廉價(jià)磁盤冗余陣列(RAID)技術(shù)的分析與應(yīng)用

廉價(jià)磁盤冗余陣列(RAID)技術(shù)的分析與應(yīng)用

摘要:在如今各類存儲(chǔ)系統(tǒng)中，RAID已經(jīng)成為不可或缺的重要組成部分，為保護(hù)數(shù)據(jù)發(fā)揮重要作用。本文詳細(xì)分析了目前5種不同RAID級(jí)別的技術(shù)特點(diǎn),并介紹了它們的各自優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)。

關(guān)鍵字:RAID；磁盤；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

冗余磁盤陣列技術(shù)(RAID)誕生于1987年，由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校提出。最初的研制目的是為了組合小的廉價(jià)磁盤來(lái)代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的費(fèi)用，同時(shí)也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤失效時(shí)不會(huì)使對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)受損失，從而開發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)，并且能適當(dāng)?shù)奶嵘龜?shù)據(jù)傳輸速度。除了性能上的提高之外，RAID還可以提供良好的容錯(cuò)能力，在任何一塊硬盤出現(xiàn)問(wèn)題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會(huì)受到損壞硬盤的影響。

1RAID的工作原理

RAID如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高穩(wěn)定性呢？我們不妨來(lái)看一下它的工作原理。RAID按照實(shí)現(xiàn)原理的不同分為不同的級(jí)別，不同的級(jí)別之間工作模式是有區(qū)別的。整個(gè)的RAID結(jié)構(gòu)是一些磁盤結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)磁盤進(jìn)行組合達(dá)到提高效率，減少錯(cuò)誤的目的。RAID技術(shù)分為幾種不同的等級(jí)，分別可以提供不同的速度，安全性和性價(jià)比。根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)腞AID級(jí)別可以滿足用戶對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)可用性、性能和容量的要求。下面對(duì)他們做詳細(xì)的分析比較:

RAID0無(wú)差錯(cuò)控制的帶區(qū)組

稱為Stripe或Striping，它代表了所有RAID級(jí)別中最高的存儲(chǔ)性能。RAID0提高存儲(chǔ)性能的原理是把連續(xù)的數(shù)據(jù)分散到多個(gè)磁盤上存取，這樣，系統(tǒng)有數(shù)據(jù)請(qǐng)求就可以被多個(gè)磁盤并行的執(zhí)行，每個(gè)磁盤執(zhí)行屬于它自己的那部分?jǐn)?shù)據(jù)請(qǐng)求。這種數(shù)據(jù)上的并行操作可以充分利用總線的帶寬，顯著提高磁盤整體存取性能。系統(tǒng)向三個(gè)磁盤組成的邏輯硬盤發(fā)出的I/O數(shù)據(jù)請(qǐng)求被轉(zhuǎn)化為3項(xiàng)操作，其中的每一項(xiàng)操作都對(duì)應(yīng)于一塊物理硬盤我們從圖中可以清楚的看到通過(guò)建立RAID0，原先順序的數(shù)據(jù)請(qǐng)求被分散到所有的三塊硬盤中同時(shí)執(zhí)行。從理論上講三塊硬盤的并行操作使同一時(shí)間內(nèi)磁盤讀寫速度提升了3倍。但由于總線帶寬等多種因素的影響，實(shí)際的提升速率肯定會(huì)低于理論值。

RAID1鏡象結(jié)構(gòu)

又稱為Mirror，它的宗旨是最大限度的保證用戶數(shù)據(jù)的可用性和可修復(fù)性。RAID1的操作方式是把用戶寫入硬盤的數(shù)據(jù)百分之地自動(dòng)復(fù)制到另外一個(gè)硬盤上。

當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)先從RAID0的源盤讀取數(shù)據(jù)，如讀取數(shù)據(jù)成功，則系統(tǒng)不去管備份盤上的數(shù)據(jù)；如讀取源盤數(shù)據(jù)失敗，則系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)而讀取備份盤上的數(shù)據(jù)，不會(huì)造成用戶工作任務(wù)的中斷。我們應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換損壞的硬盤并利用備份數(shù)據(jù)重新建立Mirror。由于對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行百分之百的備份，在所有RAID級(jí)別中，RAID1提供最高的數(shù)據(jù)安全保障。同樣，由于數(shù)據(jù)的百分之百備份，備份數(shù)據(jù)占了總存儲(chǔ)空間的一半，因而Mirror(鏡像)的磁盤空間利用率低，存儲(chǔ)成本高。

Mirror雖不能提高存儲(chǔ)性能，但由于其具有的高數(shù)據(jù)安全性，使其尤其適用于存放重要數(shù)據(jù)，如服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域。

RAID5分布式奇偶校驗(yàn)的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)

是一種存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全和存儲(chǔ)成本兼顧的存儲(chǔ)解決方案。以四個(gè)硬盤組成的RAID5為例，P0為D0，D1和D2的奇偶校驗(yàn)信息，其它以此類推。由圖中可以看出，RAID5不對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，而是把數(shù)據(jù)和相對(duì)應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息存儲(chǔ)到組成RAID5的各個(gè)磁盤上，并且奇偶校驗(yàn)信息和相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)于不同的磁盤上。當(dāng)RAID5的一個(gè)磁盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后，利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息去恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。

RAID5可以理解為是RAID0和RAID1的折衷方案。RAID5可以為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全保障，但保障程度要比Mirror低而磁盤空間利用率要比Mirror高。RAID5具有和RAID0相近似的數(shù)據(jù)讀取速度，只是多了一個(gè)奇偶校驗(yàn)信息，寫入數(shù)據(jù)的速度比對(duì)單個(gè)磁盤進(jìn)行寫入操作稍慢。同時(shí)由于多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)奇偶校驗(yàn)信息，RAID5的磁盤空間利用率要比RAID1高，存儲(chǔ)成本相對(duì)較低。

RAID0+1:高可靠性與高效磁盤結(jié)構(gòu)

正如其名字一樣是RAID0和RAID1的組合形式，也稱為RAID10。以四個(gè)磁盤組成的RAID0+1為例，RAID0+1是存儲(chǔ)性能和數(shù)據(jù)安全兼顧的方案。它在提供與RAID1一樣的數(shù)據(jù)安全保障的同時(shí)，也提供了與RAID0近似的存儲(chǔ)性能。

由于RAID0+1也通過(guò)數(shù)據(jù)的100%備份功能提供數(shù)據(jù)安全保障，因此RAID0+1的磁盤空間利用率與RAID1相同，存儲(chǔ)成本高。RAID0+1的特點(diǎn)使其特別適用于既有大量數(shù)據(jù)需要存取，同時(shí)又對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求嚴(yán)格的領(lǐng)域，如銀行、金融、商業(yè)超市、倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房、各種檔案管理等。

2結(jié)束語(yǔ)

RAID