RAID等級有哪些，你都知道么

時間：2020-04-23作者：深圳道通存儲技術(shù)有限公司瀏覽：315

SNIA 、 Berkeley 等組織機(jī)構(gòu)把 RAID0 、 RAID1 、 RAID2 、 RAID3 、 RAID4 、 RAID5 、 RAID6 七個等級定為標(biāo)準(zhǔn)的 RAID 等級，這也被業(yè)界和學(xué)術(shù)界所公認(rèn)。標(biāo)準(zhǔn)等級是較基本的 RAID 配置集合，單獨或綜合利用數(shù)據(jù)條帶、鏡像和數(shù)據(jù)校驗技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn) RAID 可以組合，即 RAID 組合等級，滿足 對性能、安全性、可靠性要求較高的存儲應(yīng)用需求。







1.RAID0

RAID0 是一種簡單的、無數(shù)據(jù)校驗的數(shù)據(jù)條帶化技術(shù)。實際上不是一種真正的 RAID ，因為它并不提供任何形式的冗余策略。 RAID0 將所在磁盤條帶化后組成大容量的存儲空間(如圖 2 所示)，將數(shù)據(jù)分散存儲在所有磁盤中，以獨立訪問方式實現(xiàn)多塊磁盤的并讀訪問。由于可以并發(fā)執(zhí)行 I/O 操作，總線帶寬得到充分利用。再加上不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗，RAID0 的性能在所有 RAID 等級中是較高的。理論上講，一個由 n 塊磁盤組成的 RAID0 ，它的讀寫性能是單個磁盤性能的 n 倍，但由于總線帶寬等多種因素的限制，實際的性能提升**理論值。

RAID0 具有低成本、高讀寫性能、 ** 的高存儲空間利用率等優(yōu)點，但是它不提供數(shù)據(jù)冗余保護(hù)，一旦數(shù)據(jù)損壞，將無法恢復(fù)。 因此， RAID0 一般適用于對性能要求嚴(yán)格但對數(shù)據(jù)安全性和可靠性不高的應(yīng)用，如視頻、音頻存儲、臨時數(shù)據(jù)緩存空間等。

2.RAID1

RAID1 稱為鏡像，它將數(shù)據(jù)完全一致地分別寫到工作磁盤和鏡像 磁盤，它的磁盤空間利用率為 50% 。 RAID1 在數(shù)據(jù)寫入時，響應(yīng)時間會有所影響，但是讀數(shù)據(jù)的時候沒有影響。 RAID1 提供了較佳的數(shù)據(jù)保護(hù)，一旦工作磁盤發(fā)生故障，系統(tǒng)自動從鏡像磁盤讀取數(shù)據(jù)，不會影響用戶工作。工作原理如圖 3 所示。

RAID1 與 RAID0 剛好相反，是為了增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性使兩塊 磁盤數(shù)據(jù)呈現(xiàn)完全鏡像，從而達(dá)到安全性好、技術(shù)簡單、管理方便。 RAID1 擁有完全容錯的能力，但實現(xiàn)成本高。 RAID1 應(yīng)用于對順序讀寫性能要求高以及對數(shù)據(jù)保護(hù)較為重視的應(yīng)用，如對郵件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護(hù)。

3.RAID2

RAID2 稱為糾錯海明碼磁盤陣列，其設(shè)計思想是利用海明碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)校驗冗余。海明碼是一種在原始數(shù)據(jù)中加入若干校驗碼來進(jìn)行錯誤檢測和糾正的編碼技術(shù)，其中* 2n 位( 1, 2, 4, 8, … )是校驗碼，其他位置是數(shù)據(jù)碼。因此在 RAID2 中，數(shù)據(jù)按位存儲，每塊磁盤存儲一位數(shù)據(jù)編碼，磁盤數(shù)量取決于所設(shè)定的數(shù)據(jù)存儲寬度，可由用戶設(shè)定。圖 4 所示的為數(shù)據(jù)寬度為 4 的 RAID2 ，它需要 4 塊數(shù)據(jù)磁盤和 3 塊校驗磁盤。如果是 64 位數(shù)據(jù)寬度，則需要 64 塊 數(shù)據(jù)磁盤和 7 塊校驗磁盤?？梢姡?RAID2 的數(shù)據(jù)寬度越大，存儲空間利用率越高，但同時需要的磁盤數(shù)量也越多。

海明碼自身具備糾錯能力，因此 RAID2 可以在數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤的情況下對糾正錯誤，保證數(shù)據(jù)的安全性。它的數(shù)據(jù)傳輸性能相當(dāng)高，設(shè)計復(fù)雜性要**后面介紹的 RAID3 、 RAID4 和 RAID5 。

但是，海明碼的數(shù)據(jù)冗余開銷太大，而且 RAID2 的數(shù)據(jù)輸出性能受陣列中較慢磁盤驅(qū)動器的限制。再者，海明碼是按位運算， RAID2 數(shù)據(jù)重建非常耗時。由于這些顯著的缺陷，再加上大部分磁盤驅(qū)動器本身都具備了糾錯功能，因此 RAID2 在實際中很少應(yīng)用，沒有形成商業(yè)產(chǎn)品，目前主流存儲磁盤陣列均不提供 RAID2 支持。

4.RAID3

RAID3 (圖 5 )是使用**校驗盤的并行訪問陣列，它采用一個**的磁盤作為校驗盤，其余磁盤作為數(shù)據(jù)盤，數(shù)據(jù)按位可字節(jié)的方式交叉存儲到各個數(shù)據(jù)盤中。RAID3 至少需要三塊磁盤，不同磁盤上同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)作 XOR 校驗，校驗值寫入校驗盤中。 RAID3 完好時讀性能與 RAID0 完全一致，并行從多個磁盤條帶讀取數(shù)據(jù)，性能非常高，同時還提供了數(shù)據(jù)容錯能力。向 RAID3 寫入數(shù)據(jù)時，必須計算與所有同條帶的校驗值，并將新校驗值寫入校驗盤中。一次寫操作包含了寫數(shù)據(jù)塊、讀取同條帶的數(shù)據(jù)塊、計算校驗值、寫入校驗值等多個操作，系統(tǒng)開銷非常大，性能較低。

如果 RAID3 中某一磁盤出現(xiàn)故障，不會影響數(shù)據(jù)讀取，可以借助校驗數(shù)據(jù)和其他完好數(shù)據(jù)來重建數(shù)據(jù)。假如所要讀取的數(shù)據(jù)塊正好位于失效磁盤，則系統(tǒng)需要讀取所有同一條帶的數(shù)據(jù)塊，并根據(jù)校驗值重建丟失的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)性能將受到影響。當(dāng)故障磁盤被更換后，系統(tǒng)按相同的方式重建故障盤中的數(shù)據(jù)至新磁盤。

RAID3 只需要一個校驗盤，陣列的存儲空間利用率高，再加上并行訪問的特征，能夠為高帶寬的大量讀寫提供高性能，適用大容量數(shù)據(jù)的順序訪問應(yīng)用，如影像處理、流媒體服務(wù)等。目前， RAID5 算法不斷改進(jìn)，在大數(shù)據(jù)量讀取時能夠模擬 RAID3 ，而且 RAID3 在出現(xiàn)壞盤時性能會大幅下降，因此常使用 RAID5 替代 RAID3 來運行具有持續(xù)性、高帶寬、大量讀寫特征的應(yīng)用。

5.RAID4

RAID4 與 RAID3 的原理大致相同，區(qū)別在于條帶化的方式不同。 RAID4 (圖 6 )按照 塊的方式來組織數(shù)據(jù)，寫操作只涉及當(dāng)前數(shù)據(jù)盤和校驗盤兩個盤，多個 I/O 請求可以同時得到處理，提高了系統(tǒng)性能。 RAID4 按塊存儲可以保證單塊的完整性，可以避免受到其他磁盤上同條帶產(chǎn)生的不利影響。

RAID4 在不同磁盤上的同級數(shù)據(jù)塊同樣使用 XOR 校驗，結(jié)果存儲在校驗盤中。寫入數(shù)據(jù)時， RAID4 按這種方式把各磁盤上的同級數(shù)據(jù)的校驗值寫入校驗 盤，讀取時進(jìn)行即時校驗。因此，當(dāng)某塊磁盤的數(shù)據(jù)塊損壞， RAID4 可以通過校驗值以及其他磁盤上的同級數(shù)據(jù)塊進(jìn)行數(shù)據(jù)重建。

RAID4 提供了 非常好的讀性能，但單一的校驗盤往往成為系統(tǒng)性能的瓶頸。對于寫操作， RAID4 只能一個磁盤一個磁盤地寫，并且還要寫入校驗數(shù)據(jù)，因此寫性能比較差。而且隨著成員磁盤數(shù)量的增加，校驗盤的系統(tǒng)瓶頸將較加**。正是如上這些限制和不足， RAID4 在實際應(yīng)用中很少見，主流存儲產(chǎn)品也很少使用 RAID4 保護(hù)。

6.RAID5

RAID5 應(yīng)該是目前較常見的 RAID 等級，它的原理與 RAID4 相似，區(qū)別在于校驗數(shù)據(jù)分布在陣列中的所有磁盤上，而沒有采用專門的校驗磁盤。對于數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)，它們的寫操作可以同時發(fā)生在完全不同的磁盤上。因此， RAID5 不存在 RAID4 中的并發(fā)寫操作時的校驗盤性能瓶頸問題。另外， RAID5 還具備很好的擴(kuò)展性。當(dāng)陣列磁盤 數(shù)量增加時，并行操作量的能力也隨之增長，可比 RAID4 支持更多的磁盤，從而擁有較高的容量以及較高的性能。

RAID5 (圖 7)的磁盤上同時存儲數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)塊和對應(yīng)的校驗信息存保存在不同的磁盤上，當(dāng)一個數(shù)據(jù)盤損壞時，系統(tǒng)可以根據(jù)同一條帶的其他數(shù)據(jù)塊和對應(yīng)的校驗數(shù)據(jù)來重建損壞的數(shù)據(jù)。與其他 RAID 等級一樣，重建數(shù)據(jù)時， RAID5 的性能會受到較大的影響。

RAID5 兼顧存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本等各方面因素，它可以理解為 RAID0 和 RAID1 的折中方案，是目前綜合性能較佳的數(shù)據(jù)保護(hù)解決方案。 RAID5 基本上可以滿足大部分的存儲應(yīng)用需求，數(shù)據(jù)中心大多采用它作為應(yīng)用數(shù)據(jù)的保護(hù)方案。

7.RAID6

**所述的各個 RAID 等級都只能保護(hù)因單個磁盤失效而造成的數(shù)據(jù)丟失。如果兩個磁盤同時發(fā)生故障，數(shù)據(jù)將無法恢復(fù)。 RAID6 (如圖 8 )引入雙重校驗的概念，它可以保護(hù)陣列中同時出現(xiàn)兩個磁盤失效時，陣列仍能夠繼續(xù)工作，不會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。 RAID6 等級是在 RAID5 的基礎(chǔ)上為了進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)據(jù)保護(hù)而設(shè)計的一種 RAID 方式，它可以看作是一種擴(kuò)展的 RAID5 等級。

RAID6 不僅要支持?jǐn)?shù)據(jù)的恢復(fù)，還要支持校驗數(shù)據(jù)的恢復(fù)，因此實現(xiàn)代價很高，控制器的設(shè)計也比其他等級較復(fù)雜、較昂貴。 RAID6 思想較常見的實現(xiàn)方式是采用兩個獨立的校驗算法，假設(shè)稱為 P 和 Q ，校驗數(shù)據(jù)可以分別存儲在兩個不同的校驗盤上，或者分散存儲在所有成員磁盤中。當(dāng)兩個磁盤同時失效時，即可通過求解兩元方程來重建兩個磁盤上的數(shù)據(jù)。

RAID6 具有快速的讀取性能、較高的容錯能力。但是，它的成本要** RAID5 許多，寫性能也較差，并有設(shè)計和實施非常復(fù)雜。因此， RAID6 很少得到實際應(yīng)用，主要用于對數(shù)據(jù)安全等級要求非常高的場合。它一般是替代 RAID10 方案的經(jīng)濟(jì)性選擇。


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