RAID的原理与搭建
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磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Disks,RAID)有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意。RAID是由很多价格较便宜的磁盘组合成的一个容量巨大的磁盘组,用以提升整个磁盘系统效能。利用这项技术可将数据切割成许多区段,分别存放在各个磁盘上,RAID还能利用同位检查(Parity Check),在磁盘组中任意一个磁盘发生故障时,仍可读出数据,在数据重构时,可将数据经计算后重新存入新磁盘中。
注意:RAID可以预防数据丢失,但是它并不能完全保证数据不会丢失,所以使用RAID的同时还是需要注意备份重要的数据。
RAID的创建有两种方式:软RAID(通过操作系统实现)和硬RAID(使用RAID卡实现);在企业中常用的RAID类型是RAID 1、RAID 5和RAID 10。不过随着云技术的高速发展,供应商一般可以把硬件问题解决掉。
RAID的三个关键技术如下:
RAID相对于单个磁盘的优点如图
RAID 0又称条带(strping),是最早出现的RAID模式。
所需磁盘数量:只需要两块以上磁盘(容量大小最好相同)即可,是组建RAID中最简单的一种形式。
特点:成本低,可以提高整个磁盘的性能和吞吐量。RAID 0并没有提供冗余或错误修复能力,速度快。
任何一个磁盘的损坏都将损坏全部数据,磁盘利用率为100%,RAID 0工作原理如图
RAID 1又称镜像(mirroring),需要两块磁盘以上。
原理:把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上。也就是说,数据在写入一块磁盘的同时,会在另一块闲置的磁盘上生成镜像文件(同步)。
RAID容量大小等于两个组成RAID的磁盘中容量最小的磁盘的容量,数据有冗余,在存储时同时写入两块磁盘,实现了数据备份。
磁盘利用率为50%,即两块100GB的磁盘构成RAID 1只能提供100Gb的可用空间,RAID 1工作原理如图
需要三块或三块以上磁盘,提供热备盘实现故障的恢复。当损坏一块磁盘时,不影响正常使用,但如果同时损坏两块磁盘,则数据都会损坏,空间利用率为(n−1)/n,n为磁盘块数。相当于三块磁盘中,两块用来块存储数据,另一块作为热备,当RAID 5的一个磁盘数据发生损坏后,可以利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。RAID 5工作原理如图
知识扩展:RAID 5奇偶校验——异或运算。
RAID 5用相对简单的异或逻辑运算(相同为0,相异为1)进行校验,如表
RAID 10是将镜像和条带进行两级组合的RAID级别,第一级为RAID 1,第二级为RAID 0。比如有8块磁盘,先两两做RAID 1,形成了新的4块磁盘,然后对这4块磁盘做RAID 0。当RAID 10中有一个磁盘受损时,其余磁盘会继续工作,这时受影响的磁盘只有2块,如图
几个方案对比下来,RAID 5的性价比是最适合的,如图
RAID磁盘失效一般有两种处理方法:热备和热插拔。
1.热备(HotSpare)
(1)定义:当冗余的RAID组中某个磁盘失效时,在不干扰当前RAID系统正常使用的情况下,用RAID系统中另外一个正常的备用磁盘自动顶替失效磁盘,及时保证RAID系统的冗余性。
(2)全局式:备用磁盘为系统中所有的冗余RAID组共享。
(3)专用式:备用磁盘为系统中某一组冗余RAID组专用。热备盘由系统中两个RAID组共享,可自动顶替任何一个RAID中的失效磁盘,如图
2.热插拔(HotSwap)
定义:在不影响系统正常运转的情况下,用正常的物理磁盘替换RAID系统中的失效磁盘。