《RAID系列分类》word版.doc

RAID系列分类RAID基本介绍RAID是英文Redundant Array of IndependentDisks的缩写，中文简称为独立磁盘冗余阵列。RAID就是一种由多块硬盘构成的冗余阵列。虽然RAID包含多块硬盘，但是在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。利用RAID技术于存储系统的好处主要有以下三种：1.通过把多个磁盘组织在一起作为一个逻辑卷提供磁盘跨越功能；2.通过把数据分成多个数据块(Block)并行写入/读出多个磁盘以提高访问磁盘的速度；3.通过镜像或校验操作提供容错能力。最初开发RAID的主要目的是节省成本，当时几块小容量硬盘的价格总和要低于大容量的硬盘。目前来看RAID在节省成本方面的作用并不明显，但是RAID可以充分发挥出多块硬盘的优势，实现远远超出任何一块单独硬盘的速度和吞吐量。除了性能上的提高之外，RAID还可以提供良好的容错能力，在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作，不会受到损坏硬盘的影响。RAID技术分为几种不同的等级，分别可以提供不同的速度，安全性和性价比。根据实际情况选择适当的RAID级别可以满足用户对存储系统可用性、性能和容量的要求。常用的RAID级别有以下几种：NRAID，JBOD，RAID0，RAID1，RAID0+1，RAID3，RAID5等。目前经常使用的是RAID5和RAID(0+1)。RAID 0又称为Stripe或Striping，它代表了所有RAID级别中最高的存储性能。RAID 0提高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，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每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作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能。RAID 0并不是真正的RAID结构，没有数据冗余。RAID 0连续地分割数据并并行地读/写于多个磁盘上.因此具有很高的数据传输率，但RAID 0在提高性能的同时，并没有提供数据可靠性,如果一个磁盘失效，将影响整个数据。因此RAID 0不可应用于需要数据高可用性的关键应用。RAID是英文Redundant Array of Independent Disks的缩写，中文简称为独立磁盘冗余阵列。RAID就是一种由多块硬盘构成的冗余阵列。虽然RAID包含多块硬盘，但是在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。利用RAID技术于存储系统的好处主要有以下三种：1.通过把多个磁盘组织在一起作为一个逻辑卷提供磁盘跨越功能；2.通过把数据分成多个数据块(Block)并行写入/读出多个磁盘以提高访问磁盘的速度；3.通过镜像或校验操作提供容错能力。最初开发RAID的主要目的是节省成本，当时几块小容量硬盘的价格总和要低于大容量的硬盘。目前来看RAID在节省成本方面的作用并不明显，但是RAID可以充分发挥出多块硬盘的优势，实现远远超出任何一块单独硬盘的速度和吞吐量。除了性能上的提高之外，RAID还可以提供良好的容错能力，在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作，不会受到损坏硬盘的影响。RAID技术分为几种不同的等级，分别可以提供不同的速度，安全性和性价比。根据实际情况选择适当的RAID级别可以满足用户对存储系统可用性、性能和容量的要求。常用的RAID级别有以下几种：NRAID，JBOD，RAID0，RAID1，RAID0+1，RAID3，RAID5等。目前经常使用的是RAID5和RAID(0+1)。RAID 0的工作原理如图所示：系统向三个磁盘组成的逻辑硬盘(RAID 0磁盘组)发出的I/O数据请求被转化为3项操作，其中的每一项操作都对应于一块物理硬盘。我们从图中可以清楚的看到通过建立RAID 0，原先顺序的数据请求被分散到所有的三块硬盘中同时执行。从理论上讲，三块硬盘的并行操作使同一时间内磁盘读写速度提升了3倍。但由于总线带宽等多种因素的影响，实际的提升速率肯定会低于理论值，但是，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的优缺点RAID 0的缺点是不提供数据冗余，因此一旦用户数据损坏，损坏的数据将无法得到恢复。RAID0运行时只要其中任一块硬盘出现问题就会导致整个数据的故障。一般不建议企业用户单独使用RAID 0具有的特点，使其特别适用于对性能要求较高，而对数据安全不太在乎的领域，如图形工作站等。对于个人用户，RAID 0也是提高硬盘存储性能的绝佳选择。RAID技术及发展趋势探讨随着计算机技术的发展，CPU的处理速度成几何级数跃升，内存的存取速度亦大幅增加，而磁盘的存取速度相比之下则显得甚为缓慢。整个I/O吞吐量不能和系统匹配，形成计算机整个系统的瓶颈，降低了计算机的整体性能。为了改进磁盘的存取速度，大型服务器的磁盘多采用RAID技术(Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列)。RAID技术把多个物理磁盘组成一个阵列，作为一个逻辑磁盘组，将数据以分段的方式存储在这个逻辑磁盘组的不同物理磁盘上，进行数据存取时，阵列中的相关磁盘并行工作，大幅减低了数据存取的时间，同时有更佳的空间利用率。RAID技术发展的很大原因在于：许多大型机构的数据十分宝贵，如银行的存取款信息、电信的收费记录、国税局的纳税人档案等，这些机构在实施企业信息化时，就要考虑到数据的安全性。目前，很多服务器都会不间断地工作，由于长时间服役，一些磁盘会出现故障，如果没有保护措施，大量重要数据就会丢失。在这种情况下，磁盘阵列的容错功能可以保护这些重要数据的安全。为了加强容错功能以及使系统在磁盘故障的情况下能迅速地重建数据，以维持系统的性能，一般的磁盘阵列系统都使用热备份的功能。所谓热备份，是在建立磁盘阵列系统时，将其中一个磁盘指定为后备磁盘，这个磁盘在平常并不操作，当阵列中某一个磁盘发生故障时，磁盘阵列立即让后备磁盘取代故障磁盘，并自动将故障磁盘的数据重建在后备磁盘之上，因为反应快速，加上内存减少了磁盘的存取，所以数据重建很快便能完成，对系统的性能影响不大。对于要求不停机的大型数据处理中心或控制中心，热备份更是一项重要的功能，因为它可避免晚间或无人守护时发生磁盘故障所引起的种种不便。4种磁盘阵列RAID是一种工业标准，各厂商对RAID级别的定义也不尽相同。目前对RAID级别的定义可以获得业界广泛认同的有4种：RAID 0、RAID 1和RAID 5和RAID 7。其中RAID 0：没有容错设计的条带磁盘阵列。1.raid0的两个硬盘必须容量、规格相同。2.组成raid0的两个硬盘在改变主从盘设置时将需要重新分区，原来磁盘里的所有数据将全部丢失。同一通道的两个硬盘在不改变主从盘设置的前提下可以更改位置，其结果不影响磁盘里的数据和读写操作。3.组成raid0的磁盘改变为无raid的模式或无raid模式的一对磁盘改变为带raid0的模式时，系统将需要对相应的磁盘重新分区，原硬盘里的所有数据将全部丢失。RAID1简介RAID 1磁盘阵列级，是一种镜像磁盘阵列，其原理就是将一块硬盘的数据以相同位置指向另一块硬盘的位置。RAID 1又称为Mirror或Mirroring，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的操作方式是把用户写入硬盘的数据百分之百地自动复制到另外一个硬盘上。由于对存储的数据进行百分之百的备份，在所有RAID级别中，RAID 1提供最高的数据安全保障。同样，由于数据的百分之百备份，备份数据占了总存储空间的一半，因而，Mirror的磁盘空间利用率低，存储成本高。飞客数据恢复中心提供Mirror虽不能提高存储性能，但由于其具有的高数据安全性，使其尤其适用于存放重要数据，如服务器和数据库存储等领域。当读取数据时，系统先从源盘读取数据，如果读取数据成功，则系统不去管备份盘上的数据；如果读取源盘数据失败，则系统自动转而读取备份盘上的数据，不会造成用户工作任务的中断。当然，我们应当及时地更换损坏的硬盘并利用备份数据重新建立Mirror，避免备份盘在发生损坏时，造成不可挽回的数据损失。RAID1优缺点RAID1是将一个两块硬盘所构成RAID磁盘阵列阵列，其容量仅等于一块硬盘的容量，因为另一块只是当作数据镜像。RAID 1磁盘阵列显然是最可靠的一种阵列，因为它总是保持一份完整的数据备份。它的性能自然没有RAID 0磁盘阵列那样好，但其数据读取确实较单一硬盘来的快，因为数据会从两块硬盘中较快的一块中读出。RAID 1磁盘阵列的写入速度通常较慢，因为数据得分别写入两块硬盘中并做比较。RAID 1磁盘阵列一般支持热交换，就是说阵列中硬盘的移除或替换可以在系统运行时进行，无须中断退出系统。RAID 1磁盘阵列是十分安全的，不过也是较贵一种RAID磁盘阵列解决方案，因为两块硬盘仅能提供一块硬盘的容量。RAID 1磁盘阵列主要用在数据安全性很高，而且要求能够快速恢复被破坏的数据的场合。RAID 0+1正如其名字一样urlurl=0和urlurl=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 1一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。由于RAID 0+1也通过数据的100%备份功能提供数据安全保障，因此RAID 0+1的磁盘空间利用率与RAID 1相同，存储成本高。RAID 0+1的特点使其特别适用于既有大量数据需要存取，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、各种档案管理等。RAID 2RAID是Redundant Array of Independent Disk的缩写，中文意思是独立冗余磁盘阵列。冗余磁盘阵列技术诞生于1987年，由美国加州大学伯克利分校提出。简单地解释，就是将N台硬盘通过RAID Controller(分Hardware，Software)结合成虚拟单台大容量的硬盘使用。RAID的采用为存储系统(或者服务器的内置存储)带来巨大利益，其中提高传输速率和提供容错功能是最大的优点。RAID 2是RAID 0的改良版，以汉明码(Hamming Code)的方式将数据进行编码后分割为独立的位元，并将数据分别写入硬盘中。因为在数据中加入了错误修正码(ECC，Error Correction Code)，所以数据整体的容量会比原始数据大一些。RAID 5飞客数据恢复中心提供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。由图中可以看出，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，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。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可以理解为是RAID 0和RAID 1的折中方案。RAID 5可以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具有和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作稍慢。同时由于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。RAID5校验位算法原理P=D1 xor D2 xor D3xor Dn(D1,D2,D3Dn为数据块，P为校验，xor为异或运算)XOR(Exclusive OR)的校验原理如下表：A值B值Xor结果000101011110这里的A与B值就代表了两个位，从中可以发现，A与B一样时，XOR结果为0，A与B不一样时，XOR结果就是1，而且知道XOR结果和A与B中的任何一个数值，就可以反推出另一个数值。比如A为1，XOR结果为1，那么B肯定为0，如果XOR结果为0，那么B肯定为1。这就是XOR编码与校验的基本原理。RAID5读写过程用简单的语言来表示，至少使用3块硬盘(也可以更多)组建RAID5磁盘阵列，当有数据写入硬盘的时候，按照1块硬盘的方式就是直接写入这块硬盘的磁道，如果是RAID5的话这次数据写入会分根据算法分成3部分，然后写入这3块硬盘，写入的同时还会在这3块硬盘上写入校验信息，当读取写入的数据的时候会分别从3块硬盘上读取数据内容，再通过检验信息进行校验。当其中有1块硬盘出现损坏的时候,就从另外2块硬盘上存储的数据可以计算出第3块硬盘的数据内容。也就是说raid5这种存储方式只允许有一块硬盘出现故障，出现故障时需要尽快更换。当更换故障硬盘后，在故障期间写入的数据会进行重新校验。如果在未解决故障又坏1块，那就是灾难性的了。RAID 7基本资料连通性：可增至12个主机接口扩展性：线性容量可增至48个硬盘开放式系统：运用标准的SCSI硬盘、标准的PC总线、主板以及SIMM内存高速性：集成Cache的数据总线(就是上文提到的X-bus)在Cache内部完成校验生成工作多重的附加驱动可以随时热机待命，提高冗余率和灵活性易管理性：SNMP可以让管理员远程监视并实现系统控制简介RAID 7等级是至今为止，理论上性能最高的RAID模式，因为它从组建方式上就已经和以往的方式有了重大的不同。基本成形式见图，你会发现在，以往一个硬盘是一个组成阵列的柱子，而在RAID 7中，多个硬盘组成一个柱子，它们都有各自的通道，也正因为如此，你可以把这个图分解成一个个硬盘连接在主通道上，只是比以前的等级更为细分了。这样做的好处就是在读/写某一区域的数据时，可以迅速定位，而不会因为以往因单个硬盘的限制同一时间只能访问该数据区的一部分，在RAID 7中，以前的单个硬盘相当于分割成多个独立的硬盘，有自己的读写通道，效率也就不言自明了。性能RAID7不仅仅是一种技术，还是一种存储计算机(Storage Computer)。RAID 7存储计算机操作系统(Storage Computer Operating System)是一套实时事件驱动操作系统，主要用来进行系统初始化和安排RAID 7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。通过自身系统中的阵列电脑板来设定和控制读写速度，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，还可自动执行恢复操作，并可管理备份磁盘的重建过程。RAID7结构图(飞客提供)RAID 7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。所谓非同步访问，即RAID 7的每个I/O接口都有一条专用的高速通道，作为数据或控制信息的流通路径，因此可独立地控制自身系统中每个磁盘的数据存取。如果RAID 7有N个磁盘，那么除去一个校验盘(用作冗余计算)外，可同时处理N-1个主机系统随机发出的读/写指令，从而显著地改善了I/O应用。RAID 7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，提高了I/O速度。RAID 7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提高至少一倍以上,满足了各类用户的不同需求。特点RAID 7可完全独立于主机运行，不占用主机CPU资源。RAID 7的中文名称：存储计算机操作系统RAID 7的英文名称：Storage Computer Operating System RAID 7是一套实时事件驱动操作系统，主要用来进行系统初始化和安排RAID 7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。通过存储计算机操作系统来设定和控制读写速度，可使主机I/O传递性能达到最佳。如果一个磁盘出现故障，还可自动执行恢复操作，并