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如何组建raid磁盘阵列,raid磁盘阵列怎么配置

时间:2023-05-06 07:47:16 阅读:39820 作者:843

RAID、全名redundantarrayofindependentdisks、中文名称独立磁盘冗馀阵列,简称磁盘阵列。 利用虚拟化存储技术,将多个硬盘组合为一个或多个硬盘阵列组。 其目的是提高性能、提高数据冗馀,或者两者兼有。

在运行期间,根据RAID级别的不同,数据以不同的模式分布在每个硬盘上。 RAID级别的名称以RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 7、RAID 01、RAID 10、RAID 50和RAID 60等编号开头,每个类都有理论上的优缺点,也有不同的类别

简而言之,由于RAID将多个硬盘组合为一个逻辑硬盘,因此操作系统只能将其识别为一个物理硬盘。 RAID经常在服务器计算机上使用,经常组合使用同一硬盘。 随着硬盘价格的降低,RAID功能与主板更有效地集成,需要大量存储空间的工作(如视频和音频制作)也成为了普通用户的选择。

通常,将RAID 0、RAID 1、RAID 2、RAID 3、RAID 4、RAID 5和RAID 6称为标准RAID,JBOD、RAID 7、RAID 01、RAID 10、RAID 50、RAID 53和raid 663

标准RAID

RAID 0

RAID 0也称为条带集。 它将两个以上的磁盘并联连接,成为一个大容量的磁盘。 存储数据时,将数据分段并分散存储在这些磁盘上。 读写时可以并行处理,所以所有级别的RAID 0速度最快。 但是,RAID 0没有冗馀性,也没有容错性。 如果一个磁盘(物理)损坏,所有数据都将丢失。 危险程度与#JBOD相同。

RAID 1

两组或多组n个磁盘相互镜像,一些多线程操作系统具有良好的读取速度。 理论上,读取速度是硬盘数量的倍数,与RAID 0相同。 另外,写入速度略有下降。 如果一个磁盘正常工作,则是最可靠的。 其原理是在主硬盘中存储数据的同时,也将相同的数据写入镜像硬盘。 如果主硬盘(物理)损坏,镜像硬盘将代替主硬盘。 由于镜像硬盘用于备份数据,因此RAID 1的数据安全在所有RAID级别都是最高的。 但是,无论RAID 1使用多少个磁盘,都只计算一个磁盘的容量,是所有RAID中磁盘利用率最低的级别。

使用两个不同大小的磁盘构建RAID 1时,如果是可用空间较小的磁盘,则将较大磁盘的多馀空间划分为一个空间并没有浪费。

RAID 2

这是RAID 0的改良版,用汉明码方式对数据进行编码,分割成独立的位,将各个数据写入硬盘。 由于在数据中包含纠错码(ECC,Error Correction Code ),因此整个数据的容量比原始数据稍大。

RAID 2至少需要三个磁盘驱动器才能运行。

RAID 3

比特交织(Bit-interleaving ) (数据交织存储)技术需要通过编码将数据位分割后分别存在于硬盘中,检查同一比特后存在于一个硬盘中,但是数据内的比特不同因为读取一点数据也有可能使所有的硬盘工作,所以这个标准适合读取大量数据的情况。

RAID 4

与RAID 3不同,分割时以块为单位分别存在于硬盘中,但每次访问数据时都必须从该已进行过同位检查的硬盘中取出对应的同位数据进行比对,由于经常使用,因此对硬盘的损失(块交织技术,块间学习)

RAID 5

RAID Level 5是一个兼顾存储性能、数据安全和存储成本的存储解决方案。 正在使用磁盘条带化技术。

RAID 5至少需要三个硬盘。 RAID 5不备份存储的数据,而是将数据和对应的奇偶校验信息存储在构成RAID 5的每个磁盘上,并将奇偶校验信息和对应的数据存储在单独的磁盘上。 如果RAID5磁盘数据损坏,则可以使用其馀数据和相应的奇偶校验信息恢复损坏的数据。 RAID 5可以理解为RAID 0与RAID 1之间的折衷。 RAID 5为系统提供数据安全,但保护级别低于镜像,磁盘空间利用率高于镜像。 RAID 5提供了与RAID 0几乎相同的数据读取速度。 但是,由于奇偶校验信息增加了一个,因此数据写入速度比单独写入一个硬盘驱动器慢一些。 “回写缓存”可以大大提高性能。 由于多个数据同时支持单个奇偶校验信息,因此RAID 5的磁盘空间利用率高于RAID 1,且存储成本相对低廉。

RAID 6

与RAID 5相比,RAID 6增加第二个独立的奇偶校验信息块。两个独立的奇偶系统使用不同的算法,数据的可靠性非常高,任意两块磁盘同时失效时不会影响数据完整性。RAID 6需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间和额外的校验计算,相对于RAID 5有更大的IO操作量和计算量,其“写性能”强烈取决于具体的实现方案,因此RAID 6通常不会通过软件方式来实现,而更可能通过硬件方式实现。

同一数组中最多容许两个磁盘损坏。更换新磁盘后,数据将会重新算出并写入新的磁盘中。

混合RAID

JBOD

JBOD( Just a Bunch Of Disks)在分类上,JBOD并不是RAID的等级。由于并没有规范,市场上有两类主流的做法

使用单独的链接端口如SATA、USB或1394同时控制多个各别独立的硬盘,使用这种模式通常是较高端的设备,还具备有RAID的功能,不需要依靠JBOD达到合并逻辑扇区的目的。

只是将多个硬盘空间合并成一个大的逻辑硬盘,没有错误备援机制。

数据的存放机制是由第一颗硬盘开始依序往后存放,即操作系统看到的是一个大硬盘(由许多小硬盘组成的)。但如果硬盘损毁,则该颗硬盘上的所有数据将无法救回。若第一颗硬盘损坏,通常无法作救援(因为大部分文件系统将磁盘分割表(partition table)存在磁盘前端,即第一颗),失去磁盘分割表即失去一切数据,若遭遇磁盘阵列数据或硬盘出错的状况,危险程度较RAID 0更剧。它的好处是不会像RAID 0,每次访问都要读写全部硬盘。但在部分的JBOD数据恢复实践中,可以恢复未损毁之硬盘上的数据。同时,因为每次读写操作只作用于单一硬盘,JBOD的传输速率与I/O表现均与单颗硬盘无异。

RAID 7

RAID 7并非公开的RAID标准,而是Storage Computer Corporation的专利硬件产品名称,RAID 7是以RAID 3及RAID 4为基础所发展,但是经过强化以解决原来的一些限制。另外,在实现中使用大量的缓冲存储器以及用以实现异步数组管理的专用即时处理器,使得RAID 7可以同时处理大量的IO要求,所以性能甚至超越了许多其他RAID标准的实做产品。但也因为如此,在价格方面非常的高昂。

RAID 10/01

RAID 10是先分割数据再镜像,再将所有硬盘分为两组,视为以RAID 1作为最低组合,然后将每组RAID 1视为一个“硬盘”组合为RAID 0运作。

RAID 01则是跟RAID 10的程序相反,是先镜像再将数据到分割两组硬盘。它将所有的硬盘分为两组,每组各自构成为RAID 0作为最低组合,而将两组硬盘组合为RAID 1运作。

当RAID 10有一个硬盘受损,其余硬盘会继续运作。RAID 01只要有一个硬盘受损,同组RAID 0的所有硬盘都会停止运作,只剩下其他组的硬盘运作,可靠性较低。如果以六个硬盘建RAID 01,镜像再用三个建RAID 0,那么坏一个硬盘便会有三个硬盘离线。因此,RAID 10远较RAID 01常用,零售主板绝大部分支持RAID 0/1/5/10,但不支持RAID 01。

RAID 50

RAID 5与RAID 0的组合,先作RAID 5,再作RAID 0,也就是对多组RAID 5彼此构成Stripe访问。由于RAID 50是以RAID 5为基础,而RAID 5至少需要3颗硬盘,因此要以多组RAID 5构成RAID 50,至少需要6颗硬盘。以RAID 50最小的6颗硬盘配置为例,先把6颗硬盘分为2组,每组3颗构成RAID 5,如此就得到两组RAID 5,然后再把两组RAID 5构成RAID 0。

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,不过如果任一组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构成Stripe,性能比起单纯的RAID 5高,容量利用率比RAID5要低。比如同样使用9颗硬盘,由各3颗RAID 5再组成RAID 0的RAID 50,每组RAID 5浪费一颗硬盘,利用率为(1-3/9),RAID 5则为(1-1/9)。

RAID 53

它拥有一个镜像条带数组,硬盘里其中一个条带就是一个是由3组以上的RAID 5组成RAID 3硬盘阵列。

RAID 60

RAID 6与RAID 0的组合:先作RAID 6,再作RAID 0。换句话说,就是对两组以上的RAID 6作Stripe访问。RAID 6至少需具备4颗硬盘,所以RAID 60的最小需求是8颗硬盘。

由于底层是以RAID 6组成,所以RAID 60可以容许任一组RAID 6中损毁最多2颗硬盘,而系统仍能维持运作;不过只要底层任一组RAID 6中损毁3颗硬盘,整组RAID 60就会失效,当然这种情况的概率相当低。

比起单纯的RAID 6,RAID 60的上层透过结合多组RAID 6构成Stripe访问,因此性能较高。不过使用门槛高,而且容量利用率低是较大的问题。

软RAID和硬RAID

根据实现模式,RAID又分为软RAID和硬RAID。

软件磁盘阵列(Software RAID)

主要由CPU处理数组存储作业,缺点为耗损较多CPU资源运算RAID,优点则是价格偏低。分类有3种:

基于主板的磁盘阵列:只需要主板支持即可(通常是芯片组内置的RAID功能,如Intel Matrix RAID,Intel Rapid Storage Technology),不需要任何磁盘阵列卡。若主板损坏,可能难以购买同款主板重建RAID。

硬件辅助磁盘阵列(Hardware-Assisted RAID):需要一张基于Fake RAID的RAID卡,以及厂商所提供的驱动程序,但此类RAID卡仍然通过CPU进行运算。这款RAID较易迁移到其他电脑。RAID功能靠运行于操作系统的厂商驱动程序和CPU运算提供。

操作系统的RAID功能:如Linux、FreeBSD、Windows Server等操作系统内置RAID功能。

硬件磁盘阵列(Hardware RAID)

RAID卡上内置处理器,不需要服务器的CPU运算。优点是读写性能最快,不占用服务器资源,可用于任何操作系统,也能在系统断电后,透过备份电池模块(BBU, Backup Battery Unit)以及非易失性存储器 (NVRAM)将硬盘读写日志档(Journal)包含的剩余读写作业先记录在存储器中,等待电力供应撤销后,再由NVRAM取回日志档数据,接着再完成读写作业,将剩余读写作业安全完成以确保读写完整性。备份电池模块通常会配合数组卡的Write-Back缓存模式,借由此存储器缓存读写作业以得到更高的读写性能;但是没有备份电池模块的硬件磁盘阵列卡,切勿使用Write-Back缓存模式以免遭遇断电情形导致读写数据流失。此外,因为硬件磁盘阵列卡搭载内置处理器,所以可以与操作系统分离出来,对硬盘进行各种作业,还原作业的速度也比软件磁盘阵列快。缺点是其售价很高。

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