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關(guān)于ＲＡＩＤ技術(shù)淺析
[論文關(guān)鍵詞]RAID 模式 應(yīng)用 功能[論文摘要]隨著技術(shù)的發(fā)展，使存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的技術(shù)手段也發(fā)生很大變化。存儲(chǔ)信息并且防止信息丟失就成為了一個(gè)首要問題。利用RAID技術(shù)可以把數(shù)據(jù)分布到多個(gè)硬盤上，從而取得更好的穩(wěn)定性和性能。
一、引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和的不斷深入，計(jì)算機(jī)已經(jīng)逐漸介入了我們的生活的方方面面,同時(shí)各個(gè)方面對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)提出了更高的要求，為了適應(yīng)人們的需要，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷的在各個(gè)方面變革著。Internet的普及更加劇了信息的幾何化增長(zhǎng)，于是存儲(chǔ)信息并且防止信息丟失就成為了一個(gè)首要問題。當(dāng)然用于存儲(chǔ)信息數(shù)據(jù)的設(shè)備就是關(guān)鍵了：比如對(duì)于一個(gè)大型的網(wǎng)站來說，因?yàn)榇鎯?chǔ)設(shè)備的故障導(dǎo)致網(wǎng)站的片刻的癱瘓，也可能帶來巨大的損失。那么，如何解決這一問題呢？很顯然單靠用多個(gè)硬盤簡(jiǎn)單的備份不能從根本上解決問題。這時(shí)一種叫做獨(dú)立冗余磁盤陣列（RAID）的技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了,這種技術(shù)可以把數(shù)據(jù)分布到多個(gè)硬盤上，從而取得更好的穩(wěn)定性和性能。
二、RAID技術(shù)
�。ㄒ唬㏑AID技術(shù)簡(jiǎn)介。RAID就是一種由多塊廉價(jià)磁盤構(gòu)成的冗余陣列，在操作系統(tǒng)下是作為一個(gè)獨(dú)立的大型存儲(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)。RAID可以充分發(fā)揮出多塊硬盤的優(yōu)勢(shì)，可以提升硬盤速度，增大容量,提供容錯(cuò)功能夠確保數(shù)據(jù)安全性，易于的優(yōu)點(diǎn)，在任何一塊硬盤出現(xiàn)問題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會(huì)受到損壞硬盤的影響。
數(shù)據(jù)冗余的功能可以保證用戶數(shù)據(jù)一旦發(fā)生損壞，就可利用冗余信息使損壞數(shù)據(jù)得以恢復(fù)，從而保障了用戶數(shù)據(jù)的安全性。在用戶看起來，組成的磁盤組就像是一個(gè)硬盤，用戶可以對(duì)它進(jìn)行分區(qū)，格式化等等。總之，對(duì)磁盤陣列的操作與單個(gè)硬盤一模一樣。不同的是，磁盤陣列的存儲(chǔ)性能要比單個(gè)硬盤高很多，而且可以提供數(shù)據(jù)冗余。
�。ǘ㏑AID的幾種模式。RAID的級(jí)別從RAID概念的提出到現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)展了多個(gè)級(jí)別，有明確標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別分別是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四個(gè)級(jí)別。其他還有6、7、10、30、50等。
1．RAID 0。RAID 0又稱為Stripe或Striping，即Data Stripping數(shù)據(jù)分條技術(shù)，它代表了所有RAID級(jí)別中最高的存儲(chǔ)性能。RAID 0是由多個(gè)硬盤并發(fā)協(xié)同工作完成數(shù)據(jù)的讀寫，數(shù)據(jù)被均勻分布在各個(gè)硬盤上，一般情況下，使用的硬盤越多，讀寫的速度越快。RAID0的特點(diǎn)是讀寫速度快，并且價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是安全性相對(duì)較差，因?yàn)樵赗AID0中的一個(gè)硬盤出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)陣列的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失。RAID0是最快和最有效的磁盤陣列類型，但沒有容錯(cuò)功能。因此，RAID 0不能應(yīng)用于數(shù)據(jù)安全性要求高的場(chǎng)合。
2．RAID 1。RAID1稱為磁盤鏡像。原理是在兩個(gè)硬盤之間建立完全的鏡像，即所有數(shù)據(jù)會(huì)被同時(shí)存放到兩個(gè)硬盤上，當(dāng)一個(gè)磁盤出故障時(shí)，仍可從另一個(gè)硬盤中讀取數(shù)據(jù)，因此安全性得到保障。但系統(tǒng)的大大提高，因?yàn)橄到y(tǒng)的實(shí)際有效硬盤空間僅為所有硬盤空間的一半。
3．RAID 3。RAID3是把數(shù)據(jù)分成多個(gè)“塊”，按照一定的容錯(cuò)算法，存放在N+1個(gè)硬盤上，實(shí)際數(shù)據(jù)占用的有效空間為N個(gè)硬盤的空間總和，而第N+1個(gè)硬盤上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是校驗(yàn)容錯(cuò)信息，當(dāng)這N+1個(gè)硬盤中的其中一個(gè)硬盤出現(xiàn)故障時(shí)，從其它N個(gè)硬盤中的數(shù)據(jù)也可以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，這樣，僅使用這N個(gè)硬盤也可以帶傷繼續(xù)工作（如采集和回放素材），當(dāng)更換一個(gè)新硬盤后，系統(tǒng)可以重新恢復(fù)完整的校驗(yàn)容錯(cuò)信息。由于在一個(gè)硬盤陣列中，多于一個(gè)硬盤同時(shí)出現(xiàn)故障率的幾率很小，所以一般情況下，使用RAID3，安全性是可以得到保障的。與RAID0相比，RAID3在讀寫速度方面相對(duì)較慢。
4．RAID4。RAID4即帶奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)，RAID4和RAID3很像，它對(duì)數(shù)據(jù)的訪問是按數(shù)據(jù)塊進(jìn)行的，也就是按磁盤進(jìn)行的，每次是一個(gè)盤，RAID4的特點(diǎn)和RAID3也挺象，不過在失敗恢復(fù)時(shí)，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設(shè)計(jì)難度也要大許多，而且訪問數(shù)據(jù)的效率不怎么好。
5．RAID5。RAID5把校驗(yàn)塊分散到所有的數(shù)據(jù)盤中。RAID5使用了一種特殊的算法，可以計(jì)算出任何一個(gè)帶區(qū)校驗(yàn)塊的存放位置。這樣就可以確保任何對(duì)校驗(yàn)塊進(jìn)行的讀寫操作都會(huì)在所有的RAID磁盤中進(jìn)行均衡，從而消除了產(chǎn)生瓶頸的可能。RAID5的讀出效率很高，寫入效率一般，塊式的集體訪問效率不錯(cuò)。RAID5提高了系統(tǒng)可靠性，但對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿行越鉀Q不好，而且控制器的設(shè)計(jì)也相當(dāng)困難。
6．RAID 6。RAID6即帶有兩種分布存儲(chǔ)的奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)，它是對(duì)RAID5的擴(kuò)展，主要是用于要求數(shù)據(jù)絕對(duì)不能出錯(cuò)的場(chǎng)合，使用了二種奇偶校驗(yàn)值，所以需要N+2個(gè)磁盤，同時(shí)對(duì)控制器的設(shè)計(jì)變得十分復(fù)雜，寫入速度也不好，用于計(jì)算奇偶校驗(yàn)值和驗(yàn)證數(shù)據(jù)正確性所花費(fèi)的時(shí)間比較多，造成了不必須的負(fù)載，很少人用。
7．RAID7。RAID7即優(yōu)化的高速數(shù)據(jù)傳送磁盤結(jié)構(gòu)，它所有的I/O傳送均是同步進(jìn)行的，可以分別控制，這樣提高了系統(tǒng)的并行性和系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)的速度；每個(gè)磁盤都帶有高速緩沖存儲(chǔ)器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以使用任何實(shí)時(shí)操作芯片，達(dá)到不同實(shí)時(shí)系統(tǒng)的需要。允許使用SNMP協(xié)議進(jìn)行和監(jiān)視，可以對(duì)校驗(yàn)區(qū)指定獨(dú)立的傳送信道以提高效率�？梢赃B接多臺(tái)主機(jī)，當(dāng)多用戶訪問系統(tǒng)時(shí)，訪問時(shí)間幾乎接近于0。但如果系統(tǒng)斷電，在高速緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)就會(huì)全部丟失，因此需要和UPS一起工作，RAID7系統(tǒng)很高。
8．RAID10。RAID10即高可靠性與高效磁盤結(jié)構(gòu)它是一個(gè)帶區(qū)結(jié)構(gòu)加一個(gè)鏡象結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到既高效又高速的目的。這種新結(jié)構(gòu)的價(jià)格高，可擴(kuò)充性不好。
9．RAID53。RAID7即高效數(shù)據(jù)傳送磁盤結(jié)構(gòu)，是RAID3和帶區(qū)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，因此它速度比較快，也有容錯(cuò)功能。但價(jià)格十分高，不易于實(shí)現(xiàn)。
三、RAID級(jí)別的的選擇
使用的容錯(cuò)算法和分塊大小決定RAID使用的應(yīng)用場(chǎng)合，在通常情況下，RAID3比較適合大文件類型且安全性要求較高的應(yīng)用，如視頻編輯、硬盤播出機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)等；而RAID5適合較小文件的應(yīng)用，如文字、圖片、小型數(shù)據(jù)庫(kù)等。RAID級(jí)別的選擇有三個(gè)主要因素：可用性（數(shù)據(jù)冗余）、性能和成本。
四、RAID技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法
RAID實(shí)現(xiàn)有兩種方法，一種是用專門的控制新片來完成，控制芯片可以做成RAID卡的形式，也可以集成在主板上。另一種方法是用軟件的方法來實(shí)現(xiàn)，比如WIN2000就含有軟件RAID的功能。
總之,冗余磁盤陣列RAID技術(shù)，能夠?qū)⒂行?shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)均勻分布在多個(gè)硬盤中并加入校驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)有硬盤損壞時(shí)，通過校驗(yàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)損壞硬盤申的數(shù)據(jù)。在恢復(fù)過程中，不影響系統(tǒng)的服務(wù)。同時(shí)，RAID系統(tǒng)可以大幅度提高磁盤數(shù)據(jù)1/0(input/outpu志；輸入輸出)的性能。通過配置并使用RAID系統(tǒng)，可以最大限度地減少由于硬件損壞造成的系統(tǒng)故障和數(shù)據(jù)丟失。
參考文獻(xiàn)：
[1]基于網(wǎng)絡(luò)RAID結(jié)構(gòu)的IP存儲(chǔ)廣域網(wǎng)性能研究 / 崔寶江著。
[2]二級(jí)網(wǎng)絡(luò)條紋數(shù)據(jù)布局及其相關(guān)問題的研究/ 劉曉光。
[3]《網(wǎng)絡(luò)技術(shù)精要建網(wǎng)管網(wǎng)500問》曾明/李建軍等著 出版社2003. 11。
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