當前影響計算機運算速度的不是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)。下面為大家詳細介紹各種磁盤陣列技術(shù)的特點。

當時，RAID是解決我們存儲問題的靈丹妙藥。通過RAID，我們可以將文件系統(tǒng)擴展得更大，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險--這種風險在這段時間發(fā)生得尤其經(jīng)常。

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

過去五到十年來，人們似乎誤以為RAID某種程度上相當于系統(tǒng)備份。其實它不是。RAID是一種容錯形式。

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

一旦我們開始在驅(qū)動器上實施RAID，無論是本地連接的還是存儲網(wǎng)絡(luò)上的遠程設(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（帶校驗碼的條帶化）；RAID 6（帶雙校驗碼的條帶化）；RAID 10（帶條帶的鏡像）。

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

RAID類型

現(xiàn)在我們一個一個來分析這些RAID，并討論基本的數(shù)據(jù)。在我們的例子中，我們使用"n"來表示陣列中驅(qū)動器的數(shù)量，用"s"來表示單個驅(qū)動器的大小。通過這些符號，我們可以描述任何陣列的可用存儲空間，讓存儲容量的比較更加方便。

RAID 1

在這種RAID類型中，驅(qū)動器被鏡像。如果你有兩個驅(qū)動器，那么它們同時一起做所有事情，也就是"鏡像"。鏡像可以非常穩(wěn)定，因為它的流程非常簡單，但是和完全不使用RAID的情況比起來，它需要你購買雙倍的驅(qū)動器，因為你要將第二個驅(qū)動器指定為冗余驅(qū)動器。

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

RAID 5

帶校驗碼的條帶化。在這種類型的RAID中，數(shù)據(jù)通過復(fù)雜的條帶寫入到陣列中的所有驅(qū)動器，同時分布式校驗塊留在所有驅(qū)動器上。通過這么做，RAID 5可以使用指定大小的三塊以上磁盤的陣列，而且只犧牲與單個校驗磁盤相當?shù)拇鎯θ萘俊５切ｒ灤a是分布式的，它并不單獨存在于任何一塊物理磁盤。

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

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

RAID 6

帶雙校驗碼的冗余條帶化。RAID 6和RAID 5很像，不過使用的是兩個校驗塊而不是一個校驗塊，從而提高了對抗磁盤故障的保護能力。

RAID 6是RAID家族的新成員。RAID 6是在幾年前在其他的RAID類型標準化后加入的。RAID 6比較特殊，因為它可以承受陣列中任意兩塊驅(qū)動器的故障，并同時防止數(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于兩塊驅(qū)動器的容量，并要求陣列擁有最少四塊驅(qū)動器。我們可以用（（n-2）*s）來計算RAID 6的可用容量。

RAID 10

帶條帶化的鏡像。從技術(shù)上來說，RAID 10是復(fù)合RAID，結(jié)合了無校驗碼條帶（RAID 0）和RAID 1。

在陣列中只有兩塊驅(qū)動器的情況下，許多廠商也使用RAID 10（或RAID 1+0）這個術(shù)語，不過實際上這種陣列只是RAID 1，因為只有陣列中擁有四塊以上驅(qū)動器條帶化才會開始運作。通過RAID 10，驅(qū)動器必須是一對一對地添加，因此陣列中驅(qū)動器的數(shù)量只可能是偶數(shù)。

RAID 10可以承受占驅(qū)動器總數(shù)一半的驅(qū)動器故障和損失，同時最多只能承受每對驅(qū)動器中一個驅(qū)動器的故障和損失。RAID 10沒有校驗碼計算，這使得它相對于RAID 5或RAID 6有性能上的優(yōu)勢，對陣列驅(qū)動器計算性能的要求也更低。在所有常見的RAID類型中，RAID 10提供了最高的讀取性能，因為在讀取操作中，陣列中的所有驅(qū)動器都可以同時使用。但是它的寫入性能要更低。RAID 10的容量計算和RAID 1相同，即（n*s/2）。

在如今的企業(yè)中，無論RAID軟件或硬件是否已經(jīng)實施，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。這是因為當年驅(qū)動器比較貴而且容量比較小。

如今，驅(qū)動器都很大，存儲容量基本上不是問題，至少不像幾年前那樣。驅(qū)動器的成本也下降了許多，因此購買更多的驅(qū)動器以實現(xiàn)更高的冗余度也基本上不成問題。當容量是主要顧慮的時候，RAID 5是比較受歡迎的選擇，因為和其他陣列類型相比，RAID 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。花稍微更多一點錢來確保數(shù)據(jù)保護是比較明智的選擇。RAID 5只能承受一塊驅(qū)動器的故障和損失。對于擁有三塊驅(qū)動器的陣列，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)動器中損失一塊。三塊驅(qū)動器損失一塊和兩塊驅(qū)動器損失一塊相比好像沒那么讓人害怕。但是如果是更大的陣列呢，比如說16塊驅(qū)動器？如果我們只能承受16塊驅(qū)動器中損失一塊，那我們有理由懷疑系統(tǒng)的可靠性。

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

對RAID 10的分析

在RAID的可靠性--這個也是很少被討論的話題--討論中，幾乎完全被忽視的一個問題就是校驗碼計算的可靠性。

在RAID 1或RAID 10的情況下，系統(tǒng)不需要"計算"來創(chuàng)建帶校驗碼的條帶。系統(tǒng)以穩(wěn)定的方式簡單地寫入數(shù)據(jù)。當一塊驅(qū)動器發(fā)生故障的時候，它的伙伴會接過工作負荷，在替換 驅(qū)動器之前，驅(qū)動器性能會有一些下滑。系統(tǒng)沒有會影響現(xiàn)有驅(qū)動器成員的重建流程，也沒有校驗條帶重建流程。

帶校驗碼的RAID陣列需要有一定的計算操作來算出操作的數(shù)據(jù)是什么以及應(yīng)該將哪些數(shù)據(jù)放到驅(qū)動器。雖然這種計算非常簡單，但是有出錯的可能性。

如果RAID 1或RAID 10陣列控制發(fā)生故障，從理論上來說，系統(tǒng)有可能在驅(qū)動器的內(nèi)容中寫入壞數(shù)據(jù)。但是由于控制器本身沒有進行驅(qū)動器變動的進程，因此這種情況發(fā)生的可能性非常小，因為除了創(chuàng)建鏡像外，系統(tǒng)沒有"重建"流程。

當帶校驗碼的陣列執(zhí)行重建操作時，它們會執(zhí)行復(fù)雜的進程來逐步審視陣列的整個內(nèi)容，然后將丟失的數(shù)據(jù)寫回到被替代的驅(qū)動器。就其本身來說是個簡單的步驟，應(yīng)該不需要擔心。

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所導(dǎo)致的磁盤連接性的丟失。隨著時間的流逝，服務(wù)器中的驅(qū)動器有可能會松動，尤其是持續(xù)服務(wù)好幾年以后。

在極端的情況下，如果陣列控制器認為一個或更多的驅(qū)動器相繼發(fā)生故障，驅(qū)動器中的好數(shù)據(jù)會被壞校驗數(shù)據(jù)所覆蓋，然后返回在線并進行重建。在這種情況下，驅(qū)動器本身其實沒有發(fā)生故障，也沒有數(shù)據(jù)丟失。理論上來說其實只要重新調(diào)整一下驅(qū)動器的位置就可以了。

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)動器重建的管理經(jīng)常是自動的。因此，在沒有人工干預(yù)的情況下，這種丟失和替換驅(qū)動器的流程可能會發(fā)生-- 而重建流程會開始。在這種流程下，驅(qū)動器系統(tǒng)會蒙受風險，如果驅(qū)動器陣列再發(fā)生這種情況，根據(jù)驅(qū)動器的狀況，系統(tǒng)可能會開始條帶化壞數(shù)據(jù)，并覆蓋正常的文 件系統(tǒng)。

對于服務(wù)器管理員來說，最痛苦的莫過于看到?jīng)]有驅(qū)動器故障的系統(tǒng)僅僅因為不必要的重建操作而丟失整個陣列。

理論上來說，這種情況不應(yīng)該發(fā)生，而管理員應(yīng)采取措施來防止這類事件發(fā)生。但是判斷底層驅(qū)動器控制器的情況，判定驅(qū)動器當前和過去的情況，以及判斷驅(qū)動器所承載的數(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)的風險計算幾乎變得不可能。除了陣列可以容許的驅(qū)動器故障/損失數(shù)量外，我們必須考慮校驗碼錯誤的風險。隨著驅(qū)動器變得更加可靠，校驗碼錯誤風險顯得更加醒目。

此外，RAID 5和RAID 6校驗碼需要計算，帶來了系統(tǒng)負擔。校驗碼的計算通常是由專門的RAID硬件來執(zhí)行的。這種計算帶來了驅(qū)動器子系統(tǒng)的延遲性，不過延遲性的大小很大程度上 取決于硬件與軟件的設(shè)置。這使得我們幾乎無法比較RAID之間的性能水平，因為每種設(shè)置都是獨一無二的。

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

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風險有完整的理解。我們應(yīng)該爭取從現(xiàn)在行業(yè)中廣泛使用的RAID 5轉(zhuǎn)變到RAID 10。驅(qū)動器現(xiàn)在很便宜，而數(shù)據(jù)損失所帶來的成本很昂貴。

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