當(dāng)前影響計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的不是CPU,也不是內(nèi)存而是硬盤。為了是硬盤能有更好的性能表現(xiàn)人們開(kāi)使使用一種新的磁盤技術(shù)——磁盤陣列技術(shù)。下面為大家詳細(xì)介紹各種磁盤陣列技術(shù)的特點(diǎn)。

當(dāng)時(shí)，RAID是解決我們存儲(chǔ)問(wèn)題的靈丹妙藥。通過(guò)RAID，我們可以將文件系統(tǒng)擴(kuò)展得更大，獲得更高的吞吐率，甚至還可以增加冗余度以便讓我們可以承受磁盤損失的風(fēng)險(xiǎn)--這種風(fēng)險(xiǎn)在這段時(shí)間發(fā)生得尤其經(jīng)常。

隨著NAS（網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)）和SAN（存儲(chǔ)局域網(wǎng)）設(shè)備的興起，我們已經(jīng)不是很需要那種深入到物理存儲(chǔ)然后調(diào)整物理存儲(chǔ)以滿足系統(tǒng)需求的技能了。這不是一件好事。我們僅僅是將存儲(chǔ)卸載到外部設(shè)備，這并不能改變我們需要深入理解存儲(chǔ)的事實(shí)，我們還是需要在理解的基礎(chǔ)上調(diào)整存儲(chǔ)以滿足系統(tǒng)的特定需求。

過(guò)去五到十年來(lái)，人們似乎誤以為RAID某種程度上相當(dāng)于系統(tǒng)備份。其實(shí)它不是。RAID是一種容錯(cuò)形式。

備份和容錯(cuò)是不同的概念。備份讓你可以在災(zāi)難發(fā)生后恢復(fù)數(shù)據(jù)。容錯(cuò)是減少災(zāi)難發(fā)生的概率。你可以想象成容錯(cuò)是在懸崖頂部立一條護(hù)欄，而備份是在懸崖底部設(shè)立一座醫(yī)院。護(hù)欄和醫(yī)院都是你想要的，但是它們是完全不同的事物。

一旦我們開(kāi)始在驅(qū)動(dòng)器上實(shí)施RAID，無(wú)論是本地連接的還是存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的遠(yuǎn)程設(shè)備，如今的我們可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要選擇四種主要的RAID解決方案：RAID 1（鏡像）；RAID 5（帶校驗(yàn)碼的條帶化）；RAID 6（帶雙校驗(yàn)碼的條帶化）；RAID 10（帶條帶的鏡像）。

市場(chǎng)上還有其他類型的RAID，比如RAID 0，不過(guò)如果你真正理解你的驅(qū)動(dòng)器子系統(tǒng)需求的話，你就知道RAID 0只適用于很罕見(jiàn)的場(chǎng)合。RAID 50和51也被人們所使用，但是更加少見(jiàn)。十年前，RAID 1和RAID 5是很常見(jiàn)的，但是如今我們有更多的選擇。

RAID類型

現(xiàn)在我們一個(gè)一個(gè)來(lái)分析這些RAID，并討論基本的數(shù)據(jù)。在我們的例子中，我們使用"n"來(lái)表示陣列中驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量，用"s"來(lái)表示單個(gè)驅(qū)動(dòng)器的大小。通過(guò)這些符號(hào)，我們可以描述任何陣列的可用存儲(chǔ)空間，讓存儲(chǔ)容量的比較更加方便。

RAID 1

在這種RAID類型中，驅(qū)動(dòng)器被鏡像。如果你有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器，那么它們同時(shí)一起做所有事情，也就是"鏡像"。鏡像可以非常穩(wěn)定，因?yàn)樗牧鞒谭浅：?jiǎn)單，但是和完全不使用RAID的情況比起來(lái)，它需要你購(gòu)買雙倍的驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)槟阋獙⒌诙€(gè)驅(qū)動(dòng)器指定為冗余驅(qū)動(dòng)器。

這種RAID的好處就是你可以確保你在磁盤上寫入的每個(gè)數(shù)據(jù)都被重復(fù)寫入，從而達(dá)到數(shù)據(jù)保護(hù)的目的。通過(guò)RAID 1，我們的可用容量計(jì)算是（n*s/2）。RAID 1所能提供的相對(duì)于非RAID驅(qū)動(dòng)器的性能提升很小。RAID 1的寫入速度和非RAID系統(tǒng)相當(dāng)，而讀取速度在大部分情況下差不多是非RAID系統(tǒng)的兩倍，因?yàn)樵谧x取操作過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)器可以并行地訪問(wèn)，從而提高了吞吐率。RAID 1限定于雙驅(qū)動(dòng)器設(shè)置。

RAID 5

帶校驗(yàn)碼的條帶化。在這種類型的RAID中，數(shù)據(jù)通過(guò)復(fù)雜的條帶寫入到陣列中的所有驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)分布式校驗(yàn)塊留在所有驅(qū)動(dòng)器上。通過(guò)這么做，RAID 5可以使用指定大小的三塊以上磁盤的陣列，而且只犧牲與單個(gè)校驗(yàn)磁盤相當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)容量。但是校驗(yàn)碼是分布式的，它并不單獨(dú)存在于任何一塊物理磁盤。

鑒于其成本經(jīng)濟(jì)性，RAID 5經(jīng)常被使用。在大型陣列中，RAID 5所帶來(lái)的容量損失是比較少的。和鏡像不同，帶校驗(yàn)碼的條帶化需要計(jì)算每條寫入條帶，這帶來(lái)了一些系統(tǒng)開(kāi)銷。因此，RAID 5的吞吐量并不是那么容易計(jì)算，很大程度上需要依賴于系統(tǒng)在進(jìn)行校驗(yàn)碼計(jì)算時(shí)候的計(jì)算能力。

計(jì)算RAID 5的容量很容易：就是（（n-1）*s）。一個(gè)RAID 5陣列可以承受陣列中任何單個(gè)磁盤的故障和損失。

RAID 6

帶雙校驗(yàn)碼的冗余條帶化。RAID 6和RAID 5很像，不過(guò)使用的是兩個(gè)校驗(yàn)塊而不是一個(gè)校驗(yàn)塊，從而提高了對(duì)抗磁盤故障的保護(hù)能力。

RAID 6是RAID家族的新成員。RAID 6是在幾年前在其他的RAID類型標(biāo)準(zhǔn)化后加入的。RAID 6比較特殊，因?yàn)樗梢猿惺荜嚵兄腥我鈨蓧K驅(qū)動(dòng)器的故障，并同時(shí)防止數(shù)據(jù)丟失。但是為了提高冗余度，RAID 6陣列需要犧牲陣列中相當(dāng)于兩塊驅(qū)動(dòng)器的容量，并要求陣列擁有最少四塊驅(qū)動(dòng)器。我們可以用（（n-2）*s）來(lái)計(jì)算RAID 6的可用容量。

RAID 10

帶條帶化的鏡像。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，RAID 10是復(fù)合RAID，結(jié)合了無(wú)校驗(yàn)碼條帶（RAID 0）和RAID 1。

在陣列中只有兩塊驅(qū)動(dòng)器的情況下，許多廠商也使用RAID 10（或RAID 1+0）這個(gè)術(shù)語(yǔ)，不過(guò)實(shí)際上這種陣列只是RAID 1，因?yàn)橹挥嘘嚵兄袚碛兴膲K以上驅(qū)動(dòng)器條帶化才會(huì)開(kāi)始運(yùn)作。通過(guò)RAID 10，驅(qū)動(dòng)器必須是一對(duì)一對(duì)地添加，因此陣列中驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量只可能是偶數(shù)。

RAID 10可以承受占驅(qū)動(dòng)器總數(shù)一半的驅(qū)動(dòng)器故障和損失，同時(shí)最多只能承受每對(duì)驅(qū)動(dòng)器中一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的故障和損失。RAID 10沒(méi)有校驗(yàn)碼計(jì)算，這使得它相對(duì)于RAID 5或RAID 6有性能上的優(yōu)勢(shì)，對(duì)陣列驅(qū)動(dòng)器計(jì)算性能的要求也更低。在所有常見(jiàn)的RAID類型中，RAID 10提供了最高的讀取性能，因?yàn)樵谧x取操作中，陣列中的所有驅(qū)動(dòng)器都可以同時(shí)使用。但是它的寫入性能要更低。RAID 10的容量計(jì)算和RAID 1相同，即（n*s/2）。

在如今的企業(yè)中，無(wú)論RAID軟件或硬件是否已經(jīng)實(shí)施，很少有IT部門需要考慮上述四種基本設(shè)置以外的驅(qū)動(dòng)器設(shè)置。以前，RAID陣列決策中最主要的考量就是可用容量。這是因?yàn)楫?dāng)年驅(qū)動(dòng)器比較貴而且容量比較小。

如今，驅(qū)動(dòng)器都很大，存儲(chǔ)容量基本上不是問(wèn)題，至少不像幾年前那樣。驅(qū)動(dòng)器的成本也下降了許多，因此購(gòu)買更多的驅(qū)動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)更高的冗余度也基本上不成問(wèn)題。當(dāng)容量是主要顧慮的時(shí)候，RAID 5是比較受歡迎的選擇，因?yàn)楹推渌嚵蓄愋拖啾龋琑AID 5損失的容量比例最小。

如今，我們有其他方面的顧慮，主要是數(shù)據(jù)安全性和性能。花稍微更多一點(diǎn)錢來(lái)確保數(shù)據(jù)保護(hù)是比較明智的選擇。RAID 5只能承受一塊驅(qū)動(dòng)器的故障和損失。對(duì)于擁有三塊驅(qū)動(dòng)器的陣列，RAID 5的安全性只比RAID 1差一些。

我們可能可以接受三塊驅(qū)動(dòng)器中損失一塊。三塊驅(qū)動(dòng)器損失一塊和兩塊驅(qū)動(dòng)器損失一塊相比好像沒(méi)那么讓人害怕。但是如果是更大的陣列呢，比如說(shuō)16塊驅(qū)動(dòng)器？如果我們只能承受16塊驅(qū)動(dòng)器中損失一塊，那我們有理由懷疑系統(tǒng)的可靠性。

RAID 6可以填補(bǔ)這個(gè)安全性空白。RAID 6在用于大型陣列的時(shí)候，不會(huì)犧牲多少存儲(chǔ)容量和性能，同時(shí)還提供可以承受任意兩塊驅(qū)動(dòng)器故障/損失的保護(hù)能力。帶校驗(yàn)碼的條帶化RAID的支持者經(jīng)常引用這些數(shù)字來(lái)安撫客戶的管理層，稱RAID 5/6可以提供足夠"物廉價(jià)美"的存儲(chǔ)子系統(tǒng)。但是用戶還有其他因素需要考慮。

對(duì)RAID 10的分析

在RAID的可靠性--這個(gè)也是很少被討論的話題--討論中，幾乎完全被忽視的一個(gè)問(wèn)題就是校驗(yàn)碼計(jì)算的可靠性。

在RAID 1或RAID 10的情況下，系統(tǒng)不需要"計(jì)算"來(lái)創(chuàng)建帶校驗(yàn)碼的條帶。系統(tǒng)以穩(wěn)定的方式簡(jiǎn)單地寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)一塊驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障的時(shí)候，它的伙伴會(huì)接過(guò)工作負(fù)荷，在替換 驅(qū)動(dòng)器之前，驅(qū)動(dòng)器性能會(huì)有一些下滑。系統(tǒng)沒(méi)有會(huì)影響現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)器成員的重建流程，也沒(méi)有校驗(yàn)條帶重建流程。

帶校驗(yàn)碼的RAID陣列需要有一定的計(jì)算操作來(lái)算出操作的數(shù)據(jù)是什么以及應(yīng)該將哪些數(shù)據(jù)放到驅(qū)動(dòng)器。雖然這種計(jì)算非常簡(jiǎn)單，但是有出錯(cuò)的可能性。

如果RAID 1或RAID 10陣列控制發(fā)生故障，從理論上來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)有可能在驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)容中寫入壞數(shù)據(jù)。但是由于控制器本身沒(méi)有進(jìn)行驅(qū)動(dòng)器變動(dòng)的進(jìn)程，因此這種情況發(fā)生的可能性非常小，因?yàn)槌藙?chuàng)建鏡像外，系統(tǒng)沒(méi)有"重建"流程。

當(dāng)帶校驗(yàn)碼的陣列執(zhí)行重建操作時(shí)，它們會(huì)執(zhí)行復(fù)雜的進(jìn)程來(lái)逐步審視陣列的整個(gè)內(nèi)容，然后將丟失的數(shù)據(jù)寫回到被替代的驅(qū)動(dòng)器。就其本身來(lái)說(shuō)是個(gè)簡(jiǎn)單的步驟，應(yīng)該不需要擔(dān)心。

我和其他一些人首先注意到的是稍微不同的情境，即由于與陣列的連接器松動(dòng)所導(dǎo)致的磁盤連接性的丟失。隨著時(shí)間的流逝，服務(wù)器中的驅(qū)動(dòng)器有可能會(huì)松動(dòng)，尤其是持續(xù)服務(wù)好幾年以后。

在極端的情況下，如果陣列控制器認(rèn)為一個(gè)或更多的驅(qū)動(dòng)器相繼發(fā)生故障，驅(qū)動(dòng)器中的好數(shù)據(jù)會(huì)被壞校驗(yàn)數(shù)據(jù)所覆蓋，然后返回在線并進(jìn)行重建。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)器本身其實(shí)沒(méi)有發(fā)生故障，也沒(méi)有數(shù)據(jù)丟失。理論上來(lái)說(shuō)其實(shí)只要重新調(diào)整一下驅(qū)動(dòng)器的位置就可以了。

在 熱插拔系統(tǒng)中，在故障磁盤移除和替換的基礎(chǔ)上，驅(qū)動(dòng)器重建的管理經(jīng)常是自動(dòng)的。因此，在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下，這種丟失和替換驅(qū)動(dòng)器的流程可能會(huì)發(fā)生-- 而重建流程會(huì)開(kāi)始。在這種流程下，驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)會(huì)蒙受風(fēng)險(xiǎn)，如果驅(qū)動(dòng)器陣列再發(fā)生這種情況，根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的狀況，系統(tǒng)可能會(huì)開(kāi)始條帶化壞數(shù)據(jù)，并覆蓋正常的文 件系統(tǒng)。

對(duì)于服務(wù)器管理員來(lái)說(shuō)，最痛苦的莫過(guò)于看到?jīng)]有驅(qū)動(dòng)器故障的系統(tǒng)僅僅因?yàn)椴槐匾闹亟ú僮鞫鴣G失整個(gè)陣列。

理論上來(lái)說(shuō)，這種情況不應(yīng)該發(fā)生，而管理員應(yīng)采取措施來(lái)防止這類事件發(fā)生。但是判斷底層驅(qū)動(dòng)器控制器的情況，判定驅(qū)動(dòng)器當(dāng)前和過(guò)去的情況，以及判斷驅(qū)動(dòng)器所承載的數(shù)據(jù)的質(zhì)量并不是那么容易，還是有可能發(fā)生錯(cuò)誤。

雖然這種事情發(fā)生的概率不高，但是它還是有發(fā)生的可能，并使得RAID 5和RAID 6系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算幾乎變得不可能。除了陣列可以容許的驅(qū)動(dòng)器故障/損失數(shù)量外，我們必須考慮校驗(yàn)碼錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。隨著驅(qū)動(dòng)器變得更加可靠，校驗(yàn)碼錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)顯得更加醒目。

此外，RAID 5和RAID 6校驗(yàn)碼需要計(jì)算，帶來(lái)了系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。校驗(yàn)碼的計(jì)算通常是由專門的RAID硬件來(lái)執(zhí)行的。這種計(jì)算帶來(lái)了驅(qū)動(dòng)器子系統(tǒng)的延遲性，不過(guò)延遲性的大小很大程度上 取決于硬件與軟件的設(shè)置。這使得我們幾乎無(wú)法比較RAID之間的性能水平，因?yàn)槊糠N設(shè)置都是獨(dú)一無(wú)二的。

如今，RAID決策中最大的問(wèn)題就是我們可以方便地獲得有關(guān)存儲(chǔ)效率和驅(qū)動(dòng)器容錯(cuò)的指標(biāo)，但是有關(guān)可靠性和性能的指標(biāo)卻幾乎無(wú)法獲得。這里面隱藏的危險(xiǎn)是人們經(jīng)常關(guān)注那些可以方便衡量的因素而忽視那些無(wú)法方便衡量的因素，盡管這些無(wú)法方便衡量的因素有可能帶來(lái)重大影響。

所有類型的RAID都有自己的立足之地，關(guān)鍵是考慮使用背景并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)有完整的理解。我們應(yīng)該爭(zhēng)取從現(xiàn)在行業(yè)中廣泛使用的RAID 5轉(zhuǎn)變到RAID 10。驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在很便宜，而數(shù)據(jù)損失所帶來(lái)的成本很昂貴。

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