廉价磁盘冗余阵列(RAID)技术的分析与应用

摘 要:在如今各类存储系统中，raid已经成为不可或缺的重要组成部分，为保护数据发挥重要作用。本文详细分析了目前5种不同raid级别的技术特点,并介绍了它们的各自优缺点和应用特点。
　　关键字:raid；磁盘；数据存储

　　冗余磁盘阵列技术(raid)诞生于1987年，由美国加州大学伯克利分校提出。最初的研制目的是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，以降低大批量数据存储的费用，同时也希望采用冗余信息的方式，使得磁盘失效时不会使对数据的访问受损失，从而开发出一定水平的数据保护技术，并且能适当的提升数据传输速度。除了性能上的提高之外，raid还可以提供良好的容错能力，在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作，不会受到损坏硬盘的影响。
　　
　　1 raid的工作原理
　　
　　raid如何实现数据存储的高稳定性呢？我们不妨来看一下它的工作原理。raid按照实现原理的不同分为不同的级别，不同的级别之间工作模式是有区别的。整个的raid结构是一些磁盘结构，通过对磁盘进行组合达到提高效率，减少错误的目的。raid技术分为几种不同的等级，分别可以提供不同的速度，安全性和性价比。根据实际情况选择适当的raid级别可以满足用户对存储系统可用性、性能和容量的要求。下面对他们做详细的分析比较:
　　1.1 raid0无差错控制的带区组
　　称为stripe（条带化）或striping，它代表了所有raid级别中最高的存储性能。d0提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取，这样，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它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。系统向三个磁盘组成的逻辑硬盘（radi0磁盘组）发出的i/o数据请求被转化为3项操作，其中的每一项操作都对应于一块物理硬盘我们从图中可以清楚的看到通过建立raid0，原先顺序的数据请求被分散到所有的三块硬盘中同时执行。从理论上讲三块硬盘的并行操作使同一时间内磁盘读写速度提升了3倍。但由于总线带宽等多种因素的影响，实际的提升速率肯定会低于理论值。
　　1.2 raid1镜象结构
　　又称为mirror（镜像），它的宗旨是最大限度的保证用户数据的可用性和可修复性。raid1的操作方式是把用户写入硬盘的数据百分之地自动复制到另外一个硬盘上。
　　当读取数据时，系统先从raid0的源盘读取数据，如读取数据成功，则系统不去管备份盘上的数据；如读取源盘数据失败，则系统自动转而读取备份盘上的数据，不会造成用户工作任务的中断。我们应当及时更换损坏的硬盘并利用备份数据重新建立mirror。由于对存储的数据进行百分之百的备份，在所有raid级别中，raid1提供最高的数据安全保障。同样，由于数据的百分之百备份，备份数据占了总存储空间的一半，因而mirror(镜像)的磁盘空间利用率低，存储成本高。
　　mirror虽不能提高存储性能，但由于其具有的高数据安全性，使其尤其适用于存放重要数据，如服务器和数据库存储等领域。
　　1.3 raid5分布式奇偶校验的独立磁盘结构
　　是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。以四个硬盘组成的raid5为例，p0为d0，d1和d2的奇偶校验信息，其它以此类推。由图中可以看出，raid5不对存储的数据进行备份，而是把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。当raid5的一个磁盘数据发生损坏后，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。
　　raid5可以理解为是raid0和raid1的折衷方案。raid5可以为系统提供数据安全保障，但保障程度要比mirror低而磁盘空间利用率要比mirror高。raid5具有和raid0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息，raid5的磁盘空间利用率要比raid1高，存储成本相对较低。

　　1.4 raid 0+1:高可靠性与高效磁盘结构
　　正如其名字一样是raid0和raid1的组合形式，也称为raid10。以四个磁盘组成的raid0+1为例，raid0+1是存储性能和数据安全兼顾的方案。它在提供与raid1一样的数据安全保障的同时，也提供了与raid0近似的存储性能。
　　由于raid0+1也通过数据的100%备份功能提供数据安全保障，因此raid0+1的磁盘空间利用率与raid1相同，存储成本高。raid0+1的特点使其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。
　　
　　2结束语
　　
　　raid通过为数据提供校验的方式提高了可用性，在如今各类存储系统中，raid已经成为不可或缺的重要组成部分，为保护数据发挥重要作用。在实际的应用过程中我们应该根据系统自身的特点选用合适的raid技术来收到最佳的效果。