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                什么是RAID?

                学习存储肯定要理解RAID技能,这是?的存储根底知识,RAID是支持使用存储开展的紧张技能。

                RAID是什么?RAID英文全称Redundant Array of Independent Disk,翻译过去便是“独立磁盘冗余零碎”。RAID是一种可进步功能或提供容错功用的磁盘子零碎。

                SNIA 对 RAID 的界说是 :一种磁盘阵列,局部物理存储空间用来记载保管在剩余空间上的用户数据的冗余信息。

                RAID实在是一种存储假造化技能,它将多个独自的物理磁盘驱动器以差别的方法组合构成一个逻辑磁盘驱动器,从而到达提拔存储容量、读写功能和数据平安性的目标。

                RAID 架构表示图

                RAID开展汗青

                最早提起相似RAID理念的是GEAC公司的Gus German和Ted Grunau,称为MF-100。

                RAID观点在1987年由美国加州伯克利分校的David Patterson、Garth A. Gibson、和Randy Katz三人正式提出,1988年6月,他们宣布了论文“A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)”,文中提出了五种级另外RAID:RAID1~RAID5。

                留意: 最后的RAID观点中,I是指Inexpensive(便宜的),厥后业界将Inexpensive换成了Independent(独立的)。提出RAID的初志之一是盼望用多块便宜(Inexpensive)的磁盘构成一个磁盘组来替换大型机上昂贵的大容量磁盘,并完成功能的逾越,即用RAID替代SLED(Single Large Expensive Disk)。当时候有的大型机上的单个磁盘容量可达7500MB,而PC磁盘容量只要1B或2MB,不外大型机上磁盘本钱也高达$10~20/MB,而PC磁盘为$1~3/MB。

                RAID 1: 在20世纪70年月曾经树立,比方Tandem NonStop Systems,在1983年左右,DEC开端将子零碎镜像RA8X磁盘驱动器(如今称为RAID 1)作为其HSC50子零碎的一局部。

                RAID 4: 1977年IBM的Norman Ken Ouchi提交了一项专利“SYSTEM FOR RECOVERING DATA STORED IN FAILED MEMORY UNIT”,此中触及了磁盘镜像(RAID 1)、公用奇偶校验码(RAID 3和RAID4),这是厥后的RAID 4的前身。也有人以为是RAID 5的前身。

                RAID 5: 1986年,IBM的Clark提交了一项专利,厥后被定名为RAID 5。

                RAID 2: 1988年,Thinking Machines的 DataVault在一系列磁盘驱动器中运用了纠错码方法(如今称为RAID 2)

                RAID专利拥有者是IBM的Norman Ken Ouchi,他在1977年创造并提交了专利“SYSTEM FOR RECOVERING DATA STORED IN FAILED MEMORY UNIT”,即“规复存储在毛病存储器单位中的数据的零碎”,专利号US4092732。

                有很多材料说第一个RAID是1978年创造的,是不合错误的,从该专利对应的专利请求号US19770801961可以看到应该是1977年就提交了,1978年5月30日是专利局的发布日期。

                RAID劣势特点

                (1)高功能

                进步功能是RAID问世的最基本的推进要素。RAID的高功能次要受害于数据条带化技能。单个磁盘的 I/O 功能遭到接口、带宽等盘算机技能的限定,功能每每很无限,容易成为零碎功能的瓶颈。经过数据条带化,RAID将数据 I/O 疏散到各个成员磁盘上,从而取得比单个磁盘成倍增长的聚合 I/O 功能。

                (2)可用性和牢靠性

                可用性和牢靠性是 RAID 的另一个紧张特性。从实际上讲,由多个磁盘构成的 RAID 零碎在牢靠性方面应该比单个磁盘要差,由于数目越多,单点毛病概率增大(这里有个隐含假定:单个磁盘毛病将招致整个 RAID 不行用)。 RAID 接纳镜像和数据校验等数据冗余技能,冲破了这个假定。 镜像是最为原始的冗余技能,把某组磁盘驱动器上的数据完全复制到另一组磁盘驱动器上,包管总无数据正本可用。 比起镜像 50% 的冗余开支 ,数据校验要小许多,它应用校验冗余信息对数据停止校验和纠错。 RAID 冗余技能大幅提拔数据可用性和牢靠性,包管了多少磁盘堕落时,不会招致数据的丧失,不影响零碎的延续运转。有的RAID产物还可以在断电状况下提供热插拔、在线改换硬盘功用。

                (3)大容量

                这是RAID 的一个分明劣势,它扩展了磁盘零碎的容量,由多个磁盘构成的RAID零碎可以具有海量存储空间。如今单个磁盘的容量就可以到 1TB 以上,如许 RAID 的存储容量就可以到达 PB 级,大少数的存储需求都可以满意。普通来说, RAID可用容量要小于一切成员磁盘的总容量。差别品级的 RAID 算法需求肯定的冗余开支,详细容量开支与接纳算法相干。假如已知 RAID 算法和容量,可以盘算出 RAID 的可用容量。通常, RAID 容量应用率在 50% ~ 90% 之间。

                (4)可办理性

                实践上, RAID 是一种假造化技能,它对多个物理磁盘驱动器假造成一个大容量的逻辑驱动器。关于内部主机零碎来说, RAID 是一个单一的、疾速牢靠的大容量磁盘驱动器。如许,用户就可以在这个假造驱动器下去构造和存储使用零碎数据。 从用户使用角度看,可使存储零碎复杂易用,办理也很便当。 由于 RAID 外部完成了少量的存储办理任务,办理员只需求办理单个假造驱动器,可以节流少量的办理任务。 RAID 可以静态增减磁盘驱动器,可主动停止数据校验和数据重修,这些都可以 大大简化办理任务。

                RAID级别

                RAID级别定名方法如,RAID 0、RAID 1/RAID 5、RAID 10等。RAID每一个级别代表一种RAID组合完成办法和技能,级别之间并无上下之分。在实践使用中,该当依据用户的数据使用特点,综合思索本钱、功能、牢靠性等多要素来选择适宜的 RAID 级别。

                RAID术语者David Patterson等三人的论文中,他们认识到到差别范例的零碎将不行防止地具有差别的功能和冗余要求,对RAID方法停止了差别级别分别,在功能和数据冗余之间提供了种种妥协。从RAID1 ~ RAID5,这是最原始的五个RAID品级。 1988 年以来又扩展了 RAID0 和 RAID6 。比年来,存储厂商不时推出诸如 RAID7 、 RAID10/01 、 RAID50 、 RAID53 、 RAID100 等 RAID 品级,但这些并无一致的规范。现在业界公认的规范是 RAID0 ~ RAID5 ,除 RAID2 外的四个品级被定为产业规范,而在实践使用范畴中运用最多的 RAID 品级是 RAID0 、 RAID1 、 RAID3 、 RAID5 、 RAID6 和 RAID10。镜像将相反的数据复制到多个驱动器上。条带化将每个驱动器的存储空间分别为从扇区(512 字节)到几兆字节的单元。一切磁盘的条带按次序交织和寻址。

                RAID级别及任务原理

                RAID根本原理

                架构上,经过RAID控制器就将多块磁盘组合,在操纵零碎层我们看到的是一个或多个逻辑磁盘。

                技能上,RAID次要接纳磁盘镜像技能条带化技能奇偶校验技能完成高功能、牢靠性、容错才能和扩展性。

                镜像(Mirroring),将数据复制到多个磁盘,一方面可以进步牢靠性,另一方面可并发从两个或多个正本读取数据来进步读功能。不言而喻,镜像的写功能要稍低,确保数据准确地写到多个磁盘需求更多的工夫耗费。

                数据条带(Data Stripping),将数据分片保管在多个差别的磁盘,多个数据分片配合构成一个完好数据正本,这与镜像的多个正本是差别的,它通常用于功能思索。数据条带具有更高的并发粒度,当拜访数据时,可以同时对位于差别磁盘上数据停止读写操纵, 从而取得十分可观的 I/O 功能提拔。

                数据校验(Data Parity),应用冗余数据停止数据错误检测和修复,冗余数据通常接纳海密码、异或操纵等算法来盘算取得。应用校验功用,可以很大水平上进步磁盘阵列的牢靠性和容错才能。不外,数据校验需求从多处读取数据并停止盘算和比照,会影响零碎功能。

                差别品级的 RAID 接纳此中一个或多个技能,失掉的是差别的容量、I/O功能、牢靠性、可用性。在决议选择哪种RAID级别之前,需求深化了解零碎需求,依据本身状况停止公道选择,综合评价牢靠性、功能和本钱来停止折衷的选择。

                依据运用或组合运用这三种技能的战略和架构,可以把 RAID 分为差别的品级,以满意差别数据使用的需求。

                RAID替代不了备份容灾

                RAID容错及校验机制完成的是高可用性和牢靠性,并不克不及包管数据的平安。

                磁盘阵列可以在局部磁盘(单块或多块,依据完成而论)破坏的状况下,仍能包管零碎不中缀地延续运转。在重修毛病磁盘数据至新磁盘的进程中,零碎可以持续正常运转,但是功能方面会有肯定水平上的低落。一些磁盘阵列在添加或删除磁盘时必需停机,而有些则支持热交流 ( Hot Swapping ),容许不绝机下交换磁盘驱动器。这种高端磁盘阵列次要用于要求高能够性的使用零碎,零碎不克不及停机或尽能够少的停机工夫。普通来说, RAID 不行作为数据备份的替换方案,它对非磁盘毛病等形成的数据丧失能干为力,比方病毒、人为毁坏、误操纵等情况。此时的数据丧失是绝对操纵零碎、文件零碎、卷办理器或许使用零碎来说的,关于 RAID 零碎来身,数据都是残缺的,没有发作丧失。以是,数据备份、灾备等数据维护步伐黑白常须要的,与 RAID 相反相成,维护数据在差别条理的平安性,避免发作数据丧失。

                重修RAID必需留意的题目

                怎样在没无数据丧失的状况下重修RAID阵列?

                当数据存储办理员遇到这种状况时应该接纳什么举动?以下是一些避免RAID重修后数据丧失的提示:

                切勿在杂乱的磁盘上创立新文件:作为防备步伐,请特殊留意不要创立任何新文件或运转任何紧张的使用顺序,直到数据被规复。新文件能够会掩盖破坏磁盘上的可用数据。

                在重修之前映像RAID构造:在重修之前对RAID停止映像将维护数据,即便重修不是确保映像顺序提供取证或扇区/块级磁盘映像。

                在独自的卷上创立备份:停止备份可确保备份中的根本文件精良,而且掩盖运动卷上的数据不会招致不行规复的破坏。

                运用多个复原停止测试备份:在差别地位复原备份,最好是在差别的物理地位。或许,在启动重修之前,辨别对每个驱动器停止映像以停止有效的规复

                仅在实行备份后运转CHKDSK或FSCK东西:在运转修复适用顺序之前,请实行平安备份并经过准确的复原停止验证。这些修停工具假定备份可用,因而能够会掩盖文件指针以使文件零碎坚持分歧。

                不要添加,挪动或删除文件:从受影响的RAID添加,删除或挪动数据能够会使数据规复变得庞大。而是依据需求复制文件。

                参考材料

                1.http://en.wikipedia.org/wiki/RAID
                2.A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)
                3.SYSTEM FOR RECOVERING DATA STORED IN FAILED MEMORY UNIT
                4.Raid技能白皮书(激烈引荐)
                5.盘算机存储开展史