RAID级别简介

RAID(磁盘阵列)【内容导航】

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•   第 1 页:RAID 基本介绍

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•   第2页:RADI0

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•   第 3 页:RAID 1

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•   第 4 页:RAID 10 或 RAID 0+1

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•   第 5 页:RAID 3

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•   第 6 页:RAID 5

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•   第 7 页:RAID 6

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•   第 8 页:RAID 7

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•   第 9 页:RAID 5E 和 RAID 5EE

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•   第 10 页:Matrix RAID

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•   第 11 页:NV RAID

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•   第 12 页:RAID 1E、RAID DP、RAID ADG

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•   第 13 页:产品详细信息

  RAID 是英文 Redundant Array of Independent Disks 的缩写,翻译成中文意思是“独立磁盘冗余阵列”,实际上也是咱们常常所说的“磁盘阵列”。

  简单的说,RAID 是一种把多块独立的硬盘(物理硬盘)按不一样的方式组合起 来造成一个硬盘组(逻辑硬盘),从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供 数据备份技术。组成磁盘阵列的不一样方式成为 RAID 级别(RAID Levels)。数 据备份的功能是在用户数据一旦发生损坏后,利用备份信息可使损坏数据得 以恢复,从而保障了用户数据的安全性。在用户看起来,组成的磁盘组就像是 一个硬盘,用户能够对它进行分区,格式化等等。总之,对磁盘阵列的操做与 单个硬盘如出一辙。不一样的是,磁盘阵列的存储速度要比单个硬盘高不少,而 且能够提供自动数据备份。

  RAID 技术的两大特色:一是速度、二是安全,因为这两项优势,RAID 技术早 期被应用于高级服务器中的 SCSI 接口的硬盘系统中,随着近年计算机技术的发 展,PC机的 CPU 的速度已进入 GHz 时代。IDE 接口的硬盘也不甘落后,相 继推出了 ATA66 和 ATA100 硬盘。这就使得 RAID 技术被应用于中低档甚至个 人PC机上成为可能。RAID 一般是由在硬盘阵列塔中的 RAID 控制器或电脑中 的 RAID 卡来实现的。

  RAID 技术通过不断的发展,如今已拥有了从 RAID 0 到 6 七种基本的 RAID 级 别。另外,还有一些基本 RAID 级别的组合形式,如 RAID 10(RAID 0 与RAID 1 的组合),RAID 50(RAID 0 与 RAID 5 的组合)等。不一样 RAID 级别 表明着不一样的存储性能、数据安全性和存储成本。但咱们最为经常使用的是下面的 几种 RAID 形式。

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RAID 级别的选择有三个主要因素:可用性(数据冗余)、性能和成本。若是 不要求可用性,选择 RAID0 以得到最佳性能。若是可用性和性能是重要的而成 本不是一个主要因素,则根据硬盘数量选择 RAID 1。若是可用性、成本和性能 都一样重要,则根据通常的数据传输和硬盘的数量选择 RAID三、RAID5。

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RAID 0 又称为 Stripe(条带化)或 Striping,它表明了全部 RAID 级别中最高的 存储性能。RAID 0 提升存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取, 这样,系统有数据请求就能够被多个磁盘并行的执行,每一个磁盘执行属于它自 己的那部分数据请求。这种数据上的并行操做能够充分利用总线的带宽,显著 提升磁盘总体存取性能。

如图所示:系统向三个磁盘组成的逻辑硬盘(RADI 0 磁盘组)发出的 I/O 数据 请求被转化为 3 项操做,其中的每一项操做都对应于一块物理硬盘。咱们从图 中能够清楚的看到经过创建 RAID 0,原先顺序的数据请求被分散到全部的三块

硬盘中同时执行。从理论上讲,三块硬盘的并行操做使同一时间内磁盘读写速 度提高了 3 倍。 但因为总线带宽等多种因素的影响,实际的提高速率确定会低 于理论值,可是,大量数据并行传输与串行传输比较,提速效果显著显然毋庸 置疑。

RAID 0 的缺点是不提供数据冗余,所以一旦用户数据损坏,损坏的数据将没法 获得恢复。

RAID 0 具备的特色,使其特别适用于对性能要求较高,而对数据安全不太在意 的领域,如图形工做站等。对于我的用户,RAID 0 也是提升硬盘存储性能的绝 佳选择。

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RAID 1 又称为 Mirror 或 Mirroring(镜像),它的宗旨是最大限度的保证用户 数据的可用性和可修复性。 RAID 1 的操做方式是把用户写入硬盘的数据百分 之百地自动复制到另一个硬盘上。

如图所示:当读取数据时,系统先从 RAID 0 的源盘读取数据,若是读取数据 成功,则系统不去管备份盘上的数据;若是读取源盘数据失败,则系统自动转 而读取备份盘上的数据,不会形成用户工做任务的中断。固然,咱们应当及时 地更换损坏的硬盘并利用备份数据从新创建 Mirror,避免备份盘在发生损坏时, 形成不可挽回的数据损失。

因为对存储的数据进行百分之百的备份,在全部 RAID 级别中,RAID 1 提供最 高的数据安全保障。一样,因为数据的百分之百备份,备份数据占了总存储空 间的一半,于是 Mirror(镜像)的磁盘空间利用率低,存储成本高。

Mirror 虽不能提升存储性能,但因为其具备的高数据安全性,使其尤为适用于 存放重要数据,如服务器和数据库存储等领域.

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正如其名字同样 RAID 0+1 是 RAID 0 和 RAID 1 的组合形式,也称为 RAID 10。

以四个磁盘组成的 RAID 0+1 为例,其数据存储方式如图所示:RAID 0+1 是存 储性能和数据安全兼顾的方案。它在提供与 RAID 1 同样的数据安全保障的同 时,也提供了与 RAID 0 近似的存储性能。

因为 RAID 0+1 也经过数据的 100%备份功能提供数据安全保障,所以 RAID 0+1 的磁盘空间利用率与 RAID 1 相同,存储成本高。

RAID 0+1 的特色使其特别适用于既有大量数据须要存取,同时又对数据安全性 要求严格的领域,如银行、金融、商业超市、仓储库房、各类档案管理等。

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RAID 3 是把数据分红多个“块”,按照必定的容错算法,存放在 N+1 个硬盘上, 实际数据占用的有效空间为 N 个硬盘的空间总和,而第 N+1 个硬盘上存储的数 据是校验容错信息,当这 N+1 个硬盘中的其中一个硬盘出现故障时,从其它 N

个硬盘中的数据也能够恢复原始数据,这样,仅使用这 N 个硬盘也能够带伤继 续工做(如采集和回放素材),当更换一个新硬盘后,系统能够从新恢复完整 的校验容错信息。因为在一个硬盘阵列中,多于一个硬盘同时出现故障率的几 率很小,因此通常状况下,使用 RAID3,安全性是能够获得保障的。与 RAID0相比,RAID3 在读写速度方面相对较慢。使用的容错算法和分块大小决定RAID 使用的应用场合,在一般状况下,RAID3 比较适合大文件类型且安全性 要求较高的应用,如视频编辑、硬盘播出机、大型数据库等.

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RAID 5 是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。 以四个 硬盘组成的 RAID 5 为例,其数据存储方式如图 4 所示:图中,P0 为 D0,D1和 D2 的奇偶校验信息,其它以此类推。由图中能够看出,RAID 5 不对存储的 数据进行备份,而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成 RAID5 的各个 磁盘上,而且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不一样的磁盘上。当RAID5 的一个磁盘数据发生损坏后,利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去 恢复被损坏的数据。

RAID 5 能够理解为是 RAID 0 和 RAID 1 的折衷方案。RAID 5 能够为系统提供 数据安全保障,但保障程度要比 Mirror 低而磁盘空间利用率要比 Mirror 高。RAID 5 具备和 RAID 0 相近似的数据读取速度,只是多了一个奇偶校验信息, 写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操做稍慢。同时因为多个数据对应一个 奇偶校验信息,RAID 5 的磁盘空间利用率要比 RAID 1 高,存储成本相对较低。

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下面要说的是一些并不常见的 RAID 级别,这些 RAID 级别有些是未来发展的 方向,有些是单个公司提出的标准,它们提出的这些 RAID 级别比咱们常见的 这些 RAID 级别在性能和数据恢复能力上要强大,所以,也被一些公司所采用。

RAID 6

RAID 6 是由一些大型企业提出来的私有 RAID 级别标准,它的全称叫“Independent Data disks with two independent distributed parity schemes(带有两个 独立分布式校验方案的独立数据磁盘)”。这种 RAID 级别是在 RAID 5 的基础 上发展而成,所以它的工做模式与 RAID 5 有殊途同归之妙,不一样的是 RAID 5将校验码写入到一个驱动器里面,而 RAID 6 将校验码写入到两个驱动器里面, 这样就加强了磁盘的容错能力,同时 RAID 6 阵列中容许出现故障的磁盘也就 达到了两个,但相应的阵列磁盘数量最少也要 4 个。下图是 RAID 6 的图解。

从图中咱们能够看到每一个磁盘中都具备两个校验值,而 RAID 5 里面只能为每 一个磁盘提供一个校验值,因为校验值的使用能够达到恢复数据的目的,所以 多增长一位校验位,数据恢复的能力就越强。不过在增长一位校验位后,就需 要一个比较复杂的控制器来进行控制,同时也使磁盘的写能力下降,而且还需 要占用必定的磁盘空间。所以,这种 RAID 级别应用还比较少,相信随着 RAID 6 技术的不断完善,RAID 6 将获得普遍应用。RAID 6 的磁盘数量为 N+2 个。

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RAID 7

RAID 7 全称叫“Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High DataTransfer Rates(最优化的异步高 I/O 速率和高数据传输率)”,它与之前咱们见 到 RAID 级别具备明显的区别。RAID 7 彻底能够理解为一个独立存储计算机, 它自身带有操做系统和管理工具,彻底能够独立运行。RAID 7 的图解以下:

图中每一个“柱体”是由多个磁盘构成,而不是咱们之前看到的一个磁盘表示一个“柱体”。从上图咱们能够看出,每一个磁盘都有一个独立的 I/O 通道,它们与主 通道相连,操做系统能够直接对每一个磁盘的访问进行控制,可让每一个磁盘在 不一样的时段进行数据读写,这样就大大改善了 I/O 的应用,同时也提升了数据 读写的能力,而这种磁盘访问方式也叫作非同步访问。在 RAID 7 中,提供了 一个磁盘做为专门的校验盘,它适合于任何一个磁盘进行数据恢复。

总的来讲,RAID 7 与咱们传统的 RAID 级别有很大区别,它的优势不少,但缺 点也很是明显,那就是价格很是高,对于普通企业用户并不实用。

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RAID 5E

RAID 5E 是由 IBM 公司提出的一种私有 RAID 级别,没有成为国际标准。这种RAID 级别也是从 RAID 5 的基础上发展而来的,它与 RAID 5 不一样的地方是将 数据校验信息平均分布在每个磁盘中,而且每一个磁盘都要预留必定的空间, 这部分空间没有进行条带化(条带是指数据为了保存在 RAID 中,被划分红的 最小单元。经过对条带进行调整,可使支持 RAID 的磁盘阵列性能更加优 异)。当一个磁盘出现故障时,这个磁盘上的数据将被压缩到其余磁盘预留没 有条带化的空间内,达到数据保护的做用,而这时候的 RAID 级别则从 RAID 5E 转换成了 RAID 5,继续保护磁盘数据。RAID 5E 容许两个磁盘出错,最少 也须要 4 个磁盘才能实现 RAID 5E。下图是 RAID 5E 的图解:

RAID 5EE

RAID 5EE 也是由 IBM 公司提出的一种私有 RAID 级别,它也没有成为国际标 准。RAID 5EE 的工做原理与 RAID 5E 基本相同,它也是在每一个磁盘中预留一 部分空间做为分布的热备盘,当一个硬盘出现故障时,这个磁盘上的数据将被 压缩到分布的热备盘中,达到数据的保护做用。不过与 RAID 5E 不一样的是RAID 5EE 内增长了一些优化技术,使 RAID 5EE 的工做效率更高,压缩数据的 速度也更快。RAID 5EE 容许两个磁盘出错,最少须要 4 个磁盘实现。

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Matrix RAID

Matrix RAID 即所谓的“矩阵 RAID”,是 ICH6R 南桥所支持的一种廉价的磁 盘冗余技术,是一种经济性高的新颖 RAID 解决方案。Matrix RAID 技术的原理 至关简单,只须要两块硬盘就能实现了 RAID 0 和 RAID 1 磁盘阵列,而且不需 要添加额外的 RAID 控制器,这正是咱们普通用户所指望的。Matrix RAID 须要 硬件层和软件层同时支持才能实现,硬件方面目前就是 ICH6R 南桥以及更高阶 的 ICH6RW 南桥,而 Intel Application Acclerator 软件和 Windows 操做系统均对 软件层提供了支持。

Matrix RAID 的原理就是将每一个硬盘容量各分红两部分(即:将一个硬盘虚 拟成两个子硬盘,这时子硬盘总数为 4 个),其中用两个虚拟子硬盘来建立RAID0 模式以提升效能,而其它两个虚拟子硬盘则透过镜像备份组成 RAID 1用来备份数据。在 Matrix RAID 模式中数据存储模式以下:两个磁盘驱动器的 第一部分被用来建立 RAID 0 阵列,主要用来存储操做系统、应用程序和交换 文件,这是由于磁盘开始的区域拥有较高的存取速度,Matrix RAID 将 RAID 0逻辑分割区置于硬盘前端(外圈)的主因,是可让须要效能的模块获得最好的 效能表现;而两个磁盘驱动器的第二部分用来建立 RAID1 模式,主要用来存储 用户我的的文件和数据。

例如,使用两块 120GB 的硬盘,能够将两块硬盘的前 60GB 组成 120GB 的 逻辑分割区,而后剩下两个 60GB 区块组成一个 60GB 的数据备份分割区。像 须要高效能、却不须要安全性的应用,就能够安装在 RAID 0 分割区,而须要 安全性备分的数据,则可安装在 RAID 1 分割区。换言之,使用者获得的总硬 盘空间是 180GB,和传统的 RAID 0+1 相比,容量使用的效益很是的高,并且 在容量配置上有着更高的弹性。若是发生硬盘损毁,RAID 0 分割区数据天然无 法复原,可是 RAID 1 分割区的数据却会获得保全。

能够说,利用 Matrix RAID 技术,咱们只须要 2 个硬盘就能够在获取高效 数据存取的同时又能确保数据安全性。这意味着普通用户也能够低成本享受到RAID 0+1 应用模式。

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NV RAID

NV RAID 是 nVidia 自行开发的 RAID 技术,随着 nForce 各系列芯片组的 发展也不断推陈出新。相对于其它 RAID 技术而言,目前最新的 nForce4 系列 芯片组的 NV RAID 具备本身的鲜明特色,主要是如下几点:

(1)交错式 RAID(Cross-Controller RAID):交错式 RAID 即俗称的混合式 RAID, 也就是将 SATA 接口的硬盘与 IDE 接口的硬盘联合起来组成一个 RAID 模式。 交错式 RAID 在 nForce3 250 系列芯片组中便已经出现,在 nForce 4 系列芯片组 身上该功能获得延续和加强。

(2)热冗余备份功能:在 nForce 4 系列芯片组中,因支持 Serial ATA 2.0 的热插 拔功能,用户能够在使用过程当中更换损坏的硬盘,并在运行状态下从新创建一 个新的镜像,确保重要数据的安全性。更为可喜的是,nForce 4 的 nVIDIA RAID 控制器还容许用户为运行中的 RAID 系统增长一个冗余备份特性,而没必要 理会系统采用哪种 RAID 模式,用户能够在驱动程序提供的“管理工具”中指 派任何一个多余的硬盘用做 RAID 系统的热备份。该热冗余硬盘可让多个RAID 系统(如一个 RAID 0 和一个 RAID1)共享,也能够为其中一个 RAID 系统 所独自占有,功能相似于时下的高端 RAID 系统。

(3)简易的 RAID 模式迁移:nForce 4 系列芯片组的 NV RAID 模块新增了一个名 为“Morphing”的新功能,用户只须要选择转换以后的 RAID 模式,然后执行“Morphing”操做,RAID 删除和模式重设的工做能够自动完成,无需人为干预, 易用性明显提升。

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RAID 1E

RAID 1E 是 RAID 1 的加强版本,它并非咱们一般所说的 RAID 0+1 的组合。RAID 1E 的工做原理与 RAID1 基本上是同样的,只是 RAID 1E 的数据恢复能 力更强,但因为 RAID 1E 写一分数据至少要两次,所以,RAID 处理器的负载 获得增强,从而形成磁盘读写能力的降低。RAID 1E 至少须要 3 块硬盘才能实 现。RAID 1E 和 RAID 1 的工做原理图以下:

RAID DP

RAID DP 也属于一种私有的 RAID 标准,它实际上也就是双 RAID 3 技术,所 谓双 RAID 3 技术主要是说在同一磁盘阵列中组建两个独立的不一样算法的校验 磁盘,在单校验磁盘下工做原理与 RAID 3 同样,但增长了一个校验盘以后, 则使整个磁盘阵列的安全性获得提升,而且它的性能比 RAID 3 和 RAID 5 都要 好。

RAID ADG

RAID ADG 至关于双 RAID 5 技术,是 HP 提出来的一种 RAID 技术。这种技术 部署了 2 个奇偶校验集,并提供了 2 个硬盘的容量存储这些奇偶校验信息,能 同时容许 2 块硬盘出现故障,有效提高了磁盘内数据的可靠性。不过这种技术 会严重影响系统速度,因此并无获得推广。

总结

以上提到的 RAID 技术都还不是规范的技术,所以,还有许多厂商也以定义了 一样名字的 RAID 标准,但它们的原理有所区别,因此,你们在见到这些技术 时,必定要根据厂商方面的解释为主。