11_冗余磁盘阵列(RAID)

Charlie
  2023-02-03 21:57 2023-02-03 21:57 创建   2024-07-05 12:55:04 2024-07-05 12:55:04 更新    
  • 冗余磁盘阵列 / 独立磁盘冗余阵列：Redundant Arrays of Independent Disks (RAID)
  • 基本思想
    • 将多个独立操作的磁盘按某种方式组织成磁盘阵列，以增加容量
    • 将数据存储在多个盘体上，通过这些盘并行工作来提高数据传输率
    • 采用数据冗余来进行错误恢复以提高系统可靠性
  • 特性
    • 由一组物理磁盘驱动器组成，被视为单个的逻辑驱动器
    • 数据是分布在多个物理磁盘上
    • 冗余磁盘容量用于存储校验信息，保证磁盘万一损坏时能恢复数据

1.RAID分类

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2.RAID 0

  • 数据以条带的形式在可用的磁盘上分布
    • Eg：按照0、1、2、3顺序
  • 不采用冗余来改善性能（不是RAID家族中的真正成员）

2.1 优点

  • 高数据传输率
  • 高速响应I/O请求：两个I/O请求所需要的数据块可能在不同的磁盘

2.2 缺点

  • 任何一个盘损坏文件就不可用

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3.RAID 1

  • 采用了数据条带
  • 采用简单地备份所有数据的方法来实现冗余

3.1 优点

  • 高速响应I/O请求：即便是同一个磁盘上的数据块，也可以由两组硬盘分别响应
    • 读请求可以由包含请求数据的两个对应磁盘中的某一个提供服务，可以选择寻道时间较小的那个，更快
    • 写请求需要更新两个对应的条带：可以并行完成，但受限于写入较慢的磁盘，更慢
  • 单个磁盘损坏时不会影响数据访问，恢复受损磁盘简单

3.2 缺点

  • 价格昂贵

3.3 用途

  • 只限于用在存储系统软件、数据和其他关键文件的驱动器中

3.4 与RAID 0相比

  • 如果有大批的读请求，则RAID 1能实现高速的I/O速率，性能可以达到RAID 0的两倍
  • 如果I/O请求有相当大的部分是写请求，则它不比RAID 0的性能好多少6a_VoIPSCreencastCoverWnd (2).png

3.5RAID 01 vs. RAID 10

  • RAID 01 = RAID 0+1：先做RAID 0，再做RAID 1
  • RAID 10 = RAID 1+0：先做RAID 1，再做RAID 0
  • 两者在数据传输率和磁盘利用率上没有明显区别，主要区别是对磁盘损坏的容错能力
    • RAID 10容错率更高

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4.RAID 2

  • 采用并行存取技术
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4.1 目标

  • 所有磁盘都参与每个I/O请求的执行

4.2 特点

  • 各个驱动器的轴是同步旋转的，因此每个磁盘上的每个磁头在任何时刻都位于同一位置
  • 采用数据条带：条带非常小，经常只有一个字节或一个字

4.3 纠错

对位于同一条带的各个数据盘上的数据位计算校验码（通常采用海明码），校验码存储在该条带中多个校验盘的对应位置

4.4 访问

  • 读取：获取请求的数据和对应的校验码
  • 写入：所有数据盘和校验盘都被访问

4.5 缺点

  • 冗余盘依然比较多，价格较贵
  • 适用于多磁盘易出错环境，对于单个磁盘和磁盘驱动器已经具备高 可靠性的情况没有意义

5.RAID 3

  • 采用并行存取技术
    • 各个驱动器的轴同步旋转
    • 采用非常小的数据条带

5.1 校验

  • 对所有数据盘上同一位置的数据计算奇偶校验码
    • 当某一磁盘损坏时，可以用于重构数据
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5.2 优缺点

  • 优点：能够获得非常高的数据传输率
    • 对于大量传送，性能改善特别明显
  • 缺点：一次只能执行一个I/O请求
    • 在面向多个IO请求时，性能将受损

6.RAID 4

  • 采用独立存取技术
    • 读可以独立，写无法独立
    • 每个磁盘成员的操作是独立的，各个I/O请求能够并行处理
    • 采用相对较大的数据条带

6.1 校验

根据各个数据盘上的数据来逐位计算奇偶校验条带，奇偶校验位存储在奇偶校验盘的对应条带上
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  • 优化修改数据时重新计算校验码的读写次数
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6.2 性能

  • 当执行较小规模的I/O写请求时，RAID 4会遭遇写损失
    • 对于每一次写操作，阵列管理软件不仅要修改用户数据， 而且要修改相应的校验位
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  • 当涉及所有磁盘的数据条带的较大I/O写操作时，只要用新的数据位来进行简单的计算即可得到奇偶校验位
  • 每一次写操作必须涉及到唯一的校验盘，校验盘会成为瓶颈

7.RAID 5

  • 与RAID 4 组织方式相似
  • 在所有磁盘上都分布了奇偶校验条带
    • 避免潜在的I/O瓶颈问题
  • 访问时的“两读两写”
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7.1 RAID 50

  • 先作RAID 5，再作RAID 0,也就 是对多组RAID 5彼此构成条带访问
  • RAID 50在底层的任一组或多组RAID 5中出现1颗硬盘损坏时，仍能维持运作；如果任一组RAID 5中出现2颗或2颗以上硬盘 损毁，整组RAID 50就会失效
  • RAID 50由于在上层把多组RAID 5进行条带化，性能比起单纯的RAID 5高，但容量利用率比RAID5要低

8.RAID 6

  • 采用两种不同的校验码，并将校验码以分开的块存于不同的磁盘中
  • 优点
    • 提升数据可用性：只有在平均修复时间间隔内3个磁盘都出了故障，才会造成数据丢失
  • 缺点
    • 写损失:每次写影响到两个校验块
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9.RAID比较

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  • 标题: 11_冗余磁盘阵列(RAID)
  • 作者: Charlie
  • 创建于 : 2023-02-03 21:57:00
  • 更新于 : 2024-07-05 12:55:04
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11_冗余磁盘阵列(RAID)
  1. 1.RAID分类
  2. 2.RAID 0
    1. 2.1 优点
    2. 2.2 缺点
  3. 3.RAID 1
    1. 3.1 优点
    2. 3.2 缺点
    3. 3.3 用途
    4. 3.4 与RAID 0相比
    5. 3.5RAID 01 vs. RAID 10
  4. 4.RAID 2
    1. 4.1 目标
    2. 4.2 特点
    3. 4.3 纠错
    4. 4.4 访问
    5. 4.5 缺点
  5. 5.RAID 3
    1. 5.1 校验
    2. 5.2 优缺点
  6. 6.RAID 4
    1. 6.1 校验
    2. 6.2 性能
  7. 7.RAID 5
    1. 7.1 RAID 50
  8. 8.RAID 6
  9. 9.RAID比较