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RAID#xff0c;Redundant Array of Independent Disks#xff0c;独立磁盘冗余阵列#xff0c;一种把多块独立的硬盘#xff08;物理硬盘#xff09;按不同的方式组合起来形成一个硬盘组#xff08;逻辑硬盘#xff09;#xff0c;从而提供比单个硬盘更高的存储…概述
RAIDRedundant Array of Independent Disks独立磁盘冗余阵列一种把多块独立的硬盘物理硬盘按不同的方式组合起来形成一个硬盘组逻辑硬盘从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术是目前商用服务器常见的磁盘管理技术。主要是为了改善磁盘的存储容量、读写速度增强磁盘的可用性和容错能力。目前服务器级别的计算机都支持插入多块磁盘8块或者更多通过使用RAID技术实现数据在多块磁盘上的并发读写和数据备份。基本功能包括数据冗余和性能提升
数据冗余指把数据的校验信息存放在冗余的磁盘中在某些磁盘数据损坏时能从其他未损坏的磁盘中重新构建数据性能提升提高传输速率磁盘阵列将多个磁盘组成一个阵列当做一个单一的磁盘使用把数据已分段的形式存储到不同的硬盘之中发生数据存取变动时阵列中的相关磁盘一起工作,这就可以大幅的降低数据存储的时间同时还能拥有更佳的空间和使用率
原理
常用RAID技术有以下几种
RAID0
假设服务器有N块磁盘 数据在从内存缓冲区写入磁盘时根据磁盘数量将数据分成N份这些数据同时并发写入N块磁盘使得数据整体写入速度是一块磁盘的N倍读取时也一样因此RAID0具有极快的数据读写速度。
优势提升IO
劣势不做数据备份没有冗余错误修复能力N块磁盘中只要有一块损坏数据完整性就被破坏所有磁盘的数据都会损坏。
计算2块40G的硬盘做RAID0可用总容量为累加值即80G利用率是100%
RAID1
RAID1这种方案是为解决RAID0的问题数据在写入磁盘时将一份数据同时写入两块磁盘这样任何一块磁盘损坏都不会导致数据丢失插入一块新磁盘就可以通过复制数据的方式自动修复具有极高的可靠性。 优势数据可靠性 劣势磁盘利用率为50%
RAID3
一般情况下一台服务器上不会出现同时损坏两块磁盘的情况在只损坏一块磁盘的情况下如果能利用其它磁盘的数据恢复损坏磁盘的数据就能在保证可靠性和性能的同时大幅提升磁盘利用率。 在数据写入磁盘时将数据分成N-1份并发写入N-1块磁盘并在第N块磁盘记录校验数据任何一块磁盘损坏包括校验数据磁盘都可以利用其它N-1块磁盘的数据修复。 但是在数据修改较多的场景中任何磁盘修改数据都会导致第N块磁盘重写校验数据频繁写入的后果是第N块磁盘比其它磁盘容易损坏需要频繁更换所以RAID3很少在实践中使用。
RAID5
相比RAID3更多被使用的方案是RAID5。RAID5和RAID3很相似但是校验数据不是写入第N块磁盘而是螺旋式地写入所有磁盘中。这样校验数据的修改也被平均到所有磁盘上避免RAID3频繁写坏一块磁盘的情况。
至少需要3块硬盘。通用采用4块硬盘其中有一块硬盘是用来做数据冗余的如果做RAID5的服务器上有一块硬盘坏掉那么需要把坏的盘拨下来然后换上一块新的硬盘系统会自动进行数据同步。
可用容量单块磁盘容量 * (n-1)n为磁盘数。
安全性能方面RAID1最高RAID5次于RAID1。
缺点只允许单盘故障一盘出现故障得尽快处理。有盘坏情况下RAID5 IO/CPU性能狂跌此时性能烂到无以复加。
建议盘不多对数据安全性和性能提示都有要求RAID5是个不错选择盘多可考虑RAID10。
RAID6
如果数据需要很高的可靠性在出现同时损坏两块磁盘的情况下或者运维管理水平比较落后坏一块磁盘但是迟迟没有更换导致又坏一块磁盘仍然需要修复数据这时候可以使用RAID6。RAID6和RAID5类似但是数据只写入N-2块磁盘并螺旋式地在两块磁盘中写入校验信息使用不同算法生成。
至少需要4块硬盘RAID6是在RAID5的基础上为了加强数据保护而设计的。可允许损坏2块硬盘。 可用容量
C(N-2)×D
C可用容量 N磁盘数量 D单个磁盘容量RAID10
利用奇偶校验实现条带集镜像结合RAID0和RAID1两种方案将所有磁盘平均分成两份数据同时在两份磁盘写入相当于RAID1但是在每一份磁盘里面的N/2块磁盘上利用RAID0技术并发读写既提高可靠性又改善性能不过磁盘利用率较低有一半的磁盘用来写备份数据。
至少需要4块硬盘是一种高成本、高可靠性、高存储性能的三高阵列技术。
缺点对盘的数量要求稍高磁盘使用率为50%。
对比
RAID技术有硬件实现比如专用的RAID卡或主板直接支持也可以通过软件实现在操作系统层面将多块磁盘组成RAID在逻辑上视作一个访问目录。RAID技术在传统关系数据库及文件系统中应用比较广泛是改善计算机存储特性的重要手段。
RAID技术只是在单台服务器的多块磁盘上组成阵列大数据需要更大规模的存储空间和访问速度。将RAID技术原理应用到分布式服务器集群上就形成Hadoop分布式文件系统HDFS的架构思想。
各级RAID的对比
RAID级别别名容错冗余读性能写性能空间利用率数据可靠性最大能容忍的坏盘数RAID0条带无单块盘的N倍单块盘的N倍100%很低0RAID1镜像有单块盘的N倍最慢磁盘的性能50%很高N-1RAID2--不到单块盘的N倍单盘的写入速度 * 校验盘的数量不到100%取决于海明纠错码位数RAID3专用奇偶校验条带有单块盘的N-1倍校验盘的写入速度(N-1)/N1RAID4--单块盘的N-1倍校验盘的写入速度(N-1)/N1RAID5分布奇偶校验条带有单块盘的N倍略微弱于单块盘的N倍(N-1)/N较高1RAID6双重奇偶校验条带有单块盘的N倍略微弱于单块盘的N倍差于RAID5(N-2)/N较(RAID5)高2RAID10镜像加条带有50%
实战
容量计算
如果使用物理硬盘容量不相等的硬盘做RAID创建的RAID阵列的总容量为较小的硬盘的计算方式。
RAID5的存储机制是两块存数据一块存另外两块硬盘的交易校验结果。RAID5的建立后坏掉一块硬盘可以通过另外两块硬盘的数据算出第三块的所以至少要3块。RAID5是一种旋转奇偶校验独立存取的阵列方式它与RAID3RAID4不同的是没有固定的校验盘而是按某种规则把奇偶校验信息均匀地分布在阵列所属的硬盘上 所以在每块硬盘上既有数据信息也有校验信息。这一改变解决争用校验盘的问题使得在同一组内并发进行多个写操作。所以RAID5既适用于大数据量的操作也适用于各种事务处理它是一种快速、大容量和容错分布合理的磁盘阵列。当有N块阵列盘时用户空间为N-1块盘容量。
3块容量为80G的硬盘做RAID5阵列其容量为160G 2块80G和1块40G的硬盘做RAID5阵列其容量为80G
参考
一文详解大规模数据计算处理原理及操作重点
