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服務器硬盤RAID技術(shù)解析
RAID可以充分發(fā)揮出多塊硬盤的優(yōu)勢，可以提升硬盤速度，增大容量，提供容錯功能夠確保數(shù)據(jù)安全性，易于治理的優(yōu)點，在任何一塊硬盤出現(xiàn)問題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會受到損壞硬盤的影響。下面一起來學習一下硬盤RAID技術(shù)吧!
一、Raid定義
RAID(Redundant Array of Independent Disk獨立冗余磁盤陣列)技術(shù)是加州大學伯克利分校1987年提出，最初是為了組合小的廉價磁盤來代替大的昂貴磁盤，同時希望磁盤失效時不會使對數(shù)據(jù)的訪問受損失而開發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護技術(shù)。RAID就是一種由多塊廉價磁盤構(gòu)成的冗余陣列，在操作系統(tǒng)下是作為一個獨立的大型存儲設(shè)備出現(xiàn)。RAID可以充分發(fā)揮出多塊硬盤的優(yōu)勢，可以提升硬盤速度，增大容量，提供容錯功能夠確保數(shù)據(jù)安全性，易于治理的優(yōu)點，在任何一塊硬盤出現(xiàn)問題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會受到損壞硬盤的影響。
二、RAID的幾種工作模式
1、RAID0
即Data Stripping數(shù)據(jù)分條技術(shù)。RAID 0可以把多塊硬盤連成一個容量更大的硬盤群，可以提高磁盤的性能和吞吐量。RAID 0沒有冗余或錯誤修復能力，成本低，要求至少兩個磁盤，一般只是在那些對數(shù)據(jù)安全性要求不高的情況下才被使用。
(1)、RAID 0最簡單方式
就是把x塊同樣的硬盤用硬件的形式通過智能磁盤控制器或用操作系統(tǒng)中的磁盤驅(qū)動程序以軟件的方式串聯(lián)在一起，形成一個獨立的邏輯驅(qū)動器，容量是單獨硬盤的x倍,在電腦數(shù)據(jù)寫時被依次寫入到各磁盤中，當一塊磁盤的空間用盡時，數(shù)據(jù)就會被自動寫入到下一塊磁盤中，它的好處是可以增加磁盤的容量。速度與其中任何一塊磁盤的速度相同，假如其中的任何一塊磁盤出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)將會受到破壞，可靠性是單獨使用一塊硬盤的1/n。
(2)、RAID 0的另一方式
是用n塊硬盤選擇合理的帶區(qū)大小創(chuàng)建帶區(qū)集，最好是為每一塊硬盤都配備一個專門的磁盤控制器,在電腦數(shù)據(jù)讀寫時同時向n塊磁盤讀寫數(shù)據(jù),速度提升n倍。提高系統(tǒng)的性能。
2、RAID 1
RAID 1稱為磁盤鏡像：把一個磁盤的數(shù)據(jù)鏡像到另一個磁盤上，在不影響性能情況下最大限度的保證系統(tǒng)的可靠性和可修復性上，具有很高的數(shù)據(jù)冗余能力，但磁盤利用率為50%，故成本最高，多用在保存要害性的重要數(shù)據(jù)的場合。RAID 1有以下特點：
(1)、RAID 1的每一個磁盤都具有一個對應的鏡像盤，任何時候數(shù)據(jù)都同步鏡像，系統(tǒng)可以從一組鏡像盤中的任何一個磁盤讀取數(shù)據(jù)。
(2)、磁盤所能使用的空間只有磁盤容量總和的一半，系統(tǒng)成本高。
(3)、只要系統(tǒng)中任何一對鏡像盤中至少有一塊磁盤可以使用，甚至可以在一半數(shù)量的硬盤出現(xiàn)問題時系統(tǒng)都可以正常運行。
(4)、出現(xiàn)硬盤故障的RAID系統(tǒng)不再可靠，應當及時的更換損壞的硬盤，否則剩余的鏡像盤也出現(xiàn)問題，那么整個系統(tǒng)就會崩潰。
(5)、更換新盤后原有數(shù)據(jù)會需要很長時間同步鏡像，外界對數(shù)據(jù)的訪問不會受到影響，只是這時整個系統(tǒng)的性能有所下降。
(6)、RAID 1磁盤控制器的負載相當大，用多個磁盤控制器可以提高數(shù)據(jù)的安全性和可用性。
3、RAID0 1
把RAID0和RAID1技術(shù)結(jié)合起來，數(shù)據(jù)除分布在多個盤上外，每個盤都有其物理鏡像盤，提供全冗余能力，答應一個以下磁盤故障，而不影響數(shù)據(jù)可用性，并具有快速讀/寫能力。RAID0 1要在磁盤鏡像中建立帶區(qū)集至少4個硬盤。 4、RAID2
電腦在寫入數(shù)據(jù)時在一個磁盤上保存數(shù)據(jù)的各個位，同時把一個數(shù)據(jù)不同的位運算得到的海明校驗碼保存另一組磁盤上，由于海明碼可以在數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤的情況下將錯誤校正，以保證輸出的正確。但海明碼使用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，使得輸出數(shù)據(jù)的速率取決于驅(qū)動器組中速度最慢的磁盤。RAID2控制器的設(shè)計簡單。
5、RAID3：帶奇偶校驗碼的并行傳送
RAID 3使用一個專門的磁盤存放所有的校驗數(shù)據(jù)，而在剩余的磁盤中創(chuàng)建帶區(qū)集分散數(shù)據(jù)的讀寫操作。當一個完好的RAID 3系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，只需要在數(shù)據(jù)存儲盤中找到相應的數(shù)據(jù)塊進行讀取操作即可。但當向RAID 3寫入數(shù)據(jù)時，必須計算與該數(shù)據(jù)塊同處一個帶區(qū)的所有數(shù)據(jù)塊的校驗值，并將新值重新寫入到校驗塊中，這樣無形雖增加系統(tǒng)開銷。當一塊磁盤失效時，該磁盤上的所有數(shù)據(jù)塊必須使用校驗信息重新建立，假如所要讀取的數(shù)據(jù)塊正好位于已經(jīng)損壞的磁盤，則必須同時讀取同一帶區(qū)中的所有其它數(shù)據(jù)塊，并根據(jù)校驗值重建丟失的數(shù)據(jù)，這使系統(tǒng)減慢。當更換了損壞的磁盤后，系統(tǒng)必須一個數(shù)據(jù)塊一個數(shù)據(jù)塊的重建壞盤中的數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)的性能會受到嚴重的影響。RAID 3最大不足是校驗盤很輕易成為整個系統(tǒng)的瓶頸，對于經(jīng)常大量寫入操作的應用會導致整個RAID系統(tǒng)性能的下降。RAID 3適合用于數(shù)據(jù)庫和WEB服務器等。
6、RAID4
RAID4即帶奇偶校驗碼的獨立磁盤結(jié)構(gòu)，RAID4和RAID3很象，它對數(shù)據(jù)的訪問是按數(shù)據(jù)塊進行的，也就是按磁盤進行的，每次是一個盤，RAID4的特點和RAID3也挺象，不過在失敗恢復時，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設(shè)計難度也要大許多，而且訪問數(shù)據(jù)的效率不怎么好。
7、RAID5
RAID 5把校驗塊分散到所有的數(shù)據(jù)盤中。RAID 5使用了一種非凡的算法，可以計算出任何一個帶區(qū)校驗塊的存放位置。這樣就可以確保任何對校驗塊進行的讀寫操作都會在所有的RAID磁盤中進行均衡，從而消除了產(chǎn)生瓶頸的可能。RAID5的讀出效率很高，寫入效率一般，塊式的集體訪問效率不錯。RAID 5提高了系統(tǒng)可靠性，但對數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿行越鉀Q不好，而且控制器的設(shè)計也相當困難。
8、RAID6
RAID6即帶有兩種分布存儲的奇偶校驗碼的獨立磁盤結(jié)構(gòu)，它是對RAID5的擴展，主要是用于要求數(shù)據(jù)絕對不能出錯的場合，使用了二種奇偶校驗值，所以需要N 2個磁盤，同時對控制器的設(shè)計變得十分復雜，寫入速度也不好，用于計算奇偶校驗值和驗證數(shù)據(jù)正確性所花費的時間比較多，造成了不必須的負載，很少人用。
9、RAID7
RAID7即優(yōu)化的高速數(shù)據(jù)傳送磁盤結(jié)構(gòu)，它所有的I/O傳送均是同步進行的，可以分別控制，這樣提高了系統(tǒng)的并行性和系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)的速度;每個磁盤都帶有高速緩沖存儲器，實時操作系統(tǒng)可以使用任何實時操作芯片，達到不同實時系統(tǒng)的需要。答應使用SNMP協(xié)議進行治理和監(jiān)視，可以對校驗區(qū)指定獨立的傳送信道以提高效率�？梢赃B接多臺主機，當多用戶訪問系統(tǒng)時，訪問時間幾乎接近于0。但假如系統(tǒng)斷電，在高速緩沖存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)就會全部丟失，因此需要和UPS一起工作，RAID7系統(tǒng)成本很高。
10、RAID 2.0
RAID 2.0(獨立磁盤冗余數(shù)組2.0, Redundant Array of Independent Disks Version 2.0)，為增強型RAID技術(shù)，有效解決了機械硬盤容量越來越大，重構(gòu)一塊機械硬盤所需時間越來越長，傳統(tǒng)RAID組重構(gòu)窗口越來越大而導致重構(gòu)期間又故障一塊硬盤而徹底丟失數(shù)據(jù)風險的問題。其基本思想就是把大容量機械硬盤先按照固定的容量切割成多個更小的分塊(Chunk，通常為64MB)，RAID組建立在這些小分塊上，而不是某些硬盤上，我們稱為分塊組(Chunk Group)。此時硬盤間不再組成傳統(tǒng)的RAID關(guān)系，而是組成更大硬盤數(shù)量的硬盤組(通常包含96塊盤)，每個硬盤上不同的分塊可與此硬盤組上不同硬盤上的分塊組成不同RAID類型的分塊組，這樣一個硬盤上的分塊可以屬于多個RAID類型的多個分塊組。以這樣的組織形式，基于RAID2.0技術(shù)的存儲系統(tǒng)能夠做到在一塊硬盤故障后，在硬盤組上的所有硬盤上并發(fā)進行重構(gòu)，而不再是傳統(tǒng)RAID的單個熱備盤上進行重構(gòu)，從而大大降低重構(gòu)時間，減少重構(gòu)窗口擴大導致的數(shù)據(jù)丟失風險，在硬盤容量大幅增加的同時確保存儲系統(tǒng)的性能和可靠性。RAID2.0并沒有改變傳統(tǒng)的各種RAID類型的算法，而是把RAID范圍縮小到分塊組上。
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