2022年raid级别介绍.docx

RAID 0：把多个磁盘合并成一个大的磁盘，不具有冗余功能，并行I/O ，速度最快；它是将多个磁盘并列起来，成为一个大硬盘；在存放数据时，其将数据按磁盘的个数来进行分段，然后同时将这些数据写进这些磁盘中；所以，在全部的级别中，RAID 0 的速度是最快的；但是RAID 0 没有冗余功能，假如一个磁盘（物理）损坏，就全部的数据都无法使用；RAID 1 ：两组相同的磁盘系统互作镜像，速度没有提高，但是答应单个磁盘出错，牢靠性最高；RAID 1 就是镜像；其原理为在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据；当主硬盘（物理）损坏时，镜像硬盘就代替主硬盘的工作；由于有镜像硬盘做数据备份，所以 RAID 1 的数据安全性在全部的RAID 级别上来说是最好的；但是其磁盘的利用率却只有50%，是全部 RAID 上磁盘利用率最低的一个级别；RAID 2 综合利用了共轴同步技术和ECC（ Error Checking and Correcting）检验技术，原理是将如干个硬盘分成两组，分别用来储存数据和校验用的海明码；RAID2是将数据分散为位（ bit ）分别并算出其 ECC代码，然后同时写入各硬盘；假如某一个硬盘发生故障，系统也能够依据海明码和其余的有效数据算出正确的数据进行复原；由于RAID2 的存取是全部硬盘同时进行的，用的是又单位元的储备，所以小于一个扇区的存取会大大减弱其性能，在磁盘利用率方面，RAID2一般只有在使用 15 个硬盘以上的系统中才会凸显其利用率的优势；因此RAID2不适合用于网络服务器，小 型机或 PC 上；RAID 3 存放数据的原理和 RAID 0 、RAID 1 不同； RAID 3 是以一个硬盘来存放数据的奇偶校验位，数据就分段储备于其余硬盘中；它象RAID 0 一样以并行的方式来存放数，但速度没有RAID 0 快；假如数据盘（物理）损坏，只要将坏硬盘换掉，RAID掌握系统就会依据校验盘的数据校验位在新盘中重建坏盘上的数据；利用单独的校验盘来爱护数据虽然没有镜像的安全性高，但是硬盘利用率得到了很大的提高，为n-1 ；但缺点是作为存放校验位的硬盘，工作负荷会很大，由于每次写操作，都会把生成的校验信息写入该磁盘，而其它磁盘的负荷相对较小，这会对性能有肯定的影响；RAID 4 虽然也是选用了一个硬盘用来储备奇偶校验码，但RAID 对数据的读写实按块来进行，所以在读取数据方面会比 RAID3 快了不少，但写入方面就因要读取其他数据盘在同一位置上的数据块，速度会比RAID3 要慢，其他方面，跟RAID3 都基本上一样；RAID 5 ：RAID 5 是在 RAID 3 的基础上进行了一些改进，当向阵列中的磁盘写数据，奇偶校验数据匀称存放在阵列中的各个盘上，答应单个磁盘出错；RAID 5 也是以数据的校验位来保证数据的安全，但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位，而是将数据段的校验位交互存放于各个硬盘上；这样，任何一个硬盘损坏，都可以依据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据；硬盘的利用率也是n-1 ，要求至少要有 3 块硬盘才能实现；RAID 5ERAID 5 Enhencement: RAID 5E是在 RAID 5 级别基础上的改进，与RAID 5 类似，数据的校验信息匀称分布在各硬盘上，但是，在每个硬盘上都保留了一部分未使用的空间，这部分空间没有进行条带化，最多答应两块物理硬盘显现故障；看起来，RAID 5E 和 RAID 5 加一块热备盘好象差不多，其实由于RAID 5E 是把数据分布在全部的硬盘上，性能会与RAID5 加一块热备盘要好；当一块硬盘显现故障时，有故障硬盘上的数据会被压缩到其它硬盘上未使用的空间，规律盘保持RAID 5 级别； RAID 5EE:与 RAID 5E 相比， RAID 5EE 的数据分布更有效率，每个硬盘的一部分空间被用作分布的热备盘，它们是阵列的一部分，当阵列中一个物理硬盘显现故障时，数据重建的速度会更快；12 / 12RAID-5 等级Independent Data disks with distributed parity blocks（独立的数据磁盘与分布式校验块）今日我们将介绍在高级RAID系统中最常见的等级 RAID 5，由于其杰出的性能与数据冗余平稳设计而被广泛采纳；与RAID 3、4 一样，它也是一种即时校验 RAID系统，但设计更为奇妙，而治理也相对复杂；其结构见图：RAID-5 结构图解与 RAID 4 相对比，我们可以发觉它仍采纳了数据块的储备方式，但没有独立的校验硬盘，这是由于它在每个独立的数据盘中都开创了单独的区域用于储备同级数据的 XOR校验数据，至于什么是同级数据，在上一期中已经讲过了；在写入时，同级校验数据将即时生成并写入，在读取时，同级校验数据也将被即时读出并检查源数据的正确性；从图中可以发觉，RAID 5 的硬盘利用率较高，数据吞吐量比较简洁得到发挥；RAID 5 是目前最常用的高级 RAID等级，是 RAID 3、4 的抱负替代者，很多高档 RAID掌握器都供应了对 RAID 5 的支持，并以此做为高档 RAID系统的标志；下面就来总结一下 RAID 5 的特点：RAID-6 等级Independent Data disks with two independent distributed parity schemes（独立的数据硬盘与两个独立分布式校方案）RAID 6 等级是在 RAID 5 基础上，为了进一步加强数据爱护而设计的一种RAID 方式，实际上是一种扩展 RAID 5 等级；与 RAID 5 的不同之处于除了每个硬盘上都有同级数据 XOR校验区外，仍有一个针对每个数据块的XOR校验区；当 然，当前盘数据块的校验数据不行能存在当前盘而是交叉储备的，具体形式见图；RAID-6 结构图解这样一来，等于每个数据块有了两个校验爱护屏障（一个分层校验，一个是总 体校验），因此 RAID 6 的数据冗余性能相当好；但是，由于增加了一个校验， 所以写入的效率较 RAID 5 仍差，而且掌握系统的设计也更为复杂，其次块的校验区也削减了有效储备空间；由于 RAID 6 相对于 RAID 5 在校验方面的柔弱优势和在性能与性价比方面的较大劣势， RAID 6 等级基本没有实际应用过，只是对更高级的数据的冗余进行的一种技术与思路上的尝试，下面我们就做一个总结：RAID-7 等级Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates （最优化的异步高 I/O 速率和高数据传输率）RAID 7 等级是至今为止，理论上性能最高的RAID模式，由于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，你会发觉在，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，也正由于如此，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，可以快速定位，而不会由于以往因单个硬盘的限制同一时间只能拜访该数据区的一部分，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，效率也就不言自明白；RAID-7 结构图解然而， RAID 7 的设计与相应的组成规模注定了它是一揽子承包方案；总体上说， RAID 7 是一个整体的系统，有自己的操作系统，有自己的处理器，有自己的总线，而不是通过简洁的插卡就可以实现的；归纳起来，RAID 7 的主要特性如下：全部的 I/O 传输都是异步的，由于它有自己独立的掌握器和带有Cache 的接口，与系统时钟并不同步全部的读与写的操作都将通过一个带有中心Cache的高速系统总线，我们称之为 X-Bus专用的校验硬盘可以用于任何通道带有完整功能的即时操作系统内嵌于阵列掌握微处理器，这是RAID 7 的心脏， 它负责各通道的通信以及 Cache 的治理，这也是它与其他等级最大不同之一连通性：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内存高速的，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，提高冗余率和敏捷性易治理性： SNM（P Simple Network Management Protocol,简洁网络治理协议）可以让治理员远程监视并实现系统掌握依据 RAID 7 设计者的说法，这种阵列将比其他RAID等级提高 150-600%写入时的 I/O 性能，虽然这引起了不小的争议；RAID 7 已经被 SCC公司（ Storage Computer Corporation）注册了商标，下面就让我们做一个总结：RAID-10 等级Very High Reliability combined with High Performance（高牢靠性与高性能的组合）现在我们将进入对组合RAID等级的介绍，所谓组合 RAID是指在这个 RAID等级中是由多个 RAID等级（一般是两个）组合而成， RAID 10 即是如此；RAID 10 是建立在 RAID 0 和 RAID 1 基础上的，具体的组合结构看图：RAID-10 结构图解从中可以看出， RAID 1 在这里就是一个冗余的备份阵列，而RAID 0 就负责数据的读写阵列；其实，图 1 只是一种 RAID 10 方式，更多的情形是从主通路分出两路（以 4 个硬盘时为例），做 Striping操作，即把数据分割，而这分出来的每一路就再分两路，做 Mirroring操作，即互做镜像；这就是 RAID 10 名字的来历（也因此被很多人称为 RAID 0+1），而不是像 RAID 5、3 那样的全新等级；由于利用了 RAID 0 极高的读写效率和 RAID 1 较高的数据爱护、复原才能，使RAID 10 成为了一种性价比较高的等级，目前几乎全部的RAID掌握卡都支持这一等级；但是， RAID 10 对储备容量的利用率和 RAID 1 一样低，只有 50%；下面就让我们总结一下它的特点：RAID-53 等级High I/O Rates and Data Transfer Performance（高带宽与数据传输性能）与 RAID 10 一样， RAID 53 也是一种组合 RAID 等级，但不要拿 RAID 10 的观点套用，认为它是 RAID 5 和 RAID 3 的组合，事实上， RAID 53 应当称为 RAID 30 或 RAID 03（也可以说是 RAID 0+3），即 RAID 3 与 RAID 0 的组合，具体形式 见图：RAID-53 结构图解与图 1 相对比，可以发觉， RAID 53 中将备份等级由 RAID 0 变为了 RAID 3，也就是说把原先的镜像阵列变成了分割式（Segments）储备阵列；但它不是对每 个 RAID 0 硬盘都用一个 RAID 3 系统进行，而是用 RAID 3 对全部数据进行冗余储备（或者说是校验），而且读写与ECC效率比 RAID 0 要高不少；值得留意的是， RAID 3 在 RAID 53 的数据传输中占有相当重要的位置；在介绍RAID 3 时，曾说过它有很高的读写传输率；因此，在进行大数据量吞吐时，由于 RAID 3 的传输率高的缘故， RAID 53 的性能要比 RAID 10 好（由于冗余备份的时间缩短）；而且，借助于 RAID 0，其 I/O 带宽并没有降低；不过，从它的配置形式上就可以看出来，它的储备空间利用率要比RAID 10 低，为 40%；下面就让我们总结一下 RAID 53 的特点：至此，有关 RAID各主要等级的介绍就到此告一段落了；但本文所介绍的并不是全部的 RAID等级，比如 RAID 50（5+0）、RAID 51（ 5+1）以及最新的 RAID 100；其中，前两者都是组合 RAID等级，从括号中的名字上就可以看出组合的方式；RAID 100 就是在 RAID 1 基础上改进而成，提高了读敢效率（ RAID 100 采纳了特殊的写入方式，以两个硬盘为例，数据的一半从第一个硬盘的最外圈磁道和其次个硬盘的最内圈存起，另一半就从第一个硬盘的最内圈和其次个硬盘的最外圈磁道存起，协作专用的读取算法，使两个硬盘的外圈磁道交替工作，由于总是尽可能地从外道开头读取，所以提高了读取效率）；以上三种等级由于知名度较低，而且现在仍很少见到应用，就不在此具体介绍了；另外值得一提的是 Intel预备在将来的 ICH-6R 上供应的 Matrix RAID功能，它可以用两硬盘通过规律卷的功能组成RAID-0 和 RAID-1 两种模式的阵列，具体结构见下图：Matrix RAID结构图解很明显，以这新闻的例子分析，每个硬盘分出40GB分别用于 RAID 0 和 1，用于 RAID 0 的是分区 C，容量是 40+40=80GB，用于 RAID 1 的是分区 D，容量是（ 40+40）/2=40GB；由于 Matrix RAID仍没有真正交付应用，我们在此也就不具体介绍了；