磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

2021-03-03 13:50:33 150点赞 856收藏 64评论

创作立场声明:磁盘阵列科普

我们经常听见的RAID 0、RAID 1、RAID 5之类的词语,当你听见这些词语时是不是觉得非常的懵逼,这些词语到底是什么呢?

硬盘阵列其实就是把多块独立的硬盘组合成一个容量巨大的硬盘组,利用个别硬盘提供数据所产生加成效果提升整个硬盘系统效能,并通过存储冗余数据增加容错能力。如果不组建硬盘阵列,你电脑里的两块硬盘是独立存在的,互不干涉。当你将文件存储在硬盘1时,硬盘2不进行任何干涉。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

这样就有很大的弊端,如果你的电脑里有两块硬盘。当要调用的文件存放在硬盘1时,硬盘1在全力工作,硬盘2完全空闲着。当要调用的文件存放在硬盘2时,硬盘2在全力工作,硬盘1完全空闲着。除非两块硬盘中的资料都需要调用,才能有效的运用两块硬盘的性能,否则就会导致有一块硬盘空闲,造成性能浪费。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

为了解决这一问题,就发明了一种可以让电脑内硬盘同步运行的东西,叫硬盘阵列。硬盘阵列在电脑中被成为RAID,将电脑里的多块硬盘组建成RAID之后,你的电脑里就只会看到一个RAID阵列盘。你可以像使用普通硬盘一样使用它。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

RAID有很多等级,目前行业内公认的等级为RAID 0~7。并不是等级越高的RAID越好,不同等级的RAID仅仅是不同功能的阵列罢了。没有绝对的谁好谁坏,要根据实际使用情况和需求来选择自己要搭建的硬盘阵列等级。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

接下来就跟大家讲一下不同等级的RAID之间的区别,以及不同等级的RAID工作原理及优缺点。

RAID 0其实就像叫兽在之前的文章里给大家讲的双通道差不多原理,RAID 0至少需要两块硬盘才能搭建。它的原理很简单,就是把一个完整的数据分成两份,放到两块硬盘里,写入的时候同时往两块硬盘里写入,读取的时候同时从两块硬盘中读取。跟双通道内存一样,带宽翻倍,速度也翻倍,这就让这个文件读取写入时间缩减到了一半。RAID 0更强大的是,你有多少块硬盘就可以翻多少倍的性能!最快当然不能超过DMI总线速度了,另外RAID 0是不能提高随机读写性能的,反而会出现随机读写性能弱于单块硬盘随机读写性能的现象。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

RAID 0是所有硬盘阵列中速度最快的阵列,但也是最不安全的阵列。因为是将数据分别存储到各个硬盘里,所以有任意一块硬盘出现故障,这个文件就不能正确读取,这就导致你所有的数据全部报废了。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

RAID 1阵列又被成为镜像阵列,简单的说RAID 1就是自动备份,并且是全盘实时自动备份。另外,RAID 1也是所有阵列里最安全的,由于实时备份,也就导致其空间利用率和速度是最低的。将设你的电脑里有两块1TB的硬盘,如果将两块硬盘组建RAID 1之后,你的电脑系统里只能看到1块1TB的容量,速度也是一样的速度。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

RAID 2是一种利用汉明码校验的一种阵列,RAID 2的主要目的就是在RAID 0的基础上增加了数据纠错能力。RAID 2 使用一定的编码技术来提供错误检查及恢复。这种编码技术需要多个硬盘存放检查及恢复信息,使得RAID 2技术实施更复杂。由于汉明码的特点,它可以在数据发生错误的情况下将错误校正,以保证输出的正确。RAID 2的数据传送速率相当高,如果希望达到比较理想的速度,那最好提高保存校验码ECC码的硬盘,对于控制器的设计来说。没有免费的午餐,这里也一样,要利用汉明码,必须要付出数据冗余的代价,输出数据的速率与驱动器组中速度最慢的相等。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

前面我们说RAID 0不安全,只要有一块硬盘损坏,数据就会报废。假设我们有两块硬盘搭建了RAID 0,这个时候我们再增加一块作为第三块,第三块硬盘里面存放了前面两块硬盘的恢复码。在前面两块硬盘中任意一块硬盘出现故障时,靠着另一块硬盘的数据加上恢复码就可以恢复丢失硬盘的数据。RAID 3的恢复码跟RAID 2上的汉明码不一样,RAID3的恢复码数据冗余要比RAID 2少的多,所以RAID3的性能非常接近RAID 0。

RAID 4跟RAID 3很像,其实就是在RAID 0基础上增加了一块恢复码硬盘,假设RAID3和RAID4都是3块数据盘加上一块恢复盘,我有一个文件,这个文件会被分成三组,分别存储到硬盘里。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

RAID3就是第一组数据加上第一组数据码,写入;第二组数据加上第二组数据码,写入;第三组数据加上第三组数据码,写入。而RAID 4则是123组数据直接准备好,将123组的数据整体准备一个恢复码,再把三组数据和整体的恢复码写入。RAID 3和RAID 4的区别就是将一个数据块拆分,分开存储;校验码也是针对拆分的部分去计算的。而RAID 4是直接按区块进行存储,校验码也是直接按取款进行计算。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

RAID 4其实也有缺点,三块硬盘对应一块恢复盘。当增加到五块硬盘时,还是对应一块恢复盘。数据盘越多,恢复盘的性能可能会制约整个阵列的性能。恢复盘的恢复数据块没有写完,是没有办法继续进行写入的。所以我们将每一次块硬盘的恢复码和数据码分开,也就是说每一块硬盘即是数据盘也是恢复盘,其中有一块硬盘损坏,其他硬盘加上恢复码依旧能够恢复数据。所以RAID 5阵列的性能能做到跟RAID 0相似,还增加了一块硬盘的容灾能力,也解决掉了RAID 4恢复码硬盘的瓶颈。目前民用层面,RAID 5阵列是使用最多的一种硬盘RAID。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

RAID 3、4、5都只有容灾一块硬盘损坏的能力,但很多人还是担心运气背,万一同时损坏了两块硬盘怎么办?这就有了RAID 6,RAID 6的恢复码从RAID 5的一组变成了两组,这就让RAID 6有了两块硬盘的容灾能力。

磁盘阵列科普,RAID到底是什么东西?

RAID 7可以理解为一个独立存储的计算机,自带操作系统和管理工具,可以完全独立运行。RAID 7所有的输入输出传送都是同步进行的,可以分别控制,这就提高了系统的并行性,提高了系统访问数据的速度。并且每个硬盘都有告诉缓冲存储器,自带的操作系统也可以使用实时操作芯片达到不同实时系统的要求。因为加入了告诉缓冲存储器,当多个用户访问系统时,访问时间几乎为0。不过,一旦断电,高速缓冲存储器中的数据就会丢失,导致RAID 7阵列需要搭配UPS(不间断电源)一起工作。

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