RAID實現原理及常用級別

RAID(Redundant Array of Independent Disks):

定義:獨立硬盤冗余陣列,舊稱廉價磁盤冗余陣列(Redundant Array of Independent Disks),簡稱磁盤陣列。

原理:把多個相對便宜的硬盤組合起來,成為一個硬盤陣列組,使其性能達到甚至超過價格昂貴,容量巨大的硬盤。

優勢:

  • RAID在容量和管理上的優勢

    • 易于靈活地進行容量拓展

    • “虛擬化”可使管理性極大的增強

  • RAID在性能上的優勢

    • “磁盤分塊”技術帶來性能的提高

  • RAID在可靠性和可用性上的優勢

    • 通過冗余技術和熱備、熱換提升了可靠性

分級

RAID-0:條帶卷。將兩個以上磁盤并聯起來,成為一個大容量的磁盤。在存放數據時,以條帶的形式將數據塊(chunk)均勻分布在陣列的各個磁盤上,因為讀寫時都可以并行處理,所以在所有的級別中,RAID-0的速度是最快的。但是RAID-0既沒有冗余能力,也不具備容錯能力,如果一個物理磁盤損壞,所有數據都會丟失。

小結:

  1. 硬盤的讀、寫性能均得到提高

  2. 磁盤陣列可用空間:size=N*min(S1,S2,S3…)

  3. 無容錯能力

  4. 所需最少磁盤數為2塊

RAID實現原理及常用級別

RAID-1:鏡像卷。以鏡像為冗余方式,對虛擬磁盤上的數據做多份拷貝,放在成員磁盤上。在一些多線程操作系統中能有很好的讀取速度,理論上讀取速度等于硬盤數量的倍數,另外寫入速度有微小的降低。只要一個磁盤正常即可維持運作,可靠性最高。其原理為在主硬盤上存放數據的同時也在鏡像硬盤上寫一樣的數據。當主硬盤(物理)損壞時,鏡像硬盤則代替主硬盤的工作。因為有鏡像硬盤做數據備份,所以RAID 1的數據安全性在所有的RAID級別上來說是最好的。但無論用多少磁盤做RAID-1,僅算一個磁盤的容量,是所有RAID中磁盤利用率最低的一個級別。

小結:

  1. 讀性能提升,寫性能略有下降

  2. 磁盤陣列可用空間:size=min(S1,S2,S3…)

  3. 有冗余能力

  4. 所需最少磁盤數為2塊

RAID實現原理及常用級別

RAID-3:數據塊被分為更小的塊并行傳輸到各個成員磁盤上,同時計算XOR校驗數據存放到專用的校驗磁盤上,比較適于讀取大量數據時使用。

小結:

  1. 讀寫性能都比較好當有磁盤損壞時,對整體吞吐量影響較小

  2. 采用并行存取方式,主軸同步時吞吐量沒有提高校驗磁盤的寫性能有瓶頸

  3. 所需最少磁盤數為3塊

RAID實現原理及常用級別

RAID-4:數據被分為更大的塊并行傳輸到各個成員磁盤上,同時計算XOR校驗數據存放到專用的校驗磁盤上,它與RAID 3不同的是它在分區時是以區塊為單位分別存在硬盤中.

小結:

  1. 提高了讀、寫性能,但是冗余校驗碼都是存放在單一硬盤上,所以此硬盤性能可能會很差

  2. 提高了硬盤容錯能力

  3. 陣列所需最少磁盤數為3塊

  4. 可用空間:size=(N-1)*min(S1,S2,S3…)

RAID實現原理及常用級別

RAID-5:較RAID-4,采用獨立存取的陣列方式,校驗信息被均勻的分散到陣列的各個磁盤上。

小結:

  1. 提高了讀、寫性能

  2. 提升了硬盤的容錯能力

  3. 陣列的可用空間:size=(N-1)*min(S1,S2,…)

  4. 最少磁盤數為3塊

RAID實現原理及常用級別

RAID-6:帶有兩種分布存儲的檢驗信息的磁盤陣列,它是對RAID5的擴展,主要是用于要求數據絕對不能出錯的場合,使用了二種奇偶校驗方法,需要N+2個磁盤。

小結:

  1. 讀、寫性能提升

  2. 可用空間:size=(N-2)*min(S1,S2,…)

  3. 提高了容錯能力

  4. 所需最少磁盤數為4塊

RAID實現原理及常用級別

RAID-10:結合RAID-1和RAID-0,先鏡像,再條帶化。

小結:

  1. 讀、寫性能提升

  2. 可用空間:size=N*min(S1,S2,…)/2

  3. 有容錯能力:每組鏡像最多只能壞一塊

  4. 最少磁盤數為4塊

RAID實現原理及常用級別

RAID-01:結合RAID-0和RAID-1,先條帶化,再鏡像。

小結:

  1. 讀、寫性能提升

  2. 可用空間:size=N*min(S1,S2,…)/2

  3. 有容錯能力,但效果不理想

  4. 所需最少磁盤數為4塊

RAID實現原理及常用級別

RAID-50:RAID 5與RAID 0的組合,先作RAID 5,再作RAID 0.

小結:

RAID 50在底層的任一組或多組RAID 5中出現1顆硬盤損壞時,仍能維持運作,不過如果任一組RAID 5中出現2顆或2顆以上硬盤損毀,整組RAID 50就會失效。

RAID實現原理及常用級別

JBOD:將多個硬盤空間合并成一個大的邏輯硬盤。

小結:

  1. 沒有錯誤備援機制

  2. size=sum(S1,S2,…)

RAID實現原理及常用級別

常用RAID級別的比較

RAID實現原理及常用級別

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