RAID -类型，实现，架构，应用和优势

RAID是'Redundant一个rrays的我ndependentDIsks '或'Redundant一个rrays的我nexpensiveD而定”。近年来，这项技术呈爆炸式增长。这篇文章将详细讨论什么是RAID(独立磁盘冗余阵列)，它的类型，实现，架构和应用。

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什么是RAID

使用该技术实现数据保护和数据一致性。RAID是Redundant一个rrays的我ndependent /我nexpensiveD而定。这种技术将多个小的、便宜的磁盘驱动器组合成一个磁盘驱动器阵列，该阵列被计算机视为单个存储单元(驱动器)。

图1 -介绍Redundant一个rrays的我ndependentD而定

这项技术在存储大量数据的同时保持数据完整性方面起着至关重要的作用。当硬盘故障时，它有助于实时数据恢复。换句话说，这种技术将一个硬盘上的任务分割或复制到多个硬盘上。

这样做是为了在驱动器故障时创建数据冗余。RAID模式Raid级别为不同的应用程序需求设置。例如，当模式为“RAID 0”时，系统将数据均匀地分配到两个或多个硬盘上。

图2 -廉价磁盘配置的冗余阵列图像

RAID配置级别

不同的级别代表不同的“磁盘阵列”配置。对于大多数处理系统，只有少数几种配置是实用的。因此，下面将讨论RAID - 0、1、3、5和6。

• RAID - 0(非冗余配置)
• RAID - 1(镜像配置)
• 比特交错奇偶校验
• RAID - 5(块交错分布式校验)
• RAID - 6 (P+Q冗余)

RAID - 0(非冗余配置)

这是最快的RAID模式，它将数据均匀地分布到每个磁盘上。数据条带化指的是将数据分布在多个磁盘上，使它们看起来像一个单一的大磁盘。这种配置提供了最好的“写”性能，并且完全不采用冗余。在此配置下，' Read '性能较低。

如果阵列中有一个物理盘故障，则会导致数据丢失。在主要考虑性能和容量而不是可靠性的超级计算环境中，这种类型的配置是首选。图3显示了非冗余配置，其中数据均匀地分布在三个磁盘上。

图3 -非冗余配置

RAID - 1(镜像配置)

这种类型的配置是通过使用两倍于非冗余磁盘阵列的磁盘来实现的。它也称为镜像配置，其中写入数据被镜像到两个独立的磁盘系统上。这确保了信息总是有两个副本。

如果一个磁盘出现故障，则使用另一个副本来实现业务请求。它被广泛应用于数据库应用程序中。这是一个安全的模式，因为没有数据丢失。图4显示数据镜像在磁盘1和磁盘2上。如果磁盘1故障，则可以从磁盘2检索数据。

图4 -镜像配置

比特交错奇偶校验

这种类型的配置在概念上是在数据磁盘上按位交错的，以提高访问磁盘存储块的速度。该体系结构具有两个或多个数据磁盘以及一个纠错码ECC盘，用于存放其他盘数据的异或盘。

每个读和写请求访问所有数据磁盘和校验磁盘，因此在这种配置中只能处理一个请求。校验盘没有数据，只有校验盘。通过重构剩余驱动器和ECC驱动器的异或，可以从故障磁盘驱动器中恢复数据。这种类型的架构存在于需要高带宽但不需要高I/0速率的应用程序中。

图5 - RAID - 3配置

块交错分布式奇偶校验

具有这种配置的磁盘阵列可以提供任何冗余磁盘阵列的小读、大读和大写性能。为了提高镜像配置和位交错奇偶校验系统的写性能，引入了读写请求并行执行的体系结构。

在块交错奇偶分布中处理大请求时，磁盘冲突较少，因为当分条单元按顺序遍历时，每个磁盘只被访问一次。

图6 -块交错分布式奇偶校验配置

RAID - 6 (P+Q冗余)

这也被称为P + Q冗余配置，其中磁盘阵列类似于块交错分布式奇偶校验磁盘阵列。它可以使用read-modify-write过程执行小的写操作。它需要更多的磁盘空间，因为P和Q信息必须更新。目前还没有被公认为标准RAID配置。

图7 - RAID 6配置

RAID实现

它可以通过两种方式实现:

• 硬件RAID系统
• 软件RAID系统

硬件RAID系统

磁盘阵列的处理被卸载到称为RAID控制器的硬件上的专用处理器来管理配置。它可以在任何平台上实现操作系统．大多数商业应用程序都采用这种方法。

软件RAID系统

这种方法是使用主板上可用的普通磁盘控制器实现的操作系统．加载软件驱动程序，有助于系统与磁盘驱动器通信，成本较低。

RAID结构

图8显示了硬件实现的典型架构。它由不同的组件组成，例如:

• CPU
• SCSI卡/ SATA驱动器
• RAID控制器
• 磁盘
• 缓存

图8 -廉价磁盘结构的冗余阵列

CPU

廉价磁盘冗余阵列操作通过专用的SCSI/ SATA卡/驱动器从CPU(中央处理器)执行。

SCSI卡/SATA驱动器

SCSI是小型计算机系统接口的首字母缩写。用于控制独立磁盘冗余阵列。它有助于SCSI总线上的设备和计算机之间的协调。

RAID控制器

它引导数据进出存储设备。控制器设计为支持SATA和SCSI等驱动器格式。它也可以内置到服务器的主板中。

磁盘

Raid配置决定了数据如何分布在磁盘上，以及要使用的磁盘数量。存储系统通过控制器访问的数据。

缓存

冗余阵列的廉价磁盘控制器有一组指令存储在缓存中的每个驱动器阵列。

RAID是如何工作的

根据SCSI规范，总线上的通信是异步的，几乎256条SCSI命令可以一次中继到任何给定的设备。当发出'写'或'读'请求时，它将作为一组IDE或SCSI命令传递给RAID控制器。根据所使用的配置，控制器将这些命令转换为它们的物理存储，并将其传输到磁盘阵列。

图9 -读请求的事件序列

系统将阵列视为单个磁盘。控制器维护缓存，在请求转换时填充缓存，并为发出的请求安排执行。请求得到处理，控制器沿连接接口发回确认信号。使用块确认(BA)来代替向每一帧发送Ack。BA包含64*16位的位图。磁盘故障问题使用FEC(前向错误纠正)和BEC(后向错误恢复)技术解决。

RAID的应用

应用包括:

• 它被广泛应用于数据仓库。
• 它用于视频流应用程序。
• 它广泛用于小块应用程序，如Web服务器和面向事务的数据库。
• 它也适用于高端服务器。
• 它被用于游戏系统。

RAID的优点

优点是:

• 大的顺序文件和图形图像的传输更容易。
• 基于硬件的实现更加健壮。
• 基于软件的实现具有成本效益。
• 可实现最高的性能和数据保护。
• 容错能力高。
• 它们需要更少的能量。
• 控制器逻辑是内置的，有助于错误检测和纠正功能。

缺点的突袭

缺点包括:

• 尽管使用这种技术，备份软件是必须的。
• 将逻辑块映射到物理位置是很复杂的。
• 数据块大小会影响阵列的性能。

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