RAID技術(shù)全面體驗(yàn)

1、冗余的力量RAID技術(shù)全面體驗(yàn)(上)   Pcfans最大的痛苦莫過于硬盤故障，輕則影響PC的正常使用，重則珍貴的文件灰飛煙滅。如果上天給你一次后悔的機(jī)會(huì)，你一定會(huì)說：備份一萬遍！   Pcfans最大的煎熬莫過于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡却?，不管是拷貝大型文件，還是壓縮DVD電影。如果上天給你一次機(jī)會(huì)，你一定會(huì)說：速度提高一萬倍！   擺在我們面前是兩個(gè)問題數(shù)據(jù)穩(wěn)定和傳輸速度。怎么來解決？人們?cè)缫呀?jīng)對(duì)解決這兩個(gè)問題準(zhǔn)備好了對(duì)策，那就是RAID！何謂RAID？  RAID是“Redundant Array of Indepen

2、dent Disk”的縮寫，中文意思是獨(dú)立冗余磁盤陣列。冗余磁盤陣列技術(shù)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。  過去RAID一直是高檔服務(wù)器才有緣享用，一直作為高檔SCSI硬盤配套技術(shù)作應(yīng)用。近來隨著技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品成本的不斷下降，IDE硬盤性能有了很大提升，加之RAID芯片的普及，使得RAID也逐漸在個(gè)人電腦上得到應(yīng)用。   

3、那么為何叫做冗余磁盤陣列呢？冗余的漢語意思即多余，重復(fù)。而磁盤陣列說明不僅僅是一個(gè)磁盤，而是一組磁盤。這時(shí)你應(yīng)該明白了，它是利用重復(fù)的磁盤來處理數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性得到提高。 RAID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)，通過對(duì)磁盤進(jìn)行組合達(dá)到提高效率，減少錯(cuò)誤的目的，不要因?yàn)檫@么多名詞而被嚇壞了，它們的原理實(shí)際上十分簡(jiǎn)單。問了便于說明，下面示意圖中的每個(gè)方塊代表一個(gè)磁盤，豎的叫塊或磁盤陣列，橫稱之為帶區(qū)。RAID 0：

4、無差錯(cuò)控制的帶區(qū)組  要實(shí)現(xiàn)RAID0必須要有兩個(gè)以上硬盤驅(qū)動(dòng)器，RAID0實(shí)現(xiàn)了帶區(qū)組，數(shù)據(jù)并不是保存在一個(gè)硬盤上，而是分成數(shù)據(jù)塊保存在不同驅(qū)動(dòng)器上。因?yàn)閷?shù)據(jù)分布在不同驅(qū)動(dòng)器上，所以數(shù)據(jù)吞吐率大大提高，驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載也比較平衡。如果剛好所需要的數(shù)據(jù)在不同的驅(qū)動(dòng)器上效率最好。它不需要計(jì)算校驗(yàn)碼，實(shí)現(xiàn)容易。它的缺點(diǎn)是它沒有數(shù)據(jù)差錯(cuò)控制，如果一個(gè)驅(qū)動(dòng)器中的數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，即使其它盤上的數(shù)據(jù)正確也無濟(jì)于事了。不應(yīng)該將它用于對(duì)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性要求高的場(chǎng)合。如果用戶進(jìn)行圖象（包括動(dòng)畫）編輯和其它要求傳輸比較大的場(chǎng)合使用RAID0比較合適。同時(shí)，RAID可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，比如所需讀取的文件

5、分布在兩個(gè)硬盤上，這兩個(gè)硬盤可以同時(shí)讀取。那么原來讀取同樣文件的時(shí)間被縮短為1/2。RAID 1：鏡象結(jié)構(gòu)  對(duì)于使用這種RAID1結(jié)構(gòu)的設(shè)備來說，RAID控制器必須能夠同時(shí)對(duì)兩個(gè)盤進(jìn)行讀操作和對(duì)兩個(gè)鏡象盤進(jìn)行寫操作。通過下面的結(jié)構(gòu)圖您也可以看到必須有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器。因?yàn)槭晴R象結(jié)構(gòu)在一組盤出現(xiàn)問題時(shí)，可以使用鏡象，提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。它比較容易設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。每讀一次盤只能讀出一塊數(shù)據(jù)，也就是說數(shù)據(jù)塊傳送速率與單獨(dú)的盤的讀取速率相同。因?yàn)镽AID1的校驗(yàn)十分完備，因此對(duì)系統(tǒng)的處理能力有很大的影響，通常的RAID功能由軟件實(shí)現(xiàn)，而這樣的實(shí)現(xiàn)方法在服務(wù)器負(fù)載比較重的時(shí)候會(huì)大大影響服務(wù)器

6、效率。當(dāng)您的系統(tǒng)需要極高的可靠性時(shí)，如進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，那么使用RAID1比較合適。而且RAID1技術(shù)支持“熱替換”，即不斷電的情況下對(duì)故障磁盤進(jìn)行更換，更換完畢只要從鏡像盤上恢復(fù)數(shù)據(jù)即可。當(dāng)主硬盤損壞時(shí)，鏡像硬盤就可以代替主硬盤工作。鏡像硬盤相當(dāng)于一個(gè)備份盤，可想而知，這種硬盤模式的安全性是非常高的，但帶來的后果是硬盤容量利用率很低，只有50%，是所有RAID級(jí)別中最低的。 RAID2：帶海明碼校驗(yàn)  從概念上講，RAID 2 同RAID 3類似， 兩者都是將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的硬盤上， 條塊單位為位或字節(jié)。然而RAID 2 使用一定的編碼技術(shù)來提供錯(cuò)誤檢查及恢復(fù)。這種編碼

7、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。下圖左邊的各個(gè)磁盤上是數(shù)據(jù)的各個(gè)位，由一個(gè)數(shù)據(jù)不同的位運(yùn)算得到的海明校驗(yàn)碼可以保存另一組磁盤上，具體情況請(qǐng)見下圖。由于海明碼的特點(diǎn)，它可以在數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤的情況下將錯(cuò)誤校正，以保證輸出的正確。它的數(shù)據(jù)傳送速率相當(dāng)高，如果希望達(dá)到比較理想的速度，那最好提高保存校驗(yàn)碼ECC碼的硬盤，對(duì)于控制器的設(shè)計(jì)來說，它又比RAID3，4或5要簡(jiǎn)單。沒有免費(fèi)的午餐，這里也一樣，要利用海明碼，必須要付出數(shù)據(jù)冗余的代價(jià)。輸出數(shù)據(jù)的速率與驅(qū)動(dòng)器組中速度最慢的相等。RAID3：帶奇偶校驗(yàn)碼的并行傳送  這種

8、校驗(yàn)碼與RAID2不同，只能查錯(cuò)不能糾錯(cuò)。它訪問數(shù)據(jù)時(shí)一次處理一個(gè)帶區(qū)，這樣可以提高讀取和寫入速度。校驗(yàn)碼在寫入數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生并保存在另一個(gè)磁盤上。需要實(shí)現(xiàn)時(shí)用戶必須要有三個(gè)以上的驅(qū)動(dòng)器，寫入速率與讀出速率都很高，因?yàn)樾ｒ?yàn)位比較少，因此計(jì)算時(shí)間相對(duì)而言比較少。用軟件實(shí)現(xiàn)RAID控制將是十分困難的，控制器的實(shí)現(xiàn)也不是很容易。它主要用于圖形（包括動(dòng)畫）等要求吞吐率比較高的場(chǎng)合。不同于RAID 2，RAID 3使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)，奇偶盤會(huì)成

9、為寫操作的瓶頸。RAID4：帶奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)  RAID4和RAID3很象，不同的是，它對(duì)數(shù)據(jù)的訪問是按數(shù)據(jù)塊進(jìn)行的，也就是按磁盤進(jìn)行的，每次是一個(gè)盤。在圖上可以這么看，RAID3是一次一橫條，而RAID4一次一豎條。它的特點(diǎn)的RAID3也挺象，不過在失敗恢復(fù)時(shí)，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設(shè)計(jì)難度也要大許多，而且訪問數(shù)據(jù)的效率不怎么好。RAID5：分布式奇偶校驗(yàn)的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)  從它的示意圖上可以看到，它的奇偶校驗(yàn)碼存在于所有磁盤上，其中的p0代表第0帶區(qū)的奇偶校驗(yàn)值，其它的意思也相同。RAID5的讀出效率很高，寫入效率一般，塊

10、式的集體訪問效率不錯(cuò)。因?yàn)槠媾夹ｒ?yàn)碼在不同的磁盤上，所以提高了可靠性。但是它對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿行越鉀Q不好，而且控制器的設(shè)計(jì)也相當(dāng)困難。RAID 3 與RAID 5相比，重要的區(qū)別在于RAID 3每進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸，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，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。 RAID6：帶有兩種分布存儲(chǔ)的奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)  名字很長(zhǎng)，但是如果看到圖，大家立刻會(huì)明白是為什么，請(qǐng)注意p0代表第0帶區(qū)的奇偶校驗(yàn)值

11、，而pA代表數(shù)據(jù)塊A的奇偶校驗(yàn)值。它是對(duì)RAID5的擴(kuò)展，主要是用于要求數(shù)據(jù)絕對(duì)不能出錯(cuò)的場(chǎng)合。當(dāng)然了，由于引入了第二種奇偶校驗(yàn)值，所以需要N+2個(gè)磁盤，同時(shí)對(duì)控制器的設(shè)計(jì)變得十分復(fù)雜，寫入速度也不好，用于計(jì)算奇偶校驗(yàn)值和驗(yàn)證數(shù)據(jù)正確性所花費(fèi)的時(shí)間比較多，造成了不必須的負(fù)載。我想除了軍隊(duì)沒有人用得起這種東西。RAID7：優(yōu)化的高速數(shù)據(jù)傳送磁盤結(jié)構(gòu)  RAID7所有的I/O傳送均是同步進(jìn)行的，可以分別控制，這樣提高了系統(tǒng)的并行性，提高系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)的速度；每個(gè)磁盤都帶有高速緩沖存儲(chǔ)器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以使用任何實(shí)時(shí)操作芯片，達(dá)到不同實(shí)時(shí)系統(tǒng)的需要。允許使用SNMP協(xié)議進(jìn)行管理和監(jiān)

12、視，可以對(duì)校驗(yàn)區(qū)指定獨(dú)立的傳送信道以提高效率?？梢赃B接多臺(tái)主機(jī)，因?yàn)榧尤敫咚倬彌_存儲(chǔ)器，當(dāng)多用戶訪問系統(tǒng)時(shí)，訪問時(shí)間幾乎接近于0。由于采用并行結(jié)構(gòu)，因此數(shù)據(jù)訪問效率大大提高。需要注意的是它引入了一個(gè)高速緩沖存儲(chǔ)器，這有利有弊，因?yàn)橐坏┫到y(tǒng)斷電，在高速緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)就會(huì)全部丟失，因此需要和UPS一起工作。當(dāng)然了，這么快的東西，價(jià)格也非常昂貴。RAID10：高可靠性與高效磁盤結(jié)構(gòu)  這種結(jié)構(gòu)無非是一個(gè)帶區(qū)結(jié)構(gòu)加一個(gè)鏡象結(jié)構(gòu)，因?yàn)閮煞N結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此可以相互補(bǔ)充，達(dá)到既高效又高速還可以的目的。大家可以結(jié)合兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)來理解這種新結(jié)構(gòu)。這種新結(jié)構(gòu)的價(jià)格高，可擴(kuò)充性不

13、好。主要用于容易不大，但要求速度和差錯(cuò)控制的數(shù)據(jù)庫中。RAID53：高效數(shù)據(jù)傳送磁盤結(jié)構(gòu)  越到后面的結(jié)構(gòu)就是對(duì)前面結(jié)構(gòu)的一種重復(fù)和再利用，這種結(jié)構(gòu)就是RAID3和帶區(qū)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，因此它速度比較快，也有容錯(cuò)功能。但價(jià)格十分高，不易于實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)必須經(jīng)過帶區(qū)和按位存儲(chǔ)兩種方法，在考慮到效率的情況下，要求這些磁盤同步真是不容易。RAID0+1：  把RAID0和RAID1技術(shù)結(jié)合起來，即RAID0+1。數(shù)據(jù)除分布在多個(gè)盤上外，每個(gè)盤都有其物理鏡像盤，提供全冗余能力，允許一個(gè)以下磁盤故障，而不影響數(shù)據(jù)可用性，并具有快速讀/寫能力。要求至少4個(gè)硬盤才能作成RAID0+1。 JBOD模式  JBOD通常又稱為Span。它是在邏輯上將幾個(gè)物理磁盤一個(gè)接一個(gè)連起來， 組成一個(gè)大的邏輯磁盤。JBOD不提供容錯(cuò)，該陣列的容量等于組成Span的所有磁盤的容量的總和。JBOD嚴(yán)格意義上說，不屬于RAID的范圍。不過現(xiàn)在很多IDE RAID控制芯片都帶著種模式，JBOD就是簡(jiǎn)單的硬盤容量疊加，但系統(tǒng)處理時(shí)并沒有采用并行的方式，寫入