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位置:数据恢复的知识与技巧 - RAID介绍


RAID介绍

         独立磁盘冗余阵列(RAID, Redundant Array of Independent Disks)简称磁盘阵列,其基本思想就是把多个相对便宜的硬盘组合起来,成为一个磁盘阵列组,使性能达到甚至超过一个价格昂贵、容量巨大的硬盘。根据选择的RAID版本不同,RAID比单个硬盘有以下一些好处比如:增强数据整合度,增强容错功能,增加处理量或容量。另外,磁盘阵列组对于计算机来说,看起来就像一个单独的硬盘或逻辑存储单元。

简单来说,RAID把多个硬盘组合成为一个“物理硬盘”,因此,操作系统只会把它当作一个硬盘。RAID常被用在服务器计算机上,并且常使用完全相同的硬盘作为组合。由于硬盘价格的不断下降与RAID功能更加有效地与主板整合,它也成为了玩家的一个选择,特别是需要大容量储存空间的工作,如:视讯与音频制作,数据吞吐量比较大的用户。

最初的RAID分成了不同的等级,每种等级都有其理论上的优缺点,不同的等级在两个目标间取得平衡,分别是增加数据可靠性以及增加输入/输出效能。这些年来,出现了对于RAID观念不同的应用。

         基本RAID分类
        JBOD
        RAID 0
        RAID 1
        RAID 2
        RAID 3
        RAID 4
        RAID 5
        RAID 6
        RAID 7
        RAID 10/01
        RAID 50
        RAID 53

         下面,我们对各种RAID分类做简单介绍:

         JBOD

         JBOD(Just a Bunch Of Disks)在某些分类上,JBOD并不算是RAID的等级。只是将多个磁盘空间合并成一个大的逻辑磁盘,不具备错误冗余机制。数据的存放机制是由第一颗磁盘开始依序往后存放,即操作系统看到的是一个大磁盘(由许多小磁盘组成)。但如果磁盘损毁,则该个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(因大部分文件系统将文件表存在磁盘前端,即第一颗),失去文件表即失去一切数据。
         容量 = 所有磁盘加起来的容量。
         如:180GB = 40GB + 80GB + 60GB

         RAID 0

         将多个磁盘合并成一个大的磁盘,不具有冗余,并行I/O,速度最快。RAID 0亦称为带区卷。它是将多个磁盘并列起来,成为一个大磁盘。在存放数据时,其将数据按磁盘的个数来进行分段,然后同时将这些数据写进这些盘中。所以,在所有的级别中,RAID 0的速度是最快的。但是RAID 0没有冗余功能,如果一个磁盘(物理)损坏,则所有的数据都会丢失。
         理论上越多的磁盘效能就等于[单一磁盘效能]×[磁盘数],但实际上受限于总线I/O瓶颈及其它因素的影响,RAID 效能会随边际递减,也就是说,假设一个磁盘的效能是50MB/秒,两个磁盘的RAID 0效能约96MB/秒,三个磁盘的RAID 0也许是130MB/秒而不是150MB/秒。所以,两个磁盘的RAID 0最能明显感受到效能的提升。
         容量 = 2 × 其中最小容量硬盘(S1, S2) 如:80GB = 2 × (40GB, 80GB)
         但如果是以软件方式来实作RAID,则磁盘的空间则不见得受限于此(例如Linux Software RAID、Microsoft LDM动态磁盘),透过软件实作可以经由不同的组合而善用所有的磁盘空间。
         容量 = 所有磁盘空间的容量

         RAID 1

         两组以上的N个磁盘相互作镜像,在一些多线程操作系统中能有很好的读取速度,另外写入速度有微小的降低。除非拥有相同数据的主磁盘与镜像同时损坏,否则只要一个磁盘正常即可维持运作,可靠性最高。RAID 1就是镜像。其原理为在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘(物理)损坏时,镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因为有镜像硬盘做数据备份,如果是软故障的丢失,它就无能为力了,只能抵御物理损坏,所以RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但无论用多少磁盘做RAID 1,仅算一个磁盘的容量,是所有RAID上磁盘利用率最低的一个级别。
         容量 = 其中最小容量硬盘(S1, S2) 如:40GB = (500GB, 40GB)

         RAID 2

         这是RAID 0的改良版,以汉明码(Hamming Code)的方式将数据进行编码后分割为独立的位,并将数据分别写入硬盘中。因为在数据中加入了错误修正码(ECC,Error Correction Code),所以数据整体的容量会比原始数据大一些,RAID2最少要三台磁盘驱动器方能运作。

         RAID 3

         采用Bit-interleaving(数据交错储存)技术,它需要通过编码再将数据位分割后分别存在硬盘中,而将同位检查后单独存在一个硬盘中,但由于数据内的位分散在不同的硬盘上,因此就算要读取一小段数据资料都可能需要所有的硬盘进行工作,所以这种规格比较适于读取大量数据时使用。

         RAID 4

         它与RAID 3不同的是它在分割时是以区块为单位分别存在硬盘中,但每次的数据存取都必须从同位检查的那个硬盘中取出对应的同位数据进行核对,由于过于频繁的使用,所以对硬盘的损耗可能会提高。(Block interleaving)

         RAID 5

         RAID Level 5 是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。它使用的是Disk Striping(硬盘分割)技术。RAID 5 至少需要三个硬盘, RAID 5不对存储的数据进行备份,而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上,并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后,利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。 RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以为系统提供数据安全保障,但保障程度要比镜像低而磁盘空间利用率要比镜像高。RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度,只是多了一个奇偶校验信息,写入数据的速度相当的慢,若使用「回写快取」可以让效能改善不少。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息,RAID 5的磁盘空间利用率要比RAID 1高,存储成本相对较便宜。
         容量 = (N - 1)× 其中最小容量硬盘(S1, S2, S3,……,Sn)
         如:160GB = (3 - 1) × (80GB, 80GB, 120GB)

         RAID 6

         与RAID 5相比,RAID 6增加了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,即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用。但RAID 6需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间,相对于RAID 5有更大的“写损失”,因此“写性能”非常差。较差的性能和复杂的实作方式使得RAID 6很少得到实际应用。
         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。依照设计理论,RAID 6必须具备四个以上的磁盘才能生效。

         RAID 7
         RAID 7并非公开的RAID标准,而是Storage Computer Corporation的专利硬体产品名称,RAID 7是以RAID 3及RAID 4为基础所开发,但是经过强化以解决原来的一些限制。另外,在实作中使用大量的快取记忆体以及用以实现异步阵列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,所以效能甚至超越了许多其他RAID标准的实作产品。但也因为如此,在价格方面非常的高昂。

         RAID 10/01

         RAID 10/01其实可细分为RAID 1+0或RAID 0+1。
         RAID 1+0是先镜射再分割数据。是将所有硬盘分为两组,视为是RAID 0的最低组合,然后将这两组各自视为RAID 1运作。RAID 1+0有着不错的读取速度,而且拥有比RAID 0更高的数据保护性。
         RAID 0+1则是跟RAID 1+0的程序相反,是先分割再将数据镜射到两组硬盘。它将所有的硬盘分为两组,变成RAID 1的最低组合,而将两组硬盘各自视为RAID 0运作。RAID 0+1比起RAID 1+0有着更快的读写速度,不过也多了一些会让整个硬盘组停止运转的机率;因为只要同一组的硬盘全部损毁,RAID 0+1就会停止运作,而RAID 1+0则可以在牺牲RAID 0的优势下正常运作。
         RAID 10巧妙的利用了RAID 0的速度以及RAID 1的保护两种特性,不过它的缺点是需要的硬盘数较多,因为至少必须拥有四个以上的偶数硬盘才能使用。

         RAID 50
         RAID50也被称为镜象阵列条带,由至少六块硬盘组成,像RAID0一样,数据被分割成条带,在同一时间内向多块磁盘写入;像RAID5一样,也是以数据的校验位来保证数据的安全,且校验条带均匀分布在各个磁盘上。其目的在于提高RAID5的读写性能。

         RAID 53
         它拥有一个镜射条带数组,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硬盘数组。 RAID2、3、4较少实际应用,因为RAID5已经涵盖了所需的功能,因此RAID2、3、4大多只在研究领域有实作,而实际应用上则以RAID5或RAID6为主。

         应用
         RAID2、3、4较少实际应用,因为RAID5已经涵盖了所需的功能,因此RAID2、3、4大多只在研究领域有实作,而实际应用上则以RAID5或RAID6为主。

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