獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列（RAID——Redundant Arrays of Independent Disks）是一種使用多硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)?？梢允褂枚喾N不同的存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)的冗余、錯(cuò)誤恢復(fù)和性能。
過(guò)去，高可用計(jì)算機(jī)的安裝都要求有足夠的數(shù)據(jù)冗余，即一套復(fù)雜的數(shù)據(jù)鏡像備份在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以馬上替代當(dāng)前的數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)量的不斷增長(zhǎng)，這種解決方案的花費(fèi)令人難以接受，于是，IT開(kāi)發(fā)人員用RAID（獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列）來(lái)解決這一問(wèn)題。不像磁盤(pán)鏡像，一個(gè)RAID系統(tǒng)并不一定要具備兩倍于數(shù)據(jù)量的磁盤(pán)空間，如一個(gè)RAID 5系統(tǒng)為了保證數(shù)據(jù)的使用和安全可以只增加數(shù)據(jù)量20％的磁盤(pán)空間。
磁盤(pán)陣列分類(lèi)
根據(jù)磁盤(pán)陣列的結(jié)構(gòu)、要求及數(shù)據(jù)處理特點(diǎn)，一般分為六個(gè)級(jí)別（也叫標(biāo)準(zhǔn)），即RAID 0、1、2、3、4、5，若另加一個(gè)派生的RAID 0＋1，實(shí)際上有七個(gè)。其中RAID 2、3、4已基本淘汰，而RAID 5雖然最完備，但因至少由3塊硬盤(pán)組成使其價(jià)格較高，往往應(yīng)用于高中端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，RAID 0、1、0＋1三種標(biāo)準(zhǔn)則主要應(yīng)用于低中端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)之中。
被稱(chēng)為第二代磁盤(pán)陣列系統(tǒng)的RD20，因其采用了新型體系結(jié)構(gòu)，具有高可用性、高性能和大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)處理能力，具有靈活的計(jì)算能力和低廉的價(jià)格特點(diǎn)。RD20采用了先進(jìn)的冗余設(shè)計(jì)技術(shù)與軟件，有效地保證了數(shù)據(jù)的最大可用性。其冗余體系結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)組件設(shè)計(jì)使其具有很強(qiáng)的靈活性，主機(jī)接口設(shè)計(jì)為獨(dú)立的可添加的夾層卡，用戶(hù)可自由選擇異端或單端寬Ultra SCSI接口，大大方便了用戶(hù)的自行設(shè)計(jì)外形結(jié)構(gòu)和升級(jí)。單槽或雙槽1.0625Gbps光纖接口，還允許用戶(hù)直接與有光纖接口的主機(jī)、光纖交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)集線器或其他冗余設(shè)備直接連接。RD20一般采用兩個(gè)控制器，由RAID子系統(tǒng)進(jìn)行雙重控制，并由裝在控制器中的溫度傳感器隨時(shí)報(bào)告各扇區(qū)物理環(huán)境的異常現(xiàn)象，從而保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
RAID標(biāo)準(zhǔn)的意義
基于RAID標(biāo)準(zhǔn)的磁盤(pán)陣列，之所以具有性能可靠和容量極大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其主要原因是由于：首先，RAID控制器通過(guò)并行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)克服了磁盤(pán)機(jī)電設(shè)計(jì)的限制，可大大提高存取速度。RAID可以同時(shí)操作多張磁盤(pán)的讀寫(xiě)，如四張磁盤(pán)組成的陣列的讀寫(xiě)速度幾乎是單張磁盤(pán)的四倍。所以，RAID的高速讀寫(xiě)能力既可用來(lái)完成象高速的實(shí)時(shí)圖像編輯，也可用于大量數(shù)據(jù)的高速存儲(chǔ)備份；其次，RAID系統(tǒng)提供了大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，而且多張磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)對(duì)于主機(jī)來(lái)說(shuō)是隨時(shí)可用的。復(fù)雜的RAID系統(tǒng)甚至允許用戶(hù)通過(guò)控制器所發(fā)出的數(shù)據(jù)途徑來(lái)組成多盤(pán)菊鏈，使得高性能的RAID控制器可同時(shí)進(jìn)行多達(dá)90多張盤(pán)片的尋址操作；最后，RAID系統(tǒng)運(yùn)用了奇偶校驗(yàn)技術(shù)，極大地提高了數(shù)據(jù)的可靠性。因?yàn)楫?dāng)RAID控制器在磁盤(pán)上寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，RAID系統(tǒng)會(huì)記錄相應(yīng)的奇偶位冗余數(shù)據(jù)，若該磁盤(pán)失效，該奇偶信息可使RAID控制器在不降低性能的情況下，重新計(jì)算丟失的信息。下面我們來(lái)總結(jié)一下RAID標(biāo)準(zhǔn)的意義。
標(biāo)準(zhǔn)RAID：如前所述，傳統(tǒng)RAID標(biāo)準(zhǔn)一般分為七級(jí)，其區(qū)別主要是陣列中的磁盤(pán)數(shù)與數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)方式不同，但廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)只有RAID 0、1、5和0＋1四種，下面我們就來(lái)介紹這四種標(biāo)準(zhǔn)的意義。
但這種工作方式使得鏡像和冗余的成本較高，將浪費(fèi)一半的磁盤(pán)空間，而且也影響了陣列的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度。雖然RAID 1還可以在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，保證同步在兩個(gè)磁盤(pán)上搜索，并且能把先找到的數(shù)據(jù)傳輸回來(lái)，從而可改善陣列系統(tǒng)的調(diào)用效率，但因消耗主機(jī)CPU資源，幾乎沒(méi)有提高陣列系統(tǒng)的整體性能。所以RAID 1陣列只對(duì)緊要任務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)才有意義。
符合RAID 0＋1標(biāo)準(zhǔn)的磁盤(pán)陣列，實(shí)際上已考慮了上述兩類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的因素，吸收了上述兩種標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，即在RAID 0標(biāo)準(zhǔn)上把寫(xiě)往兩個(gè)硬盤(pán)的數(shù)據(jù)同時(shí)做兩個(gè)鏡像，既保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俾?，又保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高安全性，但需提供4塊硬盤(pán)，所以成本也要大大高出前兩者。
符合RAID 3標(biāo)準(zhǔn)的磁盤(pán)陣列包括數(shù)據(jù)分割，另外，它還指定一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來(lái)存儲(chǔ)奇偶信息。這就提供了某種容錯(cuò)功能，在數(shù)據(jù)密集型環(huán)境或單一用戶(hù)環(huán)境中尤其有益于訪問(wèn)較長(zhǎng)的連續(xù)記錄。RAID 3需要同步主軸驅(qū)動(dòng)器來(lái)預(yù)防較短記錄的性能下降。
奇偶校驗(yàn)塊可以降低RAID 3和5數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的開(kāi)銷(xiāo)。例如RAID 5用一塊磁盤(pán)來(lái)為4塊磁盤(pán)提供數(shù)據(jù)冗余，那就意味著用5塊磁盤(pán)來(lái)存儲(chǔ)4塊磁盤(pán)容量的數(shù)據(jù)并為那些數(shù)據(jù)提供完全備份。
軟硬件RAID：RAID還有基于軟件的RAID和基于硬件的RAID，兩者在性能方面有較大區(qū)別，且能在不同領(lǐng)域各領(lǐng)風(fēng)騷。其中，基于軟件的RAID只能利用主機(jī)CPU和存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)磁盤(pán)陣列的存儲(chǔ)備份，根據(jù)操作系統(tǒng)又可分為基于Novell平臺(tái)、Windows NT平臺(tái)和Unix平臺(tái)的軟件RAID，軟件RAID存儲(chǔ)備份級(jí)別較低，由于高速緩沖存儲(chǔ)器可以使得簡(jiǎn)單的分段和鏡像完成得更快，可大大提高讀寫(xiě)速度，因而任務(wù)較少時(shí)有明顯優(yōu)勢(shì)。尤其是各類(lèi)新版操作系統(tǒng)、容錯(cuò)軟件和群集技術(shù)的普遍應(yīng)用，又使得軟件RAID在性能和功能方面到了充分的發(fā)揮。
RAID 7存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（Storage Computer Operating System）是一套實(shí)時(shí)事件驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)，主要用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)初始化和安排RAID 7磁盤(pán)陣列的所有數(shù)據(jù)傳輸，并把它們轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的物理存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器上。通過(guò)自身系統(tǒng)中的陣列電腦板來(lái)設(shè)定和控制讀寫(xiě)速度，存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)可使主機(jī)I/O傳遞性能達(dá)到最佳。如果一個(gè)磁盤(pán)出現(xiàn)故障，還可自動(dòng)執(zhí)行恢復(fù)操作，并可管理備份磁盤(pán)的重建過(guò)程。
選購(gòu)RAID小技巧
市場(chǎng)上的RAID產(chǎn)品豐富多彩，每個(gè)產(chǎn)品又含有一大堆的技術(shù)指標(biāo)，令用戶(hù)眼花繚亂。那么用戶(hù)在選購(gòu)RAID的時(shí)候應(yīng)該考慮哪些因素呢？
首先，最重要的就是要搞清楚用RAID來(lái)做什么，也就是從應(yīng)用角度出發(fā)來(lái)選擇。因?yàn)镽AID有很多標(biāo)準(zhǔn)，每種標(biāo)準(zhǔn)有不同的特長(zhǎng)，所對(duì)應(yīng)的應(yīng)用也不同。如果用戶(hù)要求快速地存取數(shù)據(jù)，而對(duì)可靠性沒(méi)有過(guò)高要求，可以選擇RIAD 0標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。如前所述，RAID 0的數(shù)據(jù)傳輸率高，而安全性低。
RAID 1標(biāo)準(zhǔn)磁盤(pán)陣列的基本標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)據(jù)傳輸率低和安全性高，正好與RAID 0相反，因此如果用戶(hù)對(duì)速度沒(méi)有需求，而要求可靠性的話，RAID 1是最好的選擇。但是RAID的花費(fèi)很高。
那么有沒(méi)有一種產(chǎn)品速度又快、可靠性高呢？RAID 0和1的完美結(jié)合將這兩種優(yōu)點(diǎn)集成在一起，但是成本也不比RAID 1低。因?yàn)镽AID 0/1的這種配置要求至少4塊磁盤(pán)。數(shù)據(jù)塊1寫(xiě)到磁盤(pán)1，數(shù)據(jù)鏡像寫(xiě)到磁盤(pán)2；數(shù)據(jù)塊2寫(xiě)到磁盤(pán)3，數(shù)據(jù)鏡像寫(xiě)到磁盤(pán)4；數(shù)據(jù)塊3寫(xiě)到磁盤(pán)1，數(shù)據(jù)鏡像寫(xiě)到磁盤(pán)2……依此類(lèi)推。因?yàn)閿?shù)據(jù)被分割后存儲(chǔ)在多個(gè)磁盤(pán)上，所以RAID 0/1既有RAID 0速度快的優(yōu)點(diǎn)，又有RAID 1高可用性的優(yōu)點(diǎn)。但是RAID 0/1也和RAID 1一樣要求一組完全備份磁盤(pán)。所以也不能稱(chēng)之為經(jīng)濟(jì)高效的方案。
對(duì)于管理數(shù)據(jù)庫(kù)操作和關(guān)鍵型業(yè)務(wù)的用戶(hù)，其數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)活動(dòng)頻繁，但數(shù)據(jù)量不大，RAID 5 的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)非常適合于電子郵件、電子表格和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用等數(shù)據(jù)傳輸和事務(wù)處理。RAID 5陣列讀磁盤(pán)的速度較快、數(shù)據(jù)可靠性高，有效容量達(dá)到66％～87％之間，因此性?xún)r(jià)比較高，是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的磁盤(pán)陣列。而RAID 3較適合于視頻系統(tǒng)。互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳輸安全問(wèn)題一直是用戶(hù)所擔(dān)心的，新標(biāo)準(zhǔn)RAID 7可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕乐箶?shù)據(jù)丟失。
除了考慮這些標(biāo)準(zhǔn)外，軟硬件RAID也關(guān)系到成本和性能問(wèn)題。硬RAID，速度快，但價(jià)格高；軟件RAID便宜，但速度慢,主要應(yīng)用于基于IDE接口的中低檔磁盤(pán)陣列中。
第二，RAID的冗余性、可靠性和可維護(hù)性也是需要考慮的因素。
冗余性主要表現(xiàn)在RAID控制器、電源、風(fēng)扇、磁盤(pán)的冗余性。如RAID控制器冗余就有兩種方式，一種是一個(gè)控制器做備份，另一個(gè)工作，當(dāng)工作控制器出故障后，備份控制器會(huì)接替其工作；另一種是兩個(gè)控制器都是工作控制器，同時(shí)工作，當(dāng)一個(gè)出故障，另一個(gè)會(huì)繼續(xù)工作，只是帶寬也會(huì)減半。
可靠性主要表現(xiàn)在電源、風(fēng)扇、磁盤(pán)等是否能夠熱插拔。它們的這些性能體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的可靠性方面?？删S護(hù)性即是否有單點(diǎn)故障出現(xiàn)等。
此外，用戶(hù)還應(yīng)根據(jù)自己的需求選擇是SCSI接口還是光纖通道接口的RAID，這些都對(duì)性能和價(jià)格有很大的影響。
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