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raid磁盘阵列简述

RAID(独立磁盘冗余阵列)是指把多个独立的硬盘(图上的黄色存储区)组合成为一个较大的逻辑阵列(带斜线的存储区)。数据存储在磁盘的此阵列,并带有附加的冗余信息。冗余信息可以是数据本身(镜像),也可以是从多个数据块(RAID 4 或 RAID 5)计算出的奇偶校验信息。使用 RAID 后,操作系统(Windows*,NetWare* 或 Unix)不再处理单个硬盘,而是把整个磁盘阵列当作一个逻辑硬盘来处理。


RAID 的主要目标是提高数据的可用性和安全性。一旦出现硬盘故障,RAID 可以防止停机,但是它不可以恢复用户删除或者由失窍或火灾等重大事件破坏的数据。出于此原因,安装 RAID 后为防止这些原因破坏系统,您必须经常备份您的数据。

实施 RAID 解决方案有两种方法:硬件 RAID 控制器是智能设备,可以自行处理所有的 RAID 信息。安装这种系统后,主机对 RAID 阵列的控制完全解除,而是由 RAID 控制器对 RAID 阵列进行全面控制。另一种方法是使用简易的主适配器和 RAID 驱动程序实施 RAID。在这种系统中,驱动程序被集成到操作系统,如 Windows* NT。此时,RAID 系统的性能完全依赖于主 CPU 的处理负荷,在阵列重建阶段负荷带有潜在的问题,随之会出现硬盘故障。

硬件 RAID 控制器需要关注的地方包括:安装和维护的简便性,管理软件的功能以及制造商开发 RAID 组件的经验。RAID 控制器必须支持最重要的 RAID 级别(0、1、4、5 和 10),并且能够跨通道同时处理不同 RAID 级别的多个阵列。

  

raid0 

 RAID 0需要至少两个驱动器

特点和优点

RAID 0中,数据被分成块,每个块都被写到一个驱动器中。

由于I/O负载由多个通道和驱动器分担,所有I/O性能很高。

当使用多个控制器,每个控制器上只连接一个驱动器时,性能达到最大。

没有使用奇偶校验。

非常简单的设计。

非常容易实现。

 

缺点

由于没有容灾能力,所以并不是“真正”的RAID。

其中任一个驱动器失败会导致整个阵列的数据丢失。

绝不能应用于特别重要的场合。

 

推荐的应用

◆视频制作和编辑

◆图像编辑

◆印刷应用

◆任何需要高带宽的场合

  

 

raid1

在RAID 1中,要取得最佳性能,RAID控制器必须可以并行读或写两个驱动器。

RAID至少需要两个驱动器才能实现。

特点和优点

可同时读两个驱动器或写一个驱动器。

读性能是单个驱动器的两倍,写性能与单个驱动器相同。

100%的数据冗余,因此当有一个驱动器失败时,不需要重建,只需将数据拷贝到一个新的驱动器。

数据块的传输速率与单个驱动器相同。

某些情况下,RAID 1允许多个驱动器失败。

最简单的RAID 存储子系统。

 

缺点

开销最高的RAID(100%)——利用率最低。

通常由软件实现的RAID 1,会加重CPU/Sever的负担,使响应变慢。强烈推荐使用硬件实现。

使用软件实现时,当有驱动器失败时,不支持热交换。

 

推荐的应用

◆会计

◆工资管理

◆金融

◆任何需要高可靠性的场合

 

 

raid2

 数据字的每个位分别写到多个驱动器中(在上图中是4个驱动器),每个数据字的ECC校验值存放到ECC校验盘中。当读取数据时,ECC可以纠正出错的数据。

特点和优点

可以纠正运行中的数据错误。

可以实现非常高数据传输速率。

要求的数据传输速率越高,数据盘与ECC校验盘的比率就越大。

与RAID 3,4,5 相比,实现起来较容易。

非常简单的设计。

非常容易实现。

 

缺点

当数据字较小时,ECC盘与数据盘的比率就会非常高——利用率低。

接口花费非常高——需要非常高的数据传输速率。

理想的处理能力与单驱动器相同。

没有商业实现/没有实现前景

 

raid3

 在RAID 3中,数据块被拆分写到数据盘中,在写入时计算校验和并将校验和写到校验盘中,在读取数据时同时读取校验和。

特点和优点

非常高的读取速率。

非常高的写入速率。

驱动器失败对数据吞吐没什么影响。

ECC盘与数据盘的比率较低,意味着利用率较高。

 

缺点

理想处理能力与单驱动器相同。

控制器的设计非常复杂。

要使用软件组件非常困难,非常耗费资源。

 

推荐的应用

◆视频制作和在线视频流

◆图像编辑

◆视频编辑

◆印刷应用

◆任何需要大吞吐量的场合

 

raid4

 数据块被写到一个磁盘上,校验和根据同一级的块生成,写到校验驱动器并在读取数据块时校验。

RAID4至少需要3个驱动器。

特点和优点

非常高的读数据处理能力。

校验盘与数据盘的比率较低,意味着利用率较高。

集合数据传输率较高。

 

缺点

设计非常复杂。

写处理能力和集合写传输率最低。

当驱动器失败时重建数据非常困难。

读取数据快的速率与单驱动器相同

 

raid5

数据块被写到一个驱动器上,校验和根据同一级的数据生成,记录到各驱动器中,并在读取时进行校验。

RAID 5至少需要3个驱动器才能实现。

特点和优点

读数据时的处理能力最高。

写数据时的处理能力居中。

ECC校验占用的驱动器与数据占用的驱动器的比率较低,利用率较高。

集合数据传输率较好。

 

缺点

驱动器失败对数据吞吐的影响居中。

驱动器失败时重建较困难(与RAID 1相比)。

单独的数据块的传输速率与单驱动器相同。

 

推荐的应用

◆文件和程序服务器

◆数据库服务器

◆Web,Email和新闻服务器

◆企业内部互联网

◆通用的RAID标准

 

raid6

 

特点和优点

RAID 6实际上是RAID 5的扩展,它附加了一次校验,从而增强了容错能力(两维校验)。

与RAID 5一样,数据块写到同一个驱动器上,然后计算两组校验值。RAID 6增强了容错能力,容许多个驱动器失败。

是特别重要的环境中的完美解决方案。

 

缺点

控制器的设计更复杂。

计算校验和占用的控制器的资源非常高。

要使用专用的ASIC来计算校验和才能达到与RAID 5一样的写性能。

由于要计算两组校验和,需要N+2个驱动器 

 

推荐的应用

◆文件和程序服务器

◆数据库服务器

◆Web,Email和新闻服务器

◆企业内部互联网

◆使用最低的开销取得极好的容错

 

raid10

RAID 10至少需要4块驱动器

特点和优点

RAID 10是把数据分成条带阵列,而每一条带阵列实际上是RAID 1阵列。

RAID 10的容错能力和RAID 1相当。

RAID 10与镜像阵列的容错能力相同时。开销也相同

通过把RAID 1分割从而取得了很高的I/O速率。

在某些环境下,RAID 10阵列可以容许多个驱动器失败。

对于需要采用RAID 1而又期望更高的突发性能的站点来说,是完美的解决方案。

 

缺点

非常昂贵,开销很高。

所有的驱动器必须并行的寻址正确地磁道,降低了持续的性能。

 

推荐的应用

◆需要高性能与高容错性能的数据库服务器

 

raid50

RAID 50需要至少5块驱动器 

特点和优点

RAID 50实际上应该叫做“RAID 3”,它是一个分割为RAID 3的条带阵列。

RAID 50具有和RAID 3相同的容错能力和开销。

由于分割为RAID 3,所以可以取得很高的数据传输率。

由于条带为RAID 0,所以对于小的请求可以取得很高的I/O速率。

对于需要RAID 3而又期望更高性能的场合来说是完美的解决方案。

非常容易实现。

 

缺点

非常昂贵。

所有驱动器的主轴必须同步,限制了驱动器的选择。

字节条带限制了对于格式化容量的利用。

 

raid01

 RAID 0+1 需要至少4块驱动器

特点和优点

RAID 0+1是RAID 0的镜像阵列。

RAID 0+1具有和RAID 5相同的容错能力。

RAID 0+1和镜像阵列在容错能力相同的条件下开销相同。

条带化带来了很高的I/O速率。

对于需要很高的性能而又不关心可靠性的站点来说是完美的解决方案。

 

缺点

不要将RAID 0+1与RAID 10混淆。其中一个驱动器失败会导致阵列成为RAID 0阵列。

非常昂贵,开销很高。

所有的驱动器必须并行的寻址正确的磁道,降低了性能。

 

推荐的应用

◆图像应用

◆普通的文件服务器

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