現了 RAID 0 和 RAID 1 磁盤陣列,而且不需 要添加額外的 RAID 控制器,這正是咱們普通用戶所指望的。Matrix RAID 須要 硬件層和軟件層同時支持才能實現,硬件方面目前就是 ICH6R 南橋以及更高階 的 ICH6RW 南橋,而 Intel Application Acclerator 軟件和 Windows 操做系統均對 軟件層提供了支持。

Matrix RAID 的原理就是將每一個硬盤容量各分紅兩部分(即:將一個硬盤虛 擬成兩個子硬盤,這時子硬盤總數爲 4 個),其中用兩個虛擬子硬盤來建立RAID0 模式以提升效能,而其它兩個虛擬子硬盤則透過鏡像備份組成 RAID 1用來備份數據。在 Matrix RAID 模式中數據存儲模式以下:兩個磁盤驅動器的 第一部分被用來建立 RAID 0 陣列,主要用來存儲操做系統、應用程序和交換 文件,這是由於磁盤開始的區域擁有較高的存取速度,Matrix RAID 將 RAID 0邏輯分割區置於硬盤前端(外圈)的主因,是可讓須要效能的模塊獲得最好的 效能表現;而兩個磁盤驅動器的第二部分用來建立 RAID1 模式,主要用來存儲 用戶我的的文件和數據。

例如,使用兩塊 120GB 的硬盤,能夠將兩塊硬盤的前 60GB 組成 120GB 的 邏輯分割區,而後剩下兩個 60GB 區塊組成一個 60GB 的數據備份分割區。像 須要高效能、卻不須要安全性的應用,就能夠安裝在 RAID 0 分割區,而須要 安全性備分的數據,則可安裝在 RAID 1 分割區。換言之,使用者獲得的總硬 盤空間是 180GB,和傳統的 RAID 0+1 相比,容量使用的效益很是的高,並且 在容量配置上有着更高的彈性。若是發生硬盤損毀,RAID 0 分割區數據天然無 法復原,可是 RAID 1 分割區的數據卻會獲得保全。

能夠說,利用 Matrix RAID 技術,咱們只須要 2 個硬盤就能夠在獲取高效 數據存取的同時又能確保數據安全性。這意味着普通用戶也能夠低成本享受到RAID 0+1 應用模式。

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NV RAID

NV RAID 是 nVidia 自行開發的 RAID 技術,隨着 nForce 各系列芯片組的 發展也不斷推陳出新。相對於其它 RAID 技術而言,目前最新的 nForce4 系列 芯片組的 NV RAID 具備本身的鮮明特色,主要是如下幾點:

(1)交錯式 RAID(Cross-Controller RAID):交錯式 RAID 即俗稱的混合式 RAID, 也就是將 SATA 接口的硬盤與 IDE 接口的硬盤聯合起來組成一個 RAID 模式。 交錯式 RAID 在 nForce3 250 系列芯片組中便已經出現,在 nForce 4 系列芯片組 身上該功能獲得延續和加強。

(2)熱冗餘備份功能:在 nForce 4 系列芯片組中,因支持 Serial ATA 2.0 的熱插 拔功能,用戶能夠在使用過程當中更換損壞的硬盤,並在運行狀態下從新創建一 個新的鏡像,確保重要數據的安全性。更爲可喜的是,nForce 4 的 nVIDIA RAID 控制器還容許用戶爲運行中的 RAID 系統增長一個冗餘備份特性,而沒必要 理會系統採用哪種 RAID 模式,用戶能夠在驅動程序提供的「管理工具」中指 派任何一個多餘的硬盤用做 RAID 系統的熱備份。該熱冗餘硬盤可讓多個RAID 系統(如一個 RAID 0 和一個 RAID1)共享,也能夠爲其中一個 RAID 系統 所獨自佔有,功能相似於時下的高端 RAID 系統。

(3)簡易的 RAID 模式遷移:nForce 4 系列芯片組的 NV RAID 模塊新增了一個名 爲「Morphing」的新功能,用戶只須要選擇轉換以後的 RAID 模式,然後執行「Morphing」操做,RAID 刪除和模式重設的工做能夠自動完成,無需人爲干預, 易用性明顯提升。

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RAID 1E

RAID 1E 是 RAID 1 的加強版本,它並非咱們一般所說的 RAID 0+1 的組合。RAID 1E 的工做原理與 RAID1 基本上是同樣的,只是 RAID 1E 的數據恢復能 力更強,但因爲 RAID 1E 寫一分數據至少要兩次,所以,RAID 處理器的負載 獲得增強,從而形成磁盤讀寫能力的降低。RAID 1E 至少須要 3 塊硬盤才能實 現。RAID 1E 和 RAID 1 的工做原理圖以下:

RAID DP

RAID DP 也屬於一種私有的 RAID 標準,它實際上也就是雙 RAID 3 技術,所 謂雙 RAID 3 技術主要是說在同一磁盤陣列中組建兩個獨立的不一樣算法的校驗 磁盤,在單校驗磁盤下工做原理與 RAID 3 同樣,但增長了一個校驗盤以後, 則使整個磁盤陣列的安全性獲得提升,而且它的性能比 RAID 3 和 RAID 5 都要 好。

RAID ADG

RAID ADG 至關於雙 RAID 5 技術,是 HP 提出來的一種 RAID 技術。這種技術 部署了 2 個奇偶校驗集,並提供了 2 個硬盤的容量存儲這些奇偶校驗信息,能 同時容許 2 塊硬盤出現故障,有效提高了磁盤內數據的可靠性。不過這種技術 會嚴重影響系統速度,因此並無獲得推廣。

總結

以上提到的 RAID 技術都還不是規範的技術,所以,還有許多廠商也以定義了 一樣名字的 RAID 標準,但它們的原理有所區別,因此,你們在見到這些技術 時,必定要根據廠商方面的解釋爲主。