RAID技術(shù)探討

謝鋼

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RAID技術(shù)探討

謝鋼

楚雄技師學(xué)院，云南 楚雄 675000

RAID技術(shù)以其突出的優(yōu)勢，極大地提高了速度和可靠性。基于此，介紹了RAID技術(shù)的原理和最常用的RAID級別，并提出了怎樣選擇RAID級別。

RAID；級別；磁盤陣列

1 RAID技術(shù)簡介

磁盤陣列簡稱RAID（Redundant Arrays of Inexpensive Disks，RAID），有“價格便宜且多余的磁盤陣列”之意。其原理是利用數(shù)組方式來作磁盤組，配合數(shù)據(jù)分散排列的設(shè)計，提升數(shù)據(jù)的安全性。磁盤陣列是由很多便宜、容量較小、穩(wěn)定性較高磁盤，組合成一個大型的磁盤組，利用個別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的加成效果來提升整個磁盤系統(tǒng)的效能。同時，在儲存數(shù)據(jù)時，利用這項技術(shù)，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個硬盤上，在提高硬盤容量的同時，還能夠充分提高硬盤的速度，使數(shù)據(jù)更加安全，更加易于磁盤的管理。

2 RAID技術(shù)原理和級別

RAID技術(shù)主要包含RAID 0～RAID10等數(shù)個規(guī)范，它們的側(cè)重點各不相同，常見的規(guī)范有如下幾種：

RAID 0：擁有最佳的讀寫速度，并且能隨著硬盤數(shù)量的增加而提高。不過數(shù)據(jù)安全性差，其隨著硬盤數(shù)量的增加而變得更低。[1]

RAID Level 1：使用的是Disk Mirror（磁盤映射）技術(shù)，就是把一個硬盤的內(nèi)容同步備份復(fù)制到另一個硬盤里，所以具備了備份和容錯能力，這樣做的使用效率不高，但是可靠性高。

RAID Level 3：采用Byte－interleaving（數(shù)據(jù)交錯存儲）技術(shù)，硬盤在SCSI控制卡下同時動作，并將用于奇偶校驗的數(shù)據(jù)儲存到特定硬盤機(jī)中。它具備了容錯能力，硬盤的使用效率是安裝幾個就減掉一個，可靠度較佳。

RAID Level 5：目前應(yīng)用最廣泛的RAID技術(shù)。各塊獨(dú)立硬盤進(jìn)行條帶化分割，相同的條帶區(qū)進(jìn)行奇偶校驗（異或運(yùn)算），校驗數(shù)據(jù)平均分布在每塊硬盤上。以n塊硬盤構(gòu)建的RAID 5陣列可以有n-1塊硬盤的容量，存儲空間利用率非常高。任何一塊硬盤上的數(shù)據(jù)丟失，均可以通過校驗數(shù)據(jù)推算出來。RAID 5具有數(shù)據(jù)安全、讀寫速度快，空間利用率高等優(yōu)點，應(yīng)用非常廣泛。但不足之處是如果1塊硬盤出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)的性能將極大地降低。RAID 5比上述幾款RAID模式要復(fù)雜得多。RAID 5具備了RAID0的速度優(yōu)勢和RAID1的數(shù)據(jù)安全。RAID Level 5使用的是Disk Striping（硬盤分割）技術(shù)，與Level 3的不同之處在于它把奇偶校驗數(shù)據(jù)存放到各個硬盤里。各個硬盤在SCSI控制卡的控制下平行動作，有容錯能力。跟Level 3一樣，它的使用效率也是安裝幾個再減掉一個。[2]

RAID 10：一個RAID 0與RAID 1的組合體。它利用奇偶校驗實現(xiàn)條帶集鏡像。所以，它繼承了RAID 0的快速和RAID 1的安全。我們知道，RAID 1在這里就是一個冗余的備份陣列，而RAID 0則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀寫陣列。更多的情況是從主通路分出兩路，做Striping操作，即把數(shù)據(jù)分割，而這分出來的每一路再分兩路，做Mirroring操作，即互做鏡像。這就是RAID 10名字的來歷（也因此被很多人稱為RAID 0+1）。由于利用了RAID 0極高的讀寫效率和RAID 1較高的數(shù)據(jù)保護(hù)、恢復(fù)能力，使RAID 10成為了一種性價比較高的等級，目前幾乎所有的RAID控制卡都支持這一等級。但是，RAID 10對存儲容量的利用率和RAID 1一樣低，只有50%。

3 RAID級別選擇

選擇RAID 012345不僅要考慮成本問題、容錯功能和傳輸性能，而且未來之可擴(kuò)充性也應(yīng)符合應(yīng)用的需求。在應(yīng)用市場上的選擇把握難度比較大。

3.1 RAID條切“striped”的存取模式

在使用數(shù)據(jù)條切（Data Stripping）的RAID 系統(tǒng)之中，對成員磁盤驅(qū)動器的存取方式，可分為兩種：并行存取（Paralleled Access）和獨(dú)立存取（Independent Access）。RAID 2和RAID 3 是采取并行存取模式。RAID 0、RAID 5則是采用獨(dú)立存取模式。[3]

3.2 并行存取模式

并行存取模式是把所有磁盤驅(qū)動器的主軸馬達(dá)作精密的控制，使每個磁盤的位置都彼此同步，然后對每一個磁盤驅(qū)動器作一個很短的I/O數(shù)據(jù)傳送。如此一來，從主機(jī)來的每一個I/O 指令，都平均分布到每一個磁盤驅(qū)動器。

為了達(dá)到并行存取的功能，RAID 中的每一個磁盤驅(qū)動器都必須具備幾乎完全相同的規(guī)格：轉(zhuǎn)速必須一樣；磁頭搜尋速度（Access Time）必須相同；Buffer 或Cache的容量和存取速度要一致；CPU處理指令的速度要相同；I/O Channel 的速度也要一樣。總而言之，要利用并行存取模式，RAID 中所有的成員磁盤驅(qū)動器，應(yīng)使用同一廠牌相同型號的磁盤驅(qū)動器。并行存取RAID的最佳應(yīng)用是：并行存取RAID之架構(gòu)，以其精細(xì)的馬達(dá)控制和分布數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)組中每一個磁盤驅(qū)動器的性能發(fā)揮到最大，同時充分利用Storage Bus的頻寬。因此，并行存取模式特別適合應(yīng)用在大型數(shù)據(jù)連續(xù)的檔案存取應(yīng)用，如影像、視訊檔案服務(wù)器；數(shù)據(jù)倉儲系統(tǒng)；多媒體數(shù)據(jù)庫；電子圖書館；印前或底片輸出檔案服務(wù)器等其他大型且連續(xù)性檔案服務(wù)器。

3.3 獨(dú)立存取模式

相較于并行存取模式，獨(dú)立存取模式并不對成員磁盤驅(qū)動器作同步轉(zhuǎn)動控制。其對每個磁盤驅(qū)動器的存取，都是獨(dú)立且沒有順序和時間間隔的限制，同時每筆傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量都比較大。因此，獨(dú)立存取模式可以盡量地利用Overlapping 多任務(wù)、Tagged Command Queuing等高階功能，來“隱藏”上述磁盤驅(qū)動器的機(jī)械時間延遲（Seek和Rotational Latency）。由于獨(dú)立存取模式可以做overlapping 多任務(wù)，而且可以同時處理來自多個主機(jī)不同的I/O Requests，在多主機(jī)環(huán)境（如Clustering），可以發(fā)揮最大的性能。

獨(dú)立存取RAID的最佳應(yīng)用是：由于獨(dú)立存取模式可以同時接受多個I/O Requests，因此特別適合應(yīng)用在數(shù)據(jù)存取頻繁、每筆數(shù)據(jù)量較小的系統(tǒng)。如在線交易系統(tǒng)或電子商務(wù)應(yīng)用；多使用者數(shù)據(jù)庫；ERM以及MRP 系統(tǒng)；小文件之文件服務(wù)器等。

4 結(jié)語

RAID技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度和可靠性。我們應(yīng)當(dāng)深刻理解RAID級別的優(yōu)缺點，根據(jù)實際需求，綜合權(quán)衡取舍，合理地選擇RAID級別，以獲得最佳的存儲效果。

[1]王剛.云計算的分析與研究[J].信息技術(shù)，2013（6）：137-140.

[2]戴士劍，劉品新.磁盤陣列的電子物證檢驗研究[J].信息網(wǎng)安全，2011（1）7．

[3]李清.ＲAID5 磁盤陣列數(shù)據(jù)恢復(fù)[J].中國新通信，2013，（10）：4-5.

謝鋼（1980—），男，云南楚雄人，漢族，講師，主要從事計算機(jī)課程研究與教學(xué)。

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1009-6434（2016）04-0018-01