RAID,RAID技術(shù)規(guī)范有哪些?

RAID是“Redundant Array of Independent Disk”的縮寫，中文意思是獨(dú)立冗余磁盤陣列。冗余磁盤陣列技術(shù)誕生于1987年，由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校提出。簡(jiǎn)單地解釋，就是將N臺(tái)硬盤通過(guò)RAID Controller（分Hardware，Software）結(jié)合成虛擬單臺(tái)大容量的硬盤使用。RAID的采用為存儲(chǔ)系統(tǒng)（或者服務(wù)器的內(nèi)置存儲(chǔ)）帶來(lái)巨大利益，其中提高傳輸速率和提供容錯(cuò)功能是最大的優(yōu)點(diǎn)。另外，raid還有殺蟲劑品牌，法國(guó)特警隊(duì)伍名，游戲?qū)Ｓ忻~等義項(xiàng)。 　RAID磁盤陣列（Redundant Array of Independent Disks）
　　其特色是N臺(tái)硬盤同時(shí)讀取速度加快及提供容錯(cuò)性Fault Tolerant，所以RAID是當(dāng)成平時(shí)主要訪問數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)速度問題（Storage）不是備份問題（Backup Solution）。
　　在RAID有一基本概念稱為EDAP（Extended Data Availability and Protection），其強(qiáng)調(diào)擴(kuò)充性及容錯(cuò)機(jī)制， 也是各家廠商如：Mylex，IBM，HP，Compaq，Adaptec，Infortrend等訴求的重點(diǎn)，包括在不須停機(jī)情況下可處理以下動(dòng)作：
　　RAID 磁盤陣列支援自動(dòng)檢測(cè)故障硬盤；
　　RAID 磁盤陣列支援重建硬盤壞軌的資料；
　　RAID 磁盤陣列支援支持不須停機(jī)的硬盤備援 Hot Spare；
　　RAID 磁盤陣列支援支持不須停機(jī)的硬盤替換 Hot Swap；
　　RAID 磁盤陣列支援?dāng)U充硬盤容量等。
[編輯本段]功能
　　1、擴(kuò)大了存儲(chǔ)能力 可由多個(gè)硬盤組成容量巨大的存儲(chǔ)空間。
　　2、降低了單位容量的成本 市場(chǎng)上最大容量的硬盤每兆容量的價(jià)格要大大高于普及型硬盤，因此采用多個(gè)普及型硬盤組成的陣列其單位價(jià)格要低得多。
　　3、提高了存儲(chǔ)速度 單個(gè)硬盤速度的提高均受到各個(gè)時(shí)期的技術(shù)條件限制，要更進(jìn)一步往往是很困難的，而使用RAID，則可以讓多個(gè)硬盤同時(shí)分?jǐn)倲?shù)據(jù)的讀或?qū)懖僮?，因此整體速度有成倍地提高。
　　4、可靠性 RAID系統(tǒng)可以使用兩組硬盤同步完成鏡像存儲(chǔ)，這種安全措施對(duì)于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來(lái)說(shuō)是最重要不過(guò)的了。
　　5、容錯(cuò)性 RAID控制器的一個(gè)關(guān)鍵功能就是容錯(cuò)處理。容錯(cuò)陣列中如有單塊硬盤出錯(cuò)，不會(huì)影響到整體的繼續(xù)使用，高級(jí)RAID控制器還具有拯救功能。
　　6、對(duì)于IDE RAID來(lái)說(shuō)，目前還有一個(gè)功能就是支持ATA/66/100。RAID也分為SCSI RAID和IDE RAID兩類，當(dāng)然IDE RAID要廉價(jià)得多。如果主機(jī)主板不支持ATA/66/100硬盤，通過(guò)RAID卡，則能夠使用上新硬盤的ATA/66/100功能。
優(yōu)點(diǎn)
　　RAID的采用為存儲(chǔ)系統(tǒng)（或者服務(wù)器的內(nèi)置存儲(chǔ)）帶來(lái)巨大利益，其中提高傳輸速率和提供容錯(cuò)功能是最大的優(yōu)點(diǎn)。
　　RAID通過(guò)同時(shí)使用多個(gè)磁盤，提高了傳輸速率。RAID通過(guò)在多個(gè)磁盤上同時(shí)存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)來(lái)大幅提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量（Throughput）。在RAID中，可以讓很多磁盤驅(qū)動(dòng)器同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，而這些磁盤驅(qū)動(dòng)器在邏輯上又是一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器，所以使用RAID可以達(dá)到單個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率。這也是RAID最初想要解決的問題。因?yàn)楫?dāng)時(shí)CPU的速度增長(zhǎng)很快，而磁盤驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸速率無(wú)法大幅提高，所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾。RAID最后成功了。
　　通過(guò)數(shù)據(jù)校驗(yàn)，RAID可以提供容錯(cuò)功能。這是使用RAID的第二個(gè)原因，因?yàn)槠胀ù疟P驅(qū)動(dòng)器無(wú)法提供容錯(cuò)功能，如果不包括寫在磁盤上的CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）碼的話。RAID容錯(cuò)是建立在每個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器的硬件容錯(cuò)功能之上的，所以它提供更高的安全性。在很多RAID模式中都有較為完備的相互校驗(yàn)/恢復(fù)的措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提高了RAID系統(tǒng)的容錯(cuò)度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定冗余性。
種類及應(yīng)用
　　基于不同的架構(gòu),RAID 的種類又可以分為: 軟件RAID (軟件 RAID) ，硬件RAID (硬件 RAID) ，外置RAID (External RAID)
　　軟件RAID很多情況下已經(jīng)包含在系統(tǒng)之中,并成為其中一個(gè)功能,如 Windows、Netware及Linux。軟件RAID中的所有操作皆由中央處理器負(fù)責(zé),所以系統(tǒng)資源的利用率會(huì)很高,從而使系統(tǒng)性能降低。軟件RAID是不需要另外添加任何硬件設(shè)備,因?yàn)樗强磕愕南到y(tǒng)—主要是中央處理器的功能—提供所有現(xiàn)成的資源。 硬件RAID通常是一張PCI卡,你會(huì)看到在這卡上會(huì)有處理器及內(nèi)存。因?yàn)檫@卡上的處理器已經(jīng)可以提供一切RAID所需要的資源,所以不會(huì)占用系統(tǒng)資源,從而令系統(tǒng)的表現(xiàn)可以大大提升。
　　硬件RAID的應(yīng)用之一是可以連接內(nèi)置硬盤、熱插拔背板或外置存儲(chǔ)設(shè)備。無(wú)論連接何種硬盤,控制權(quán)都是在RAID卡上,亦即是由系統(tǒng)所操控。 在系統(tǒng)里,硬件RAID PCI卡通常都需要安驅(qū)動(dòng)程序,否則系統(tǒng)會(huì)拒絕支持。 磁盤陣列可以在安裝系統(tǒng)之前或之后產(chǎn)生,系統(tǒng)會(huì)視之為一個(gè)（大型）硬盤,而它具有容錯(cuò)及冗余的功能。磁盤陣列不單只可以加入一個(gè)現(xiàn)成的系統(tǒng),它更可以支持容量擴(kuò)展,方法也很簡(jiǎn)單,只需要加入一個(gè)新的硬盤并執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的指令,系統(tǒng)便可以實(shí)時(shí)利用這新加的容量。
　　外置式RAID也是屬于硬件RAID的一種,區(qū)別在于RAID卡不會(huì)安裝在系統(tǒng)里,而是安裝在外置的存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)。而這個(gè)外置的儲(chǔ)存設(shè)備則會(huì)連接到系統(tǒng)的SCSI卡上。系統(tǒng)沒有任何的RAID功能, 因?yàn)樗挥幸粡圫CSI卡；所有的RAID功能將會(huì)移到這個(gè)外置存儲(chǔ)里。好處是外置的存儲(chǔ)往往可以連接更多的硬盤,不會(huì)受系統(tǒng)機(jī)箱的大小所影響。而一些高級(jí)的技術(shù),如雙機(jī)容錯(cuò),是需要多個(gè)服務(wù)器外連到一個(gè)外置儲(chǔ)存上,以提供容錯(cuò)能力.外置式RAID的應(yīng)用之一是可以安裝任何的操作系統(tǒng),因此是與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)的。為什么呢?因?yàn)樵谙到y(tǒng)里只存在一張SCSI卡,并不是RAID卡。而對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)及這張SCSI卡來(lái)說(shuō),這個(gè)外置式的RAID只是一個(gè)大型硬盤,并不是什么特別的設(shè)備,所以這個(gè)外置式的RAID可以安裝任何的操作系統(tǒng)。唯一的要求就是你用的這張SCSI卡在這個(gè)操作系統(tǒng)要安裝驅(qū)動(dòng)程序。
技術(shù)術(shù)語(yǔ)解釋
　　硬盤鏡像（Disk Mirroring）：硬盤鏡像最簡(jiǎn)單的形式是，一個(gè)主機(jī)控制器帶二個(gè)互為鏡像的硬盤。數(shù)據(jù)同時(shí)寫入二個(gè)硬盤，二個(gè)硬盤上的數(shù)據(jù)完全相同，因此一個(gè)硬盤故障時(shí)，另一個(gè)硬盤可提供數(shù)據(jù)。
　　硬盤數(shù)據(jù)跨盤（Disk Spanning）：利用這種技術(shù)，幾個(gè)硬盤看上去像是一個(gè)大硬盤；這個(gè)虛擬盤可以把數(shù)據(jù)跨盤存儲(chǔ)在不同的物理盤上，用戶不需關(guān)心哪個(gè)盤上存有他需要的數(shù)據(jù)。
　　硬盤數(shù)據(jù)分段（Disk Striping）：數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在幾個(gè)盤上。數(shù)據(jù)的第一段放在盤0，第2段放在盤1，……直至達(dá)到硬盤鏈中的最后一個(gè)盤，然后下一個(gè)邏輯段將放在硬盤0，再下一個(gè)邏輯段放在盤1，如此循環(huán)直至完成寫操作。
　　雙控（Duplexing）：這里指的是用二個(gè)控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)硬盤子系統(tǒng)。一個(gè)控制器發(fā)生故障，另一個(gè)控制器馬上控制硬盤操作。此外，如果編寫恰當(dāng)?shù)目刂破鬈浖?，可?shí)現(xiàn)不同的硬盤驅(qū)動(dòng)器同時(shí)工作。
　　容錯(cuò)（Fault Tolerant）：具有容錯(cuò)功能的機(jī)器有抗故障的能力。例如RAID 1鏡像系統(tǒng)是容錯(cuò)的，鏡像盤中的一個(gè)出故障，硬盤子系統(tǒng)仍能正常工作。
　　主機(jī)控制器（Host Adapter）：這里指的是使主機(jī)和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的控制部件（如SCSI控制器）。
　　熱修復(fù)（Hot Fix）：指用一個(gè)硬盤熱備份來(lái)替換發(fā)生故障的硬盤。要注意故障盤并不是真正地被物理替換了。用作熱備份的盤被加載上故障盤原來(lái)的數(shù)據(jù)，然后系統(tǒng)恢復(fù)工作。
　　熱補(bǔ)（Hot Patch）：具有硬盤熱備份，可隨時(shí)替換故障盤的系統(tǒng)。
　　熱備份（Hot Spare）：與CPU系統(tǒng)帶電連接的硬盤，它能替換下系統(tǒng)中的故障盤。與冷備份的區(qū)別是，冷備份盤平時(shí)與機(jī)器不相連接，硬盤故障時(shí)才換下故障盤。
　　平均數(shù)據(jù)丟失時(shí)間（MTBDL－Mean Time Between Data Loss）：發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的事件間的平均時(shí)間。
　　平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF－Mean Time Between Failure或MTIF）：設(shè)備平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間。
　　廉價(jià)冗余磁盤陣列（RAID－Redundant Array of Inexpensive Drives）：一種將多個(gè)廉價(jià)硬盤組合成快速，有容錯(cuò)功能的硬盤子系統(tǒng)的技術(shù)。
　　系統(tǒng)重建（Reconstruction or Rebuild）：一個(gè)硬盤發(fā)生故障后，從其它正確的硬盤數(shù)據(jù)和奇偶信息恢復(fù)故障盤數(shù)據(jù)的過(guò)程。
　　恢復(fù)時(shí)間（Reconstruction Time）：為故障盤重建數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間。
　　單個(gè)大容量硬盤（SLED－Singe Expensive Drive）。
　　傳輸速率（Transfer Rate）：指在不同條件下存取數(shù)據(jù)的速度。
　　虛擬盤（Virtual Disk）：與虛擬存儲(chǔ)器類似，虛擬盤是一個(gè)概念盤，用戶不必關(guān)心他的數(shù)據(jù)寫在哪個(gè)物理盤上。虛擬盤一般跨越幾個(gè)物理盤，但用戶看到的只是一個(gè)盤。

?RAID技術(shù)主要包含RAID 0～RAID 7等數(shù)個(gè)規(guī)范，它們的側(cè)重點(diǎn)各不相同，常見的規(guī)范有如下幾種：

　　RAID 0：RAID 0連續(xù)以位或字節(jié)為單位分割數(shù)據(jù)，并行讀/寫于多個(gè)磁盤上，因此具有很高的數(shù)據(jù)傳輸率，但它沒有數(shù)據(jù)冗余，因此并不能算是真正的RAID結(jié)構(gòu)。RAID 0只是單純地提高性能，并沒有為數(shù)據(jù)的可靠性提供保證，而且其中的一個(gè)磁盤失效將影響到所有數(shù)據(jù)。因此，RAID 0不能應(yīng)用于數(shù)據(jù)安全性要求高的場(chǎng)合。

　　RAID 1：它是通過(guò)磁盤數(shù)據(jù)鏡像實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，在成對(duì)的獨(dú)立磁盤上產(chǎn)生互 為備份的數(shù)據(jù)。當(dāng)原始數(shù)據(jù)繁忙時(shí)，可直接從鏡像拷貝中讀取數(shù)據(jù)，因此RAID 1可以提高讀取性能。RAID 1是磁盤陣列中單位成本最高的，但提供了很高的數(shù)據(jù)安全性和可用性。當(dāng)一個(gè)磁盤失效時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到鏡像磁盤上讀寫，而不需要重組失效的數(shù)據(jù)。

　　RAID 0+1: 也被稱為RAID 10標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際是將RAID 0和RAID 1標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合的產(chǎn)物，在連續(xù)地以位或字節(jié)為單位分割數(shù)據(jù)并且并行讀/寫多個(gè)磁盤的同時(shí)，為每一塊磁盤作磁盤鏡像進(jìn)行冗余。它的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)擁有RAID 0的超凡速度和RAID 1的數(shù)據(jù)高可靠性，但是CPU占用率同樣也更高，而且磁盤的利用率比較低。

　　RAID 2：將數(shù)據(jù)條塊化地分布于不同的硬盤上，條塊單位為位或字節(jié)，并使用稱為“加重平均糾錯(cuò)碼（海明碼）”的編碼技術(shù)來(lái)提供錯(cuò)誤檢查及恢復(fù)。這種編碼技術(shù)需要多個(gè)磁盤存放檢查及恢復(fù)信息，使得RAID 2技術(shù)實(shí)施更復(fù)雜，因此在商業(yè)環(huán)境中很少使用。

　　RAID 3：它同RAID 2非常類似，都是將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的硬盤上，區(qū)別在于RAID 3使用簡(jiǎn)單的奇偶校驗(yàn)，并用單塊磁盤存放奇偶校驗(yàn)信息。如果一塊磁盤失效，奇偶盤及其他數(shù)據(jù)盤可以重新產(chǎn)生數(shù)據(jù)；如果奇偶盤失效則不影響數(shù)據(jù)使用。RAID 3對(duì)于大量的連續(xù)數(shù)據(jù)可提供很好的傳輸率，但對(duì)于隨機(jī)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，奇偶盤會(huì)成為寫操作的瓶頸。

　　RAID 4：RAID 4同樣也將數(shù)據(jù)條塊化并分布于不同的磁盤上，但條塊單位為塊或記錄。RAID 4使用一塊磁盤作為奇偶校驗(yàn)盤，每次寫操作都需要訪問奇偶盤，這時(shí)奇偶校驗(yàn)盤會(huì)成為寫操作的瓶頸，因此RAID 4在商業(yè)環(huán)境中也很少使用。

　　RAID 5：RAID 5不單獨(dú)指定的奇偶盤，而是在所有磁盤上交叉地存取數(shù)據(jù)及奇偶校驗(yàn)信息。在RAID 5上，讀/寫指針可同時(shí)對(duì)陣列設(shè)備進(jìn)行操作，提供了更高的數(shù)據(jù)流量。RAID 5更適合于小數(shù)據(jù)塊和隨機(jī)讀寫的數(shù)據(jù)。RAID 3與RAID 5相比，最主要的區(qū)別在于RAID 3每進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸就需涉及到所有的陣列盤；而對(duì)于RAID 5來(lái)說(shuō)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸只對(duì)一塊磁盤操作，并可進(jìn)行并行操作。在RAID 5中有“寫損失”，即每一次寫操作將產(chǎn)生四個(gè)實(shí)際的讀/寫操作，其中兩次讀舊的數(shù)據(jù)及奇偶信息，兩次寫新的數(shù)據(jù)及奇偶信息。

　　RAID 6：與RAID 5相比，RAID 6增加了第二個(gè)獨(dú)立的奇偶校驗(yàn)信息塊。兩個(gè)獨(dú)立的奇偶系統(tǒng)使用不同的算法，數(shù)據(jù)的可靠性非常高，即使兩塊磁盤同時(shí)失效也不會(huì)影響數(shù)據(jù)的使用。但RAID 6需要分配給奇偶校驗(yàn)信息更大的磁盤空間，相對(duì)于RAID 5有更大的“寫損失”，因此“寫性能”非常差。較差的性能和復(fù)雜的實(shí)施方式使得RAID 6很少得到實(shí)際應(yīng)用。

　　RAID 7：這是一種新的RAID標(biāo)準(zhǔn)，其自身帶有智能化實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和用于存儲(chǔ)管理的軟件工具，可完全獨(dú)立于主機(jī)運(yùn)行，不占用主機(jī)CPU資源。RAID 7可以看作是一種存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)（Storage Computer），它與其他RAID標(biāo)準(zhǔn)有明顯區(qū)別。除了以上的各種標(biāo)準(zhǔn)（如表1），我們可以如RAID 0+1那樣結(jié)合多種RAID規(guī)范來(lái)構(gòu)筑所需的RAID陣列，例如RAID 5+3（RAID 53）就是一種應(yīng)用較為廣泛的陣列形式。用戶一般可以通過(guò)靈活配置磁盤陣列來(lái)獲得更加符合其要求的磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)。