小解RAID

小解RAID

  一:WHAT

談到存儲,當然不能不談談RAID,磁盤陣列(Redundant Arraysof Independent DisksRAID),有獨立磁盤構成的具有冗餘能力的陣列之意。

磁盤陣列是由很多價格較便宜的磁盤,組合成一個容量巨大的磁盤組,利用個別磁盤提供數據所產生加成效果提升整個磁盤系統效能。利用這項技術,將數據切割成許多區段,分別存放在各個硬盤上。[1] 

磁盤陣列還能利用同位檢查(Parity Check)的觀念,在數組中任意一個硬盤故障時,仍可讀出數據,在數據重構時,將數據經計算後重新置入新硬盤中。

  二:WHY

         我們知道當年計算機面世之後CPU等硬件都在飛速的發展,CPU效能每年大約成長30%--50%,但是硬磁機只能成長約7%,當年伯克利大學研究小組希望找到一種新的技術在短期內提升硬盤的性能從而來平衡計算機的運算能力。RAID便是當時的研究成果。

  三:HOW

         從RAID誕生到現在分爲好多個等級,分別因對不同的場景,常用的從RAID0—6

         RAID0:RAID0稱爲條帶化(Striping)存儲,將數據分段存儲於 各個磁盤中,讀寫均可以並行處理。因此其讀寫速率爲單個磁盤的N倍(N爲組成RAID0的磁盤個數),但是卻沒有數據冗餘,單個磁盤的損壞會導致數據的不可修復。

         RAID1

鏡像存儲(mirroring),沒有數據校驗。數據被同等地寫入兩個或多個磁盤中,可想而知,寫入速度會比較慢,但讀取速度會比較快。讀取速度可以接近所有磁盤吞吐量的總和,寫入速度受限於最慢的磁盤。 RAID1也是磁盤利用率最低的一個。如果用兩個不同大小的磁盤建立RAID1,可以用空間較小的那一個,較大的磁盤多出來的部分可以作他用,不會浪費。

RAID 2

RAID0的改良版,加入了漢明碼(HanmmingCode)錯誤校驗。

由於漢明碼能夠糾正單一比特的錯誤,所以當單個磁盤損壞時,漢明碼便能夠糾正數據。

RAID 2 因爲每次讀寫都需要全組磁盤聯動,所以爲了最大化其性能,最好保證每塊磁盤主 軸同步,使同一時刻每塊磁盤磁頭所處的扇區邏輯編號都一致,並存並取,達到最佳性能。如果不能同步,則會產生等待,影響速度。

RAID 3

類似於RAID2,數據條帶化(stripe)存儲於不同的硬盤,數據以字節爲單位,只是RAID3使用單塊磁盤存儲簡單的奇偶校驗信息,所以最終磁盤數量爲 N+1 。當這N+1個硬盤中的其中一個硬盤出現故障時,從其它N個硬盤中的數據也可以恢復原始數據,當更換一個新硬盤後,系統可以重新恢復完整的校驗容錯信息。

由於在一個硬盤陣列中,多於一個硬盤同時出現故障率的機率很小,所以一般情況下,使用 RAID3,安全性是可以得到保障的。RAID 3會把數據的寫入操作分散到多個磁盤上進行,不管是向哪一個數據盤寫入數據,都需要同時重寫校驗盤中的相關信息。因此,對於那些經常需要執行大量寫入操作的應用來說,校驗盤的負載將會很大,無法滿足程序的運行速度,從而導致整個RAID系統性能的下降。鑑於這種原因,RAID 3更加適合應用於那些寫入操作較少,讀取操作較多的應用環境,例如數據庫和WEB服務器等。

RAID 4

與RAID3類似,但RAID4是按塊(扇區)存取。無須像RAID3那樣,哪怕每一次小I/O操作也要涉 及全組,只需涉及組中兩塊硬盤(一塊數據盤,一塊校驗盤)即可,從而提高了小量數據 I/O速度。

 

RAID 5

奇偶校驗(XOR),數據以塊分段條帶化存儲。校驗信息交叉地存儲在所有的數據盤上。

RAID5把數據和相對應的奇偶校驗信息存儲到組成RAID5的各個磁盤上,並且奇偶校驗信息和 相對應的數據分別存儲於不同的磁盤上,其中任意N-1塊磁盤上都存儲完整的數據,也就是說有相當於一塊磁盤容量的空間用於存儲奇偶校驗信息。因此當RAID5的一個磁盤發生損壞後,不會影響數據的完整性,從而保證了數據安全。當損壞的磁盤被替換後,RAID還會自動利用剩下奇偶校驗信息去重建此磁盤上的數據,來保持RAID5的高可靠性。

RAID 5可以理解爲是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以爲系統提供數據安全保障,但 保障程度要比鏡像低而磁盤空間利用率要比鏡像高。RAID 5具有和RAID 0相近似的數據讀取速度,只是因爲多了一個奇偶校驗信息,寫入數據的速度相對單獨寫入一塊硬盤的速度略慢。

RAID 6

類似RAID5,但是增加了第二個獨立的奇偶校驗信息塊,兩個獨立的奇偶系統使用不同的算法,數據的可靠性非常高,即使兩塊磁盤同時失效也不會影響數據的使用。但RAID 6需要分配給奇偶校驗信息更大的磁盤空間,相對於RAID 5有更大的“寫損失”,因此“寫性能”非常差。

 

 

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