11-RAID

定义

• Redundant Arrays of Independent Disks

• 基本思想

  • 将多个独立操作的磁盘组织成磁盘阵列，以增加容量

  • 数据存储在多个盘体上，并行工作提高数据传输率

  • 采用数据冗余进行错误恢复

• 特性

  • 一组物理磁盘驱动器，被视为单个逻辑驱动器

  • 数据分布在多个物理磁盘上

  • 冗余磁盘用于校验并恢复信息

分类

级别	描述	磁盘数量	种类	数据可用性	大I/O输出传输能力	小I/O请求数据
0	非冗余	$N$	条带化	最低	很高	很高
1	镜像	$2N$	镜像	比2，3，4，5高，比6低	读：比单盘高 写：类似	读：2倍 写：类似
2	海明码冗余	$N+m$	并行存取	高	最高	单盘2倍
3	位交错奇偶校验	$N+1$	并行存取	高	最高	单盘2倍
4	块交错奇偶校验	$N+1$	独立存取	高	读：RAID0 写：低于单盘	读：RAID0 写：显著低于单盘
5	块交错分布式奇偶校验	$N+1$	独立存取	高	读：RAID0 写：低于单盘	读：RAID0 写：显著低于单盘
6	块交错分布式奇偶校验	$N+2$	独立存取	最高	读：RAID0 写：低于RAID 5	读：RAID0 写：低于RAID 5

RAID 0

• 特点

  • 数据以条带的形式在可用的磁盘上分布

  • 不采用冗余来改善性能（非RAID）

• 用途（与单个大容量磁盘相比）

  • 高速度传输率

  • 高速响应I/O请求：两个I/O请求所需要的数据块可能在不同的磁盘上

RAID 0

RAID 1

• 特点

  • 采用了数据条带

  • 采用简单地备份所有数据的方法来实现冗余

• 访问

  • 读：可选择寻道时间较小的（RAID 0的两倍）

  • 写：并行更新2个条带，受限于写入慢的磁盘（不比RAID 0好多少）

• 优点

  • 高速响应请求：1个数据块可由2块盘各自响应

  • 恢复简单，单个磁盘损坏不会影响数据访问

• 缺点：贵

• 用途：系统软件、数据、关键文件

RAID 1

RAID 01 & RAID 10

• RAID 01：先0（条带化）后1（镜像）

• RAID 10：先1（镜像）后0（条带化）

• 传输率、磁盘利用率：无差别

• 容错率：RAID 01更弱（如果RAID 0 时磁盘就坏了，那RAID 1就没有意义了，因为生成的镜像全是坏镜像）

RAID 01 vs RAID 10

RAID 2

• 特点

  • 并行存取：每个I/O请求由所有磁盘同时响应

  • 驱动器轴同步旋转，磁头始终位于同一位置

  • 数据条带小，只有1字节/1字

• 纠错：同一条带计算海明码，储存在校验盘的对应位置

• 访问

  • 读：获取数据+校验码

  • 写：写入所有数据+校验盘

• 缺点

  • 冗余盘多 价格贵

  • 适用于多磁盘易出错环境，对单磁盘已具备高可靠性的情况无意义

RAID 3

• 特点

  • 并行存取

  • 驱动器轴同步旋转，磁头始终位于同一位置

  • 数据条带小

• 纠错：奇偶校验

• 优点：数据传输率高（尤其是大I/O请求）

• 缺点：一次只能执行一个I/O请求

RAID 4

能并行处理I/O请求的是独立存取而非并行存取

RAID 4

• 特点

  • 独立存取：每个磁盘操作独立，并行处理各I/O请求

  • 数据条带大

• 校验：以数据条带为单位进行奇偶校验，校验位存在校验盘的对应条带

• 缺点：瓶颈

  • 写损失：小I/O请求需要读2次（原数据 原校验位） 写2次（新数据 新校验位） $\text{新校验位}=\text{原校验位}\oplus\text{原数据}\oplus\text{新数据}$

  • 大I/O更新所有磁盘没有写损失：老数据全都不复存在，只需异或新数据位

  • 负载不均衡：所有操作都涉及唯一的奇偶校验盘，成为瓶颈

RAID 5

RAID 5

• 基于RAID 4

• 在所有磁盘上分布了奇偶校验条带：负载均衡

• 访问仍需2读2写

RAID 50

RAID 50

• 先5后0

• 同一组最多坏1块

• 目的：提高性能（牺牲利用率）

RAID 6

• 采用两种不同的校验码，分开存在2块盘

• 优点：提升数据可用性，最多坏2块

• 确定：校验数据更多，较RAID5写损失更大