RAID0 1 5 10原理、種類及性能優缺點對比


一、RAID模式優缺點的簡要介紹

目前被運用較多的RAID模式其優缺點大致是這樣的:

1、RAID0模式

優點:在RAID 0狀態下,存儲數據被分割成兩部分,分別存儲在兩塊硬盤上,此時移動硬盤的理論存儲速度是單塊硬盤的2倍,實際容量等於兩塊硬盤中較小一塊硬盤的容量的2倍。

缺點:任何一塊硬盤發生故障,整個RAID上的數據將不可恢復。

備注:存儲高清電影比較適合。

2、RAID1模式

優點:此模式下,兩塊硬盤互為鏡像。當一個硬盤受損時,換上一塊全新硬盤(大於或等於原硬盤容量)替代原硬盤即可自動恢復資料和繼續使用,移動硬盤的實際容量等於較小一塊硬盤的容量,存儲速度與單塊硬盤相同。RAID 1的優勢在於任何一塊硬盤出現故障是,所存儲的數據都不會丟失。

缺點:該模式可使用的硬盤實際容量比較小,僅僅為兩顆硬盤中最小硬盤的容量。

備注:非常重要的資料,如數據庫,個人資料,是萬無一失的存儲方案。

3、RAID 0+1模式

RAID 0+1是磁盤分段及鏡像的結合,采用2組RAID0的磁盤陣列互為鏡像,它們之間又成為一個RAID1的陣列。硬盤使用率只有50%,但是提供最佳的速度及可靠度。

4、RAID 5模式

RAID5不對存儲的數據進行備份,而是把數據和相對應的奇偶校驗信息存儲到組成RAID5的各個磁盤上,並且奇偶校驗信息和相對應的數據分別存儲於不同的磁盤上。當RAID5的一個磁盤數據發生損壞后,利用剩下的數據和相應的奇偶校驗信息去恢復被損壞的數據。

5、RAID 10模式

RAID10最少需要4塊硬盤才能完成。把2塊硬盤組成一個RAID1,然后兩組RAID1組成一個RAID0。雖然RAID10方案造成了50%的磁盤浪費,但是它提供了200%的速度和單磁盤損壞的數據安全性。

 

 

二、細數RAID模式

1、概念

磁盤陣列(Redundant Arrays of Inexpensive Disks,RAID),有“價格便宜且多余的磁盤陣列”之意。原理是利用數組方式來作磁盤組,配合數據分散排列的設計,提升數據的安全性。磁盤陣列是由很多便宜、容量較小、穩定性較高、速度較慢磁盤,組合成一個大型的磁盤組,利用個別磁盤提供數據所產生加成效果提升整個磁盤系統效能。同時利用這項技術,將數據切割成許多區段,分別存放在各個硬盤上。磁盤陣列還能利用同位檢查(Parity Check)的觀念,在數組中任一顆硬盤故障時,仍可讀出數據,在數據重構時,將數據經計算后重新置入新硬盤中。

2、規范

RAID技術主要包含RAID 0~RAID 50等數個規范,它們的側重點各不相同,常見的規范有如下幾種:


  RAID 0:RAID 0連續以位或字節為單位分割數據,並行讀/寫於多個磁盤上,因此具有很高的數據傳輸率,但它沒有數據冗余,因此並不能算是真正的RAID結構。RAID 0只是單純地提高性能,並沒有為數據的可靠性提供保證,而且其中的一個磁盤失效將影響到所有數據。因此,RAID 0不能應用於數據安全性要求高的場合。


  RAID 1:它是通過磁盤數據鏡像實現數據冗余,在成對的獨立磁盤上產生互為備份的數據。當原始數據繁忙時,可直接從鏡像拷貝中讀取數據,因此RAID 1可以提高讀取性能。RAID 1是磁盤陣列中單位成本最高的,但提供了很高的數據安全性和可用性。當一個磁盤失效時,系統可以自動切換到鏡像磁盤上讀寫,而不需要重組失效的數據。


  RAID 0+1: 也被稱為RAID 10標准,實際是將RAID 0和RAID 1標准結合的產物,在連續地以位或字節為單位分割數據並且並行讀/寫多個磁盤的同時,為每一塊磁盤作磁盤鏡像進行冗余。它的優點是同時擁有RAID 0的超凡速度和RAID 1的數據高可靠性,但是CPU占用率同樣也更高,而且磁盤的利用率比較低。


  RAID 5:RAID 5不單獨指定的奇偶盤,而是在所有磁盤上交叉地存取數據及奇偶校驗信息。在RAID 5上,讀/寫指針可同時對陣列設備進行操作,提供了更高的數據流量。RAID 5更適合於小數據塊和隨機讀寫的數據。RAID 3與RAID 5相比,最主要的區別在於RAID 3每進行一次數據傳輸就需涉及到所有的陣列盤;而對於RAID 5來說,大部分數據傳輸只對一塊磁盤操作,並可進行並行操作。在RAID 5中有“寫損失”,即每一次寫操作將產生四個實際的讀/寫操作,其中兩次讀舊的數據及奇偶信息,兩次寫新的數據及奇偶信息。

 

3、優點

提高傳輸速率。RAID通過在多個磁盤上同時存儲和讀取數據來大幅提高存儲系統的數據吞吐量(Throughput)。在RAID中,可以讓很多磁盤驅動器同時傳輸數據,而這些磁盤驅動器在邏輯上又是一個磁盤驅動器,所以使用RAID可以達到單個磁盤驅動器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率。這也是RAID最初想要解決的問題。因為當時CPU的速度增長很快,而磁盤驅動器的數據傳輸速率無法大幅提高,所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾。RAID最后成功了。

  通過數據校驗提供容錯功能。普通磁盤驅動器無法提供容錯功能,如果不包括寫在磁盤上的CRC(循環冗余校驗)碼的話。RAID容錯是建立在每個磁盤驅動器的硬件容錯功能之上的,所以它提供更高的安全性。在很多RAID模式中都有較為完備的相互校驗/恢復的措施,甚至是直接相互的鏡像備份,從而大大提高了RAID系統的容錯度,提高了系統的穩定冗余性。

 

 

4、實現

磁盤陣列有兩種方式可以實現,那就是“軟件陣列”與“硬件陣列”。

  軟件陣列是指通過網絡操作系統自身提供的磁盤管理功能將連接的普通SCSI卡上的多塊硬盤配置成邏輯盤,組成陣列。軟件陣列可以提供數據冗余功能,但是磁盤子系統的性能會有所降低,有的降低幅度還比較大,達30%左右。

  硬件陣列是使用專門的磁盤陣列卡來實現的。硬件陣列能夠提供在線擴容、動態修改陣列級別、自動數據恢復、驅動器漫游、超高速緩沖等功能。它能提供性能、數據保護、可靠性、可用性和可管理性的解決方案。陣列卡專用的處理單元來進行操作,它的性能要遠遠高於常規非陣列硬盤,並且更安全更穩定。

  磁盤陣列其實也分為軟陣列 (Software Raid)和硬陣列 (Hardware Raid) 兩種. 軟陣列即通過軟件程序並由計算機的 CPU提供運行能力所成. 由於軟件程式不是一個完整系統故只能提供最基本的 RAID容錯功能. 其他如熱備用硬盤的設置, 遠程管理等功能均一一欠奉. 硬陣列是由獨立操作的硬件提供整個磁盤陣列的控制和計算功能. 不依靠系統的CPU資源.

  由於硬陣列是一個完整的系統, 所有需要的功能均可以做進去. 所以硬陣列所提供的功能和性能均比軟陣列好. 而且, 如果你想把系統也做到磁盤陣列中, 硬陣列是唯一的選擇. 故我們可以看市場上 RAID 5 級的磁盤陣列均為硬陣列. 軟 陣列只適用於 Raid 0 和 Raid 1. 對於我們做鏡像用的鏡像塔, 肯定不會用 Raid 0或 Raid 1。作為高性能的存儲系統,已經得到了越來越廣泛的應用。RAID的級別從RAID概念的提出到現在,已經發展了六個級別,其級別分別是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四個級別。

 


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