11.RAID

RAID

• 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

分类

RAID 0

• 数据以条带的形式在可用的磁盘上分布

• 不采用冗余来改善性能(不是RAID家族中的真正成员)

• 用途

  • 高数据传输率
  • 高速响应I/O请求

  ​

  

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

  

• 优点

  • 高速响应I/O请求: 即便是同一个磁盘上的数据块, 也可以由两组磁盘分别响应
  • 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
  • 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
  • 单个磁盘损坏时不会影响数据访问, 恢复受损磁盘简单

• 缺点

  • 价格昂贵(一半的容量)

  

• 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

• 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, 则它不必RAID 0的性能好多少

RAID 01 vs RAID 10

RAID 2

• 采用并行存取技术

• 目标

  • 所有磁盘都参与每个I/O请求的执行

• 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

  

• 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

• 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

• 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(实际基本弃用)

  

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

• 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

  

• 优点

  • 能够获得非常高的数据传输率, 对于大量读请求, 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

  

RAID 4

• 采用独立存取技术

  • 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(常见的是4KB)

• 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

  

• 性能

  

RAID 5

• 两读两写:

  • 原来: p(i) = X₃(i) ^ X₂(i) ^ X₁(i) ^ X₀(i)
  • 写操作后: p’(i) = X₃(i) ^ X₂(i) ^ X₁(i) ^ X’₀(i) = X₃(i) ^ X₂(i) ^ X₁(i) ^ X’₀(i) ^ X₀(i) ^ X₀(i)
  • 化简后: p’(i) = p(i) ^ X₀(i) ^ X’₀(i)

RAID 50

RAID 6

比较

RAID 0 vs RAID 1

RAID 2 vs RAID 3

RAID 4 vs RAID 5 vs RAID 6