磁盤陣列有兩種方式可以實(shí)現(xiàn),那就是“軟件陣列”與“硬件陣列”。
軟件陣列是指通過網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)自身提供的磁盤管理功能將連接的普通SCSI卡上的多塊硬盤配置成邏輯盤,組成陣列。軟件陣列可以提供數(shù)據(jù)冗余功能,但是磁盤子系統(tǒng)的性能會(huì)有所降低,有的降低幅度還比較大,達(dá)30%左右。
硬件陣列是使用專門的磁盤陣列卡來實(shí)現(xiàn)的。硬件陣列能夠提供在線擴(kuò)容、動(dòng)態(tài)修改陣列級(jí)別、自動(dòng)數(shù)據(jù)恢復(fù)、驅(qū)動(dòng)器漫游、超高速緩沖等功能。它能提供性能、數(shù)據(jù)保護(hù)、可靠性、可用性和可管理性的解決方案。陣列卡專用的處理單元來進(jìn)行操作,它的性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)非陣列硬盤,并且更安全更穩(wěn)定。
適合家庭用戶的是固態(tài)硬盤做系統(tǒng)盤,然后用兩塊一樣的機(jī)械硬盤做高速的RAID 0,如果有數(shù)據(jù)安全需求,可以考慮RAID 0+1,以四個(gè)磁盤組成的RAID 0+1為例,其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式如圖所示:RAID 0+1是存儲(chǔ)性能和數(shù)據(jù)安全兼顧的方案。它在提供與RAID 1一樣的數(shù)據(jù)安全保障的同時(shí),也提供了與RAID 0近似的存儲(chǔ)性能。
RAID技術(shù)主要包含RAID 0~RAID 7等數(shù)個(gè)規(guī)范,它們的側(cè)重點(diǎn)各不相同,常見的規(guī)范有如下幾種(下面的圖例同時(shí)表明了每種RAID所需的最少的磁盤數(shù)量):
RAID 0:RAID 0連續(xù)以位或字節(jié)為單位分割數(shù)據(jù),并行讀/寫于多個(gè)磁盤上,因此具有很高的數(shù)據(jù)傳輸率,但它沒有數(shù)據(jù)冗余,因此并不能算是真正的RAID結(jié)構(gòu)。RAID 0只是單純地提高性能,并沒有為數(shù)據(jù)的可靠性提供保證,而且其中的一個(gè)磁盤失效將影響到所有數(shù)據(jù)。因此,RAID 0不能應(yīng)用于數(shù)據(jù)安全性要求高的場(chǎng)合。
RAID 1:它是通過磁盤數(shù)據(jù)鏡像實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余,在成對(duì)的獨(dú)立磁盤上產(chǎn)生互為備份的數(shù)據(jù)。當(dāng)原始數(shù)據(jù)繁忙時(shí),可直接從鏡像拷貝中讀取數(shù)據(jù),因此RAID 1可以提高讀取性能。RAID 1是磁盤陣列中單位成本最高的,但提供了很高的數(shù)據(jù)安全性和可用性。當(dāng)一個(gè)磁盤失效時(shí),系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到鏡像磁盤上讀寫,而不需要重組失效的數(shù)據(jù)。
RAID 0+1: 也被稱為RAID 10標(biāo)準(zhǔn),實(shí)際是將RAID 0和RAID 1標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合的產(chǎn)物,在連續(xù)地以位或字節(jié)為單位分割數(shù)據(jù)并且并行讀/寫多個(gè)磁盤的同時(shí),為每一塊磁盤作磁盤鏡像進(jìn)行冗余。它的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)擁有RAID 0的超凡速度和RAID 1的數(shù)據(jù)高可靠性,但是CPU占用率同樣也更高,而且磁盤的利用率比較低。
RAID 2:將數(shù)據(jù)條塊化地分布于不同的硬盤上,條塊單位為位或字節(jié),并使用稱為“加重平均糾錯(cuò)碼(海明碼)”的編碼技術(shù)來提供錯(cuò)誤檢查及恢復(fù)。這種編碼技術(shù)需要多個(gè)磁盤存放檢查及恢復(fù)信息,使得RAID 2技術(shù)實(shí)施更復(fù)雜,因此在商業(yè)環(huán)境中很少使用。
RAID 3:它同RAID 2非常類似,都是將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的硬盤上,區(qū)別在于RAID 3使用簡(jiǎn)單的奇偶校驗(yàn),并用單塊磁盤存放奇偶校驗(yàn)信息。如果一塊磁盤失效,奇偶盤及其他數(shù)據(jù)盤可以重 新產(chǎn)生數(shù)據(jù);如果奇偶盤失效則不影響數(shù)據(jù)使用。RAID 3對(duì)于大量的連續(xù)數(shù)據(jù)可提供很好的傳輸率,但對(duì)于隨機(jī)數(shù)據(jù)來說,奇偶盤會(huì)成為寫操作的瓶頸。
RAID 4:RAID 4同樣也將數(shù)據(jù)條塊化并分布于不同的磁盤上,但條塊單位為塊或記錄。RAID 4使用一塊磁盤作為奇偶校驗(yàn)盤,每次寫操作都需要訪問奇偶盤,這時(shí)奇偶校驗(yàn)盤會(huì)成為寫操作的瓶頸,因此RAID 4在商業(yè)環(huán)境中也很少使用。
RAID 5:RAID 5不單獨(dú)指定的奇偶盤,而是在所有磁盤上交叉地存取數(shù)據(jù)及奇偶校驗(yàn)信息。在RAID 5上,讀/寫指針可同時(shí)對(duì)陣列設(shè)備進(jìn)行操作,提供了更高的數(shù)據(jù)流量。RAID 5更適合于小數(shù)據(jù)塊和隨機(jī)讀寫的數(shù)據(jù)。RAID 3與RAID 5相比,最主要的區(qū)別在于RAID 3每進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸就需涉及到所有的陣列盤;而對(duì)于RAID 5來說,大部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸只對(duì)一塊磁盤操作,并可進(jìn)行并行操作。在RAID 5中有“寫損失”,即每一次寫操作將產(chǎn)生四個(gè)實(shí)際的讀/寫操作,其中兩次讀舊的數(shù)據(jù)及奇偶信息,兩次寫新的數(shù)據(jù)及奇偶信息。
RAID 6:與RAID 5相比,RAID 6增加了第二個(gè)獨(dú)立的奇偶校驗(yàn)信息塊。兩個(gè)獨(dú)立的奇偶系統(tǒng)使用不同的算法,數(shù)據(jù)的可靠性非常高,即使兩塊磁盤同時(shí)失效也不會(huì)影響數(shù)據(jù)的使用。但RAID 6需要分配給奇偶校驗(yàn)信息更大的磁盤空間,相對(duì)于RAID 5有更大的“寫損失”,因此“寫性能”非常差。較差的性能和復(fù)雜的實(shí)施方式使得RAID 6很少得到實(shí)際應(yīng)用。
RAID 7:這是一種新的RAID標(biāo)準(zhǔn),其自身帶有智能化實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和用于存儲(chǔ)管理的軟件工具,可完全獨(dú)立于主機(jī)運(yùn)行,不占用主機(jī)CPU資源。RAID 7可以看作是一種存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)(Storage Computer),它與其他RAID標(biāo)準(zhǔn)有明顯區(qū)別。除了以上的各種標(biāo)準(zhǔn)(如表1),我們可以如RAID 0+1那樣結(jié)合多種RAID規(guī)范來構(gòu)筑所需的RAID陣列,例如RAID 5+3(RAID 53)就是一種應(yīng)用較為廣泛的陣列形式。用戶一般可以通過靈活配置磁盤陣列來獲得更加符合其要求的磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)。
RAID 5E(RAID 5 Enhencement): RAID 5E是在RAID 5級(jí)別基礎(chǔ)上的改進(jìn),與RAID 5類似,數(shù)據(jù)的校驗(yàn)信息均勻分布在各硬盤上,但是,在每個(gè)硬盤上都保留了一部分未使用的空間,這部分空間沒有進(jìn)行條帶化,最多允許兩塊物理硬盤出現(xiàn)故障??雌饋恚琑AID 5E和RAID 5加一塊熱備盤好象差不多,其實(shí)由于RAID 5E是把數(shù)據(jù)分布在所有的硬盤上,性能會(huì)與RAID5 加一塊熱備盤要好。當(dāng)一塊硬盤出現(xiàn)故障時(shí),有故障硬盤上的數(shù)據(jù)會(huì)被壓縮到其它硬盤上未使用的空間,邏輯盤保持RAID 5級(jí)別。
RAID 5EE: 與RAID 5E相比,RAID 5EE的數(shù)據(jù)分布更有效率,每個(gè)硬盤的一部分空間被用作分布的熱備盤,它們是陣列的一部分,當(dāng)陣列中一個(gè)物理硬盤出現(xiàn)故障時(shí),數(shù)據(jù)重建的速度會(huì)更快。
RAID 50:RAID50是RAID5與RAID0的結(jié)合。此配置在RAID5的子磁盤組的每個(gè)磁盤上進(jìn)行包括奇偶信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)的剝離。每個(gè)RAID5子磁盤組要求三個(gè)硬盤。RAID50具備更高的容錯(cuò)能力,因?yàn)樗试S某個(gè)組內(nèi)有一個(gè)磁盤出現(xiàn)故障,而不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。而且因?yàn)槠媾嘉环植坑赗AID5子磁盤組上,故重建速度有很大提高。優(yōu)勢(shì):更高的容錯(cuò)能力,具備更快數(shù)據(jù)讀取速率的潛力。需要注意的是:磁盤故障會(huì)影響吞吐量。故障后重建信息的時(shí)間比鏡像配置情況下要長(zhǎng)。
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