RAID原理详解
RAID 0(stripe,条带化存储):在RAID级别中最高的存储性能.
原理:是把连续的数据分散到多个磁盘上存取,系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行,每个磁盘执行属于他自己的那部分数据请求。这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽,显著提高磁盘整体存取性能。
磁盘空间=磁盘总量=100%
需要的磁盘数>=2
读写性能=优秀=磁盘个数(n)*I/O速度=n*100%
块大小=每次写入的块大小=2的n次方=一般为2~512kb
优点: 1. 充分利用I/O总线性能使其带宽翻倍,读写速度翻倍。
- 充分利用磁盘空间,利用率为100%。
缺点: 1. 不提供数据冗余。
- 无数据检验,不能保证数据的正确性。
- 存在单点故障。
应用场景:
- 对数据完整性要求不高的场景,如:日志存储,个人娱乐。
- 要求读写效率高,安全性要求不高,如图像工作站。
RAID 1(Mirror,镜像存储):是磁盘阵列中单位成本最高的,磁盘利用率最低,但提供了很高的数据安全性和可用性。
原理:将一个两块硬盘所构成RAID磁盘阵列,其容量仅等于一块硬盘的容量,因为另一块只是当做数据“镜像”通过镜像实现数据冗余,成对的独立磁盘上产生互为备份的数据。当原始数据繁忙时,可直接从镜像拷贝中读取数据,因此RAID1可以提高读取性能。当一个磁盘失效时,系统可以自动切换到镜像磁盘上读写,而不需要重组失效的数据。最大允许互为镜像内的单个磁盘故障,如果出现互为镜像的两块磁盘故障则数据丢失。
磁盘空间=磁盘总量/2=50%
需要的磁盘数(n)>=2*n
读性能=优秀=I/O性能*n=200%
写性能=正常=I/O性能=100%
优点:
- 提供数据冗余,数据双倍存储。
- 提供良好的读性能
缺点:
- 无数据校验。
- 磁盘利用率低,成本高。
应用场景:
- 存放重要数据,如数据存储领域。
RAID 2:RAID 0的优化版本
原理:每次读写需要全组磁盘联动,提供汉明码错误校验机制,将数据进行编码后分区为独立的位,并将数据分别写入硬盘中。因为在数据中加入了错误修正码,输出数据的速率与驱动器组中速度最慢的相等。
磁盘空间<=磁盘总量
需要的磁盘数>=3
数据单位=字节
优点:
- 有数据校验机制
- 磁盘的寻道时间减少
缺点:
- 目前应用场景不多,基本被淘汰。
- 成本高。
应用场景:影像处理或者CAD/CAM的工作站
RAID 3:类似于RAID 2
原理:采用Bit-interleaving(数据交错存储)技术,它需要通过编码再将数据位分区后分别存在硬盘中,而将同位检查后单独存在一个硬盘中,但由于数据内的位分散在不同的硬盘上,因此就算要读取一小段数据资料都可能需要所有的硬盘进行工作,所以这种规格比较适于读取大量数据时使用。
磁盘空间=n-1
需要的磁盘数>=n+1
数据单位=字节
写性能=一般
读性能=良好
优点:
有数据校验机制
缺点:
校验盘很容易成为整个系统的瓶颈
应用场景:
- 写操作较少,读操作较多的应用环境,如:数据库、WEB服务器等。
- 适合大文件类型且安全性要求较高的应用,如视频编辑、硬盘播出机、大型数据库等。
RAID 4:与RAID 3类似
原理:RAID 4和RAID 3很像,数据都是依次存储在多个硬盘之上,奇偶校验码存放在独立的奇偶校验盘上,唯一不同的是,数据分割上RAID 3对数据的访问时按位进行的,RAID4是以数据块为单位。
磁盘空间=n-1
需要的磁盘数>=n+1
写性能=差
数据单位=块(扇区)
优点:
- 按块存储可以保证块的完整
- 有校验机制
缺点:
- 写效率差,每次写入需要生成校验
- 硬盘损耗高
应用场景:
对数据安全性高的环境,同RAID3
RAID 5:奇偶校验(XOR),RAID 0和RAID 1的折中方案。
原理:数据以块分段条带化存储。校验信息交叉地存储在所有的数据盘上。数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上,并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上,其中任意N-1块磁盘上都存储完整的数据。
磁盘空间=n-1
需要的磁盘数>=3
读写性能≈优秀=磁盘个数(n)*I/O速度=n*100%
优点:
- 读写性能高
- 有校验机制
- 磁盘空间利用率高
缺点:
磁盘越多安全性越差
应用场景:
安全性高,如金融、数据库、存储等、
RAID 6:与RAID 5相比,RAID 6增加了第二个独立的奇偶校验信息块。双重奇偶校验
原理:两个独立的奇偶系统使用不同的算法,数据的可靠性非常高,即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用。但RAID 6需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间,写性能比RAID5差。
磁盘空间 = n-2
需要的磁盘数 ≥ 4
优点:
1、 良好的随机读性能
2、 有校验机制
缺点:
1、 写入速度差
2、 成本高
应用场景:
对数据安全级别要求比较高的企业
RAID 7:RAID 7并非公开的RAID标准,而是Storage ComputerCorporation公司的专利硬体产品名称。是一个完整的存储阵列。RAID 7有自身的实时操作系统用来管理阵列。
原理:
1、 物理上RAID 7主要包括两部分:一个运行实时操作系统的控制器;二.多个Channel磁盘组。
2、 逻辑上 RAID 7类似于RAID3和RAID4。磁盘分布于多个Channel,一个Channel包含一组磁盘,校验盘可以分布于任意Channel。Channel之间通过X-BUS连接。
3、 异步IO。IO读写操作以及奇偶校验都直接在缓存里面完成。控制器负责数据从缓存写入磁盘。
4、 可以根据需求,将部分磁盘配置为Hot Standy模式。
5、 提供SNMP远程监控管理功能。
优点:
1、 性能好,IO延迟低
缺点:
1、成本高
应用场景:
对存储性能要求高且没有高端技术团队的公司
RAID 01:RAID 0和RAID 1的组合形式
原理:先做RAID 0再将RAID 0组合成RAID 1,拥有两种RAID的特性。
磁盘空间= n/2 = 50%
4 ≥ 需要的磁盘数 ≥ 2*n
读写性能 = RAID0
优点:
1、 较高的IO性能
2、 有数据冗余
3、 无单点故障
缺点:
1、 成本稍高
2、 安全性比RAID 10 差
应用场景:
特别适用于既有大量数据需要存取,同时又对数据安全性要求严格的领域,如银行、金融、商业超市、仓储库房、各种档案管理等。
RAID 10:RAID 0和RAID 1的组合形式
原理:先做RAID 1再将RAID 1组合成RAID 0,拥有两种RAID的特性,安全性高
磁盘空间=n/2=50%
4≤ 需要的磁盘数 ≥ 2*n
优点:
- RAID 10的读性能将优于RAID 01
- 较高的IO性能
- 有数据冗余
- 无单点故障
- 安全性高
缺点:
成本稍高
应用场景:特别适用于既有大量数据需要存取,同时又对数据安全性要求严格的领域,如银行、金融、商业超市、仓储库房、各种档案管理等。
RAID 50:RAID 50也被称为镜像阵列条带
原理先做RAID 5再将RAID 5组合成RAID 0,拥有两种RAID的特性。
需要的磁盘数≥ 6
RAID 53:一个镜射条带数组,硬盘里其中一个条带就是一个由3组以上的RAID 5组成RAID 3硬盘阵列
原理:先做RAID 5再将RAID 5组合成RAID 3,拥有两种RAID的特性。
需要的磁盘数≥ 6+1
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