RAID技術探討

謝鋼

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RAID技術探討

謝鋼

楚雄技師學院，云南 楚雄 675000

RAID技術以其突出的優勢，極大地提高了速度和可靠性。基于此，介紹了RAID技術的原理和最常用的RAID級別，并提出了怎樣選擇RAID級別。

RAID；級別；磁盤陣列

1 RAID技術簡介

磁盤陣列簡稱RAID（Redundant Arrays of Inexpensive Disks，RAID），有“價格便宜且多余的磁盤陣列”之意。其原理是利用數組方式來作磁盤組，配合數據分散排列的設計，提升數據的安全性。磁盤陣列是由很多便宜、容量較小、穩定性較高磁盤，組合成一個大型的磁盤組，利用個別磁盤提供數據所產生的加成效果來提升整個磁盤系統的效能。同時，在儲存數據時，利用這項技術，將數據切割成許多區段，分別存放在各個硬盤上，在提高硬盤容量的同時，還能夠充分提高硬盤的速度，使數據更加安全，更加易于磁盤的管理。

2 RAID技術原理和級別

RAID技術主要包含RAID 0～RAID10等數個規范，它們的側重點各不相同，常見的規范有如下幾種：

RAID 0：擁有最佳的讀寫速度，并且能隨著硬盤數量的增加而提高。不過數據安全性差，其隨著硬盤數量的增加而變得更低。[1]

RAID Level 1：使用的是Disk Mirror（磁盤映射）技術，就是把一個硬盤的內容同步備份復制到另一個硬盤里，所以具備了備份和容錯能力，這樣做的使用效率不高，但是可靠性高。

RAID Level 3：采用Byte－interleaving（數據交錯存儲）技術，硬盤在SCSI控制卡下同時動作，并將用于奇偶校驗的數據儲存到特定硬盤機中。它具備了容錯能力，硬盤的使用效率是安裝幾個就減掉一個，可靠度較佳。

RAID Level 5：目前應用最廣泛的RAID技術。各塊獨立硬盤進行條帶化分割，相同的條帶區進行奇偶校驗（異或運算），校驗數據平均分布在每塊硬盤上。以n塊硬盤構建的RAID 5陣列可以有n-1塊硬盤的容量，存儲空間利用率非常高。任何一塊硬盤上的數據丟失，均可以通過校驗數據推算出來。RAID 5具有數據安全、讀寫速度快，空間利用率高等優點，應用非常廣泛。但不足之處是如果1塊硬盤出現故障，整個系統的性能將極大地降低。RAID 5比上述幾款RAID模式要復雜得多。RAID 5具備了RAID0的速度優勢和RAID1的數據安全。RAID Level 5使用的是Disk Striping（硬盤分割）技術，與Level 3的不同之處在于它把奇偶校驗數據存放到各個硬盤里。各個硬盤在SCSI控制卡的控制下平行動作，有容錯能力。跟Level 3一樣，它的使用效率也是安裝幾個再減掉一個。[2]

RAID 10：一個RAID 0與RAID 1的組合體。它利用奇偶校驗實現條帶集鏡像。所以，它繼承了RAID 0的快速和RAID 1的安全。我們知道，RAID 1在這里就是一個冗余的備份陣列，而RAID 0則負責數據的讀寫陣列。更多的情況是從主通路分出兩路，做Striping操作，即把數據分割，而這分出來的每一路再分兩路，做Mirroring操作，即互做鏡像。這就是RAID 10名字的來歷（也因此被很多人稱為RAID 0+1）。由于利用了RAID 0極高的讀寫效率和RAID 1較高的數據保護、恢復能力，使RAID 10成為了一種性價比較高的等級，目前幾乎所有的RAID控制卡都支持這一等級。但是，RAID 10對存儲容量的利用率和RAID 1一樣低，只有50%。

3 RAID級別選擇

選擇RAID 012345不僅要考慮成本問題、容錯功能和傳輸性能，而且未來之可擴充性也應符合應用的需求。在應用市場上的選擇把握難度比較大。

3.1 RAID條切“striped”的存取模式

在使用數據條切（Data Stripping）的RAID 系統之中，對成員磁盤驅動器的存取方式，可分為兩種：并行存取（Paralleled Access）和獨立存取（Independent Access）。RAID 2和RAID 3 是采取并行存取模式。RAID 0、RAID 5則是采用獨立存取模式。[3]

3.2 并行存取模式

并行存取模式是把所有磁盤驅動器的主軸馬達作精密的控制，使每個磁盤的位置都彼此同步，然后對每一個磁盤驅動器作一個很短的I/O數據傳送。如此一來，從主機來的每一個I/O 指令，都平均分布到每一個磁盤驅動器。

為了達到并行存取的功能，RAID 中的每一個磁盤驅動器都必須具備幾乎完全相同的規格：轉速必須一樣；磁頭搜尋速度（Access Time）必須相同；Buffer 或Cache的容量和存取速度要一致；CPU處理指令的速度要相同；I/O Channel 的速度也要一樣。總而言之，要利用并行存取模式，RAID 中所有的成員磁盤驅動器，應使用同一廠牌相同型號的磁盤驅動器。并行存取RAID的最佳應用是：并行存取RAID之架構，以其精細的馬達控制和分布數據傳輸，將數組中每一個磁盤驅動器的性能發揮到最大，同時充分利用Storage Bus的頻寬。因此，并行存取模式特別適合應用在大型數據連續的檔案存取應用，如影像、視訊檔案服務器；數據倉儲系統；多媒體數據庫；電子圖書館；印前或底片輸出檔案服務器等其他大型且連續性檔案服務器。

3.3 獨立存取模式

相較于并行存取模式，獨立存取模式并不對成員磁盤驅動器作同步轉動控制。其對每個磁盤驅動器的存取，都是獨立且沒有順序和時間間隔的限制，同時每筆傳輸的數據量都比較大。因此，獨立存取模式可以盡量地利用Overlapping 多任務、Tagged Command Queuing等高階功能，來“隱藏”上述磁盤驅動器的機械時間延遲（Seek和Rotational Latency）。由于獨立存取模式可以做overlapping 多任務，而且可以同時處理來自多個主機不同的I/O Requests，在多主機環境（如Clustering），可以發揮最大的性能。

獨立存取RAID的最佳應用是：由于獨立存取模式可以同時接受多個I/O Requests，因此特別適合應用在數據存取頻繁、每筆數據量較小的系統。如在線交易系統或電子商務應用；多使用者數據庫；ERM以及MRP 系統；小文件之文件服務器等。

4 結語

RAID技術的出現，極大地提高了數據的傳輸速度和可靠性。我們應當深刻理解RAID級別的優缺點，根據實際需求，綜合權衡取舍，合理地選擇RAID級別，以獲得最佳的存儲效果。

[1]王剛.云計算的分析與研究[J].信息技術，2013（6）：137-140.

[2]戴士劍，劉品新.磁盤陣列的電子物證檢驗研究[J].信息網安全，2011（1）7．

[3]李清.ＲAID5 磁盤陣列數據恢復[J].中國新通信，2013，（10）：4-5.

謝鋼（1980—），男，云南楚雄人，漢族，講師，主要從事計算機課程研究與教學。

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1009-6434（2016）04-0018-01