RAID 磁盘阵列

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RAID(Redundant Array of Independent Disk) 独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列,是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘,同时希望磁盘失效时不会使对数据的访问受损失而开发出一定水平的数据保护技术。RAID 就是一种由多块廉价磁盘构成的冗余阵列,在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现 。RAID 可以充分发挥出多块硬盘的优势,可以提升硬盘速度,增大容量,提供容错功能够确保数据安全性,易于管理的优点,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 为 Redundant Array of Independent Disks (独立磁盘冗余阵列)的缩写,最常用的四种RAID为 RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 10,下面以图解的方式解释这四种RAID的特点和区别

在后面的图示中,用到以下标识:

①. — A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8 => 表示数据块

②. — Ap,Bp,Cp,Dp => 表示奇偶校验信息块

Raid 0 介绍

①. — 最少需要两块磁盘

②. — 数据条带式分布

③. — 存储速度最快(不存储镜像、校验信息)

④. — 磁盘利用率 100%,成本最低

⑤. — 读性能: N * 单块磁盘读性能

⑥. — 写性能: N * 单块磁盘写性能

⑦. — 没有冗余,没有容错(任意一块磁盘损坏都会导致数据丢失),不能应用于对数据安全性要求高的场合

Raid 1 介绍

①. — 最少需要两块磁盘

②. — 有 50% 的数据冗余,任何一对镜像磁盘中,有一块可以使用,服务器可以正常运行

③. — 磁盘利用率 50%,成本最高

④. — 读性能: 只在一个磁盘上读,取决于速率最快的磁盘(读性能差)

⑤. — 写性能: 两块磁盘并行写入,写入后要做比对,比单块磁盘写入慢(写性能差)

Raid 5 介绍

①. — 最少需要三块磁盘

②. — 数据条带形式分布

③. — 有 (N-1) / N 的数据冗余,只允许一块磁盘损坏

④. — 磁盘利用率 (N-1) / N,浪费一块磁盘用于奇偶校验

④. — 读性能: (N-1) * 单块磁盘的读性能(接近 RAID 0 的读性能)

⑥. — 写性能:因为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

⑦. — 适合多读少写的情景,是性能与数据冗余最佳的折中方案

Raid 10 介绍(Raid 1 + 0)

①. — 最少需要四块磁盘

②. — 数据条带形式分布

③. — 两组 RAID 1 阵列,组成一个 RAID 0 阵列

④. — 磁盘利用率 50%

⑤. — 读性能: N/2 * 单块磁盘读性能

⑥. — 写性能: N/2 * 单块磁盘写性能

⑦. — 有 50% 数据冗余,任何一对镜像磁盘中,有一块可以使用,服务器可以正常运行

⑧. — 兼顾冗余(提供镜像存储)和性能(数据条带形分布,可以并行读写)

⑨. — 实际中较为常用

其他小结

RAID 0 使用了 Data Stripping(数据分条技术)。整个逻辑盘的数据是被分条(Stripped)分布在多个物理磁盘上,可以并行读 / 写,提供最快的速度,但没有冗余能力。要求至少两个磁盘。我们通过 RAID 0 可以获得更大的单个逻辑盘的容量,且通过对多个磁盘的同时读取获得更高的存取速度。RAID 0 首先考虑的是磁盘的速度和容量,忽略了安全,只要其中一个磁盘出了问题,那么整个阵列的数据都会不保了。

RAID 1 又称镜像方式,也就是数据的冗余,在整个镜像过程中,只有一半的磁盘容量是有效的(另一半磁盘容量用来存放同样的数据)。同 RAID 0 相比,RAID 1 首先考虑的是安全性,容量减半、速度不变(单盘速度)

RAID 5 的工作方式是将各个磁盘生成的数据校验切成块,分别存放到组成阵列的各个磁盘中去,这样就缓解了校验数据存放时所产生的瓶颈问题,但是分割数据及控制存放都要付出速度上的代价,RAID 5 考虑了读速度,充分利用了磁盘容量(RAID 0 优点),也考虑了安全性(RAID 1 优点),算是RAID 0 和 RAID 1 的折中方案;但是,只可以坏一块磁盘,速度比单盘速度稍慢一些(为了计算奇偶校验信息)

RAID 5 把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成 RAID 5 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,其中任意 N-1块磁盘上都存储完整的数据,也就是说有相当于一块磁盘容量的空间用于存储奇偶校验信息。因此当 RAID 5 的一个磁盘发生损坏后,不会影响数据的完整性,从而保证了数据安全。当损坏的磁盘被替换后,RAID 还会自动利用剩下奇偶校验信息去重建此磁盘上的数据,来保持 RAID 5 的高可靠性

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