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硬盘RAID模式有哪些?都有什么作用?

发布时间:2022-09-21 11:35
RAID (Redundant Arrays of cheap Disks)是一种性价比高的冗余磁盘阵列。其原理是使用阵列作为磁盘组,提高数据安全性。磁盘阵列是由许多容量小、稳定性高、企业级磁盘组成的大型磁盘组。
通过使用单个磁盘提供数据,提高了磁盘系统的性能。它还使用技术将数据切割成段,并将它们分别存储在单个硬盘驱动器上。该阵列还使用了奇偶校验(Parity Check)的概念,允许在阵列中的一个磁盘出现故障时读出数据,然后在数据重构过程中计算数据并放入新的磁盘。
RAID技术的两个主要特点:一是速度,二是安全性,由于这两个优点,RAID技术很早就应用于高级服务器硬盘系统的SCSI接口,随着近年来计算机技术的发展,PC CPU的速度已经进入了GHz时代。IDE接口硬盘也不容掉队,先后推出了ATA66和ATA100硬盘。这使得RAID技术可以应用在中低端甚至个人pc上。RAID通常由硬盘阵列塔中的RAID控制器或计算机中的RAID卡实现。
 
RAID的几种工作模式
1, RAID0
这就是数据分条技术。RAID 0可以将多个硬盘组成一个大的硬盘集群,提高硬盘性能和吞吐量。RAID 0不具有冗余和错误恢复能力。它的成本低,需要至少两个磁盘。RAID 0仅在数据安全性不高的情况下使用。
(1)最简单的RAID 0模式
即X块相同的硬盘以硬件的形式通过智能硬盘控制器或操作系统中的硬盘驱动以软件串联的方式组合在一起,形成一个独立的逻辑驱动器驱动器的容量是单个硬盘的X倍,在写入计算机数据时依次写入每个磁盘。
当一个磁盘空间耗尽时,数据会自动写入下一个磁盘。它的优点是可以增加磁盘容量。它的速度与任何一个磁盘的速度相同。如果其中任何一个磁盘发生故障,整个系统将被破坏。可靠性为单个硬盘可靠性的1/n。
(2) RAID 0的另一种模式
就是用N块硬盘选择一个合理的带宽大小来创建一个区集。最好在每个硬盘上安装一个专用的硬盘控制器,在计算机读写数据的同时对N个硬盘读写数据,速度提高N倍。提高系统的性能
2, RAID 1
RAID 1称为磁盘镜像,它将一个硬盘上的数据镜像到另一个硬盘上,在不影响性能的情况下,最大限度地提高系统的可靠性和可修复性。数据冗余度高,硬盘利用率只有50%。因此,它的成本最高,经常用于存储关键数据。RAID 1具有以下特点:
(1)RAID 1中的每个硬盘都有对应的镜像盘。数据随时被镜像,系统可以从镜像磁盘组中的任意磁盘读取数据。
(2)磁盘可用空间仅为磁盘总容量的一半,系统成本较高。
(3)只要系统中任意一对镜像盘中至少有一个盘可以被使用,即使有一半的磁盘故障,系统也可以正常运行。
(4)出现硬盘故障的RAID系统不再可靠。及时更换损坏的硬盘;否则,其余镜像盘故障,将导致整个系统瘫痪。
(5)更换新磁盘后,原数据的同步和镜像时间较长。外部对数据的访问不受影响,但会降低整个系统的性能。
(6) RAID 1硬盘控制器负载相当大,使用多个硬盘控制器可以提高数据的安全性和可用性。

3、RAID 0 + 1
结合RAID0和RAID1技术,数据分布在多个硬盘上,每个硬盘都有自己的物理镜像盘,具有完全冗余能力,允许一个或多个硬盘故障而不影响数据的可用性,并提供快速的读写能力。RAID0+1在磁盘镜像中创建至少4块硬盘。
4, RAID2
当计算机写入数据时,它将数据的每一位保存在一个磁盘上,并将一个数据的不同位运算得到的海明校验码保存在另一组磁盘上,因为在数据出错的情况下,汉明校验码可以纠正错误,以确保正确的输出。然而,边码使用数据冗余技术,因此输出数据的速率取决于驱动器组中最慢的磁盘。RAID2控制器设计简单。
5, RAID3
具有奇偶校验码的并行传输
RAID 3使用专用的硬盘存储所有的校验数据,并在剩余的硬盘上创建一个区域集,分散数据的读写操作。如果要从一个完整的RAID 3系统中读取数据,只需要在数据存储磁盘上找到相应的数据块。
但当数据写入RAID 3时,需要计算该数据块所在区域内所有数据块的校验值,并将新的校验值写入该校验块。通过这种方式,增加了系统开销。
当硬盘出现故障时,必须使用奇偶校验信息重构硬盘上的所有数据块。
如果要读取的数据块位于损坏的硬盘上,则必须同时读取该区域内的所有其他数据块,并根据奇偶校验值重构丢失的数据,会导致系统运行速度变慢。
更换损坏的硬盘后,系统需要逐个块地进行数据重构,这将严重影响系统的整体性能。
RAID 3最大的缺点是校验盘容易成为整个系统的瓶颈。对于写操作较多的应用,整个RAID系统的性能会下降。RAID 3适用于数据库和WEB服务器。
6, RAID4
RAID4是唯一的奇偶码在硬盘结构上,RAID4和RAID3非常相似,它是根据数据块进行数据访问,也就是根据硬盘,一次一个硬盘,RAID4的特性和RAID3也非常相似,但是在故障恢复上,它比RAID3要困难得多,控制器的设计也困难得多,而且数据的访问效率也不是很高。
7, RAID5
RAID 5将校验块分布到所有数据盘上。RAID 5使用一种特殊的算法来计算条带校验块的位置。这可以确保所有RAID盘对校验块的读写操作均衡,从而消除瓶颈。RAID5的读效率高,写效率适中,块集合访问效率高。RAID 5提高了系统的可靠性,但并没有解决数据传输的并行性,控制器设计也非常困难。
8、RAID 6
RAID6是一个独立的磁盘结构两种分布式存储奇偶校验代码,它是一个扩展的RAID5,主要用于数据的场合不能错,使用两种类型的校验值,所以需要N + 2磁盘,同时控制器设计变得非常复杂,写入速度不好,这需要大量的时间来计算奇偶校验值和验证数据的正确性,导致不必要的负载和很少使用
9 RAID7
RAID7是一种针对高速数据传输优化的硬盘结构。所有的I/O传输都是同步的,可以单独控制,这提高了系统的并行性和系统访问数据的速度。
每个磁盘都有缓存,实时操作系统可以使用任何实时操作芯片来满足不同实时系统的需求。SNMP可以用于管理和监控。可以为选中标记指定独立的传输通道,以提高效率。可以连接多台主机,当多个用户接入系统时,访问时间几乎为零。但如果系统断电,缓存中的所有数据都会丢失,因为这需要使用UPS,而RAID7是昂贵的。
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