磁盤陣列簡(jiǎn)介

盤陣列的全稱是：RedundanArrayofInexpensiveDisk，簡(jiǎn)稱RAID技術(shù)。它是1988年由美國(guó)加州大學(xué)Berkeley分校的DavidPatterson等人提出來(lái)的磁盤冗余技術(shù)。從那時(shí)起，磁盤陣列技術(shù)發(fā)展得很快，并逐步走向成熟。人們逐漸認(rèn)識(shí)了磁盤陣列技術(shù)。磁盤陣列技術(shù)可以詳細(xì)地劃分為若干個(gè)級(jí)別0-5 RAID技術(shù)，并且又發(fā)展了所謂的 RAID Level 10, 30, 50的新的級(jí)別。RAID是廉價(jià)冗余磁盤陣列（Redundant Array of Inexpensive Disk）的簡(jiǎn)稱。用RAID的好處簡(jiǎn)單的說(shuō)就是：安全性高，速度快，數(shù)據(jù)容量超大。 某些級(jí)別的RAID技術(shù)可以把速度提高到單個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器的400%。磁盤陣列把多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器連接在一起協(xié)同工作，大大提高了速度，同時(shí)把硬盤系統(tǒng)的可靠性提高到接近無(wú)錯(cuò)的境界。這些“容錯(cuò)”系統(tǒng)速度極快，同時(shí)可靠性極高。

磁盤陣列

獨(dú)立磁盤冗余陣列是把相同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)硬盤的不同的地方的方法。通過(guò)把數(shù)據(jù)放在多個(gè)硬盤上，輸入輸出操作能以平衡的方式交疊，改良性能。因?yàn)槎鄠€(gè)硬盤增加了平均故障間隔時(shí)間（MTBF），儲(chǔ)存冗余數(shù)據(jù)也增加了容錯(cuò)。 由加利福尼亞大學(xué)伯克利分校（University of California-Berkeley）在1988年，發(fā)表的文章：“A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks”。文章中，談到了RAID這個(gè)詞匯，而且定義了RAID的5層級(jí)。伯克利大學(xué)研究目的是反映當(dāng)時(shí)CPU快速的性能。CPU效能每年大約成長(zhǎng)30～50%，而硬磁機(jī)只能成長(zhǎng)約7%。研究小組希望能找出一種新的技術(shù)，在短期內(nèi)，立即提升效能來(lái)平衡計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力。在當(dāng)時(shí)，柏克萊研究小組的主要研究目的是效能與成本。  另外，研究小組也設(shè)計(jì)出容錯(cuò)（fault-tolerance），邏輯數(shù)據(jù)備份（logical data redundancy），而產(chǎn)生了RAID理論。研究初期，便宜（Inexpensive）的磁盤也是主要的重點(diǎn)，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)，大量便宜磁盤組合并不能適用于現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境，后來(lái)Inexpensive被改為independent，許多獨(dú)立的磁盤組

磁盤陣列  RAID 技術(shù)

概述     

冗余磁盤陣列技術(shù)（Redundant Array of Inexpensive Disks，簡(jiǎn)稱RAID技術(shù))是一種數(shù)據(jù)的虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，其結(jié)合了多個(gè)物理磁盤驅(qū)動(dòng)器件在一個(gè)邏輯磁盤內(nèi)用以實(shí)現(xiàn)比單個(gè)磁盤更高的存儲(chǔ)性能。其在1987 年由加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson,  Garth  A. Gibson 和  Randy Katz共同提出。起初的研制目的是為了組合小的廉價(jià)磁盤來(lái)代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的費(fèi)用，同時(shí)也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤失效時(shí)不會(huì)使數(shù)據(jù)受損，從而開(kāi)發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)。如下圖所示，當(dāng) RAID 組中的某一磁盤損壞時(shí)，服務(wù)器可以通過(guò)對(duì)其它磁盤的冗余操作，達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)的冗余保護(hù)功能。

RAID 技術(shù)利用多個(gè)硬盤的組合提高存儲(chǔ)的效率和容錯(cuò)能力，其主要由兩部分組成，即控制器和磁盤陣列?？刂破饕罁?jù)接口協(xié)議對(duì)磁盤陣列中的磁盤進(jìn)行讀寫操作和管理數(shù)據(jù)?？刂破魍ǔＳ蓪Ｓ玫?CPU 構(gòu)成，能夠完成大量的計(jì)算任務(wù)。磁盤陣列是由多個(gè)磁盤構(gòu)成，其讀寫操作由控制器控制，多個(gè)磁盤通過(guò)控制器虛擬化成為一個(gè)磁盤。

從實(shí)現(xiàn)角度來(lái)說(shuō)， RAID 主要分為軟 RAID、硬 RAID 以及軟硬混合 RAID 三種。軟 RAID 所有功能均由操作系統(tǒng)和 CPU 來(lái)完成，沒(méi)有獨(dú)立的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片，效率自然很低。硬 RAID 配備了專門的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片以及陣列緩沖，不占用 CPU 資源，但成本很高。軟硬混合 RAID 具備 RAID 控制 / 處理芯片，但缺乏 I/O 處理芯片，需要 CPU 和驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成，性能和成本 在軟 RAID 和硬 RAID 之間。

磁盤陣列  RAID 技術(shù)基本原理

RAID 技術(shù)可以將一個(gè)硬盤上的任務(wù)分散或copy到多個(gè)（少則兩個(gè)）磁盤上，借此來(lái)提高了性能或建立數(shù)據(jù)冗余以防驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)定設(shè)備的 RAID 模式來(lái)決定設(shè)備以何種方式處理數(shù)據(jù)。RAID 配置可讓多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器以不同的方式（例如使用條帶技術(shù)或鏡像技術(shù)）組合成單一的運(yùn)行單元。

RAID 的兩個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是提高數(shù)據(jù)可靠性和 I/O 性能。磁盤陣列中，數(shù)據(jù)分散在多個(gè)磁盤中，然而對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就像一個(gè)單獨(dú)的磁盤。通過(guò)把相同數(shù)據(jù)同時(shí)寫入到多塊磁盤（典型地如鏡像），或者將計(jì)算的校驗(yàn)數(shù)據(jù)寫入陣列中來(lái)獲得冗余能力，當(dāng)單塊磁盤出現(xiàn)故障時(shí)可以保證不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。有些 RAID 等級(jí)允許更多地 磁盤同時(shí)發(fā)生故障。在這樣的冗余機(jī)制下，可以用新磁盤替換故障磁盤， RAID 會(huì)自動(dòng)根據(jù)剩余磁盤中的數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)重建丟失的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)一致性和完整性。數(shù)據(jù)分散保存在 RAID 中的多個(gè)不同磁盤上，并發(fā)數(shù)據(jù)讀寫要大大優(yōu)于單個(gè)磁盤，因此可以獲得更高的聚合 I/O 帶寬。當(dāng)然，磁盤陣列會(huì)減少全體磁盤的總可用存儲(chǔ)空間，犧牲空間換取更高的可靠性和性能。比如， RAID1 存儲(chǔ)空間利用率僅有 50% ， RAID5 會(huì)損失其中一個(gè)磁盤的存儲(chǔ)容量，空間利用率為 (n-1)/n 。