簡介
RAID是英文Redundant Array of Inexpensive Disks的縮寫,中文簡稱為廉價磁碟冗餘陣列。RAID就是一種由多塊硬碟構成的冗餘陣列。雖然RAID包含多塊硬碟,但是在作業系統下是作為一個獨立的大型存儲設備出現。利用RAID技術於存儲系統的好處主要有以下三種:
通過把多個磁碟組織在一起作為一個邏輯卷提供磁碟跨越功能 通過把數據分成多個數據塊(Block)並行寫入/讀出多個磁碟以提高訪問磁碟的速度 通過鏡像或校驗操作提供容錯能力 最初開發RAID的主要目的是節省成本,當時幾塊小容量硬碟的價格總和要低於大容量的硬碟。
目前來看RAID在節省成本方面的作用並不明顯,但是RAID可以充分發揮出多塊硬碟的優勢,實現遠遠超出任何一塊單獨硬碟的速度和吞吐量。除了性能上的提高之外,RAID還可以提供良好的容錯能力,在任何一塊硬碟出現問題的情況下都可以繼續工作,不會受到損壞硬碟的影響。
分級
RAID技術分為幾種不同的等級,分別可以提供不同的速度,安全性和性價比。根據實際情況選擇適當的RAID級別可以滿足用戶對存儲系統可用性、性能和容量的要求。常用的RAID級別有以下幾種:NRAID,JBOD,RAID0,RAID1,RAID0 1,RAID3,RAID5等。目前經常使用的是RAID5和RAID(0 1)。
NRAID
NRAID即Non-RAID,所有磁碟的容量組合成一個邏輯盤,沒有數據塊分條(no block stripping)。NRAID不提供數據冗餘。要求至少一個磁碟。
JBOD
JBOD代表Just a Bunch of Drives,磁碟控制器把每個物理磁碟看作獨立的磁碟,因此每個磁碟都是獨立的邏輯盤。JBOD也不提供數據冗餘。要求至少一個磁碟。
RAID 0
RAID 0即Data Stripping(數據分條技術)。整個邏輯盤的數據是被分條(stripped)分布在多個物理磁碟上,可以並行讀/寫,提供最快的速度,但沒有冗餘能力。
要求至少兩個磁碟。我們通過RAID 0可以獲得更大的單個邏輯盤的容量,且通過對多個磁碟的同時讀取獲得更高的存取速度。
RAID 0首先考慮的是磁碟的速度和容量,忽略了安全,只要其中一個磁碟出了問題,那么整個陣列的數據都會不保了。
RAID 1
RAID 1,又稱鏡像方式,也就是數據的冗餘。在整個鏡像過程中,只有一半的磁碟容量是有效的(另一半磁碟容量用來存放同樣的數據)。同RAID 0相比,RAID 1首先考慮的是安全性,容量減半、速度不變。
RAID 0 1
為了達到既高速又安全,出現了RAID 10(或者叫RAID 0 1),可以把RAID 10簡單地理解成由多個磁碟組成的RAID 0陣列再進行鏡像。
RAID 3和RAID 5
RAID 3和RAID 5都是校驗方式。RAID 3的工作方式是用一塊磁碟存放校驗數據。由於任何數據的改變都要修改相應的數據校驗信息,存放數據的磁碟有好幾個且並行工作,而存放校驗數據的磁碟只有一個,這就帶來了校驗數據存放時的瓶頸。
RAID 5的工作方式是將各個磁碟生成的數據校驗切成塊,分別存放到組成陣列的各個磁碟中去,這樣就緩解了校驗數據存放時所產生的瓶頸問題,但是分割數據及控制存放都要付出速度上的代價。
按照硬碟接口的不同,RAID分為SCSI RAID,IDE RAID和SATA RAID。其中,SCSI RAID主要用於要求高性能和高可靠性的伺服器/工作站,而台式機中主要採用IDE RAID和SATA RAID。
以前RAID功能主要依靠在主機板上插接RAID控制卡實現,而現在越來越多的主機板都添加了板載RAID晶片直接實現RAID功能,目前主流的RAID晶片有HighPoint的HTP372和Promise的PDC20265R,而英特爾更進一步,直接在主機板晶片組中支持RAID,其ICH5R南橋晶片中就內置了SATA RAID功能,這也代表著未來板載RAID的發展方向---晶片組集成RAID。
Matrix RAID
Matrix RAID即所謂的“矩陣RAID”,是ICH6R南橋所支持的一種廉價的磁碟冗餘技術,是一種經濟性高的新穎RAID解決方案。Matrix RAID技術的原理相當簡單,只需要兩塊硬碟就能實現了RAID 0和RAID 1磁碟陣列,並且不需要添加額外的RAID控制器,這正是我們普通用戶所期望的。Matrix RAID需要硬體層和軟體層同時支持才能實現,硬體方面目前就是ICH6R南橋以及更高階的ICH6RW南橋,而Intel Application Acclerator軟體和Windows作業系統均對軟體層提供了支持。
Matrix RAID的原理就是將每個硬碟容量各分成兩部分(即:將一個硬碟虛擬成兩個子硬碟,這時子硬碟總數為4個),其中用兩個虛擬子硬碟來創建RAID0模式以提高效能,而其它兩個虛擬子硬碟則透過鏡像備份組成RAID 1用來備份數據。在Matrix RAID模式中數據存儲模式如下:兩個磁碟驅動器的第一部分被用來創建RAID 0陣列,主要用來存儲作業系統、應用程式和交換檔案,這是因為磁碟開始的區域擁有較高的存取速度,Matrix RAID將RAID 0邏輯分割區置於硬碟前端(外圈)的主因,是可以讓需要效能的模組得到最好的效能表現;而兩個磁碟驅動器的第二部分用來創建RAID1模式,主要用來存儲用戶個人的檔案和數據。
例如,使用兩塊120GB的硬碟,可以將兩塊硬碟的前60GB組成120GB的邏輯分割區,然後剩下兩個60GB區塊組成一個60GB的數據備份分割區。像需要高效能、卻不需要安全性的套用,就可以安裝在RAID 0分割區,而需要安全性備分的數據,則可安裝在RAID 1分割區。換言之,使用者得到的總硬碟空間是180GB,和傳統的RAID 0 1相比,容量使用的效益非常的高,而且在容量配置上有著更高的彈性。如果發生硬碟損毀,RAID 0分割區數據自然無法復原,但是RAID 1分割區的數據卻會得到保全。
可以說,利用Matrix RAID技術,我們只需要2個硬碟就可以在獲取高效數據存取的同時又能確保數據安全性。這意味著普通用戶也可以低成本享受到RAID 0 1套用模式。
NV RAID
NV RAID是nVidia自行開發的RAID技術,隨著nForce各系列晶片組的發展也不斷推陳出新。相對於其它RAID技術而言,目前最新的nForce4系列晶片組的NV RAID具有自己的鮮明特點,主要是以下幾點:
(1)交錯式RAID(Cross-Controller RAID):交錯式RAID即俗稱的混合式RAID,也就是將SATA接口的硬碟與IDE接口的硬碟聯合起來組成一個RAID模式。交錯式RAID在nForce3 250系列晶片組中便已經出現,在nForce 4系列晶片組身上該功能得到延續和增強。
(2)熱 冗餘 備份 功能:在nForce 4系列晶片組中,因支持Serial ATA 2.0的熱插拔功能,用戶可以在使用過程中更換損壞的硬碟,並在運行狀態下重新建立一個新的鏡像,確保重要數據的安全性。更為可喜的是,nForce 4的nVIDIA RAID控制器還允許用戶為運行中的RAID系統增加一個冗餘備份特性,而不必理會系統採用哪一種RAID模式,用戶可以在驅動程式提供的“管理工具”中指派任何一個多餘的硬碟用作RAID系統的熱備份。該熱冗餘硬碟可以讓多個RAID系統(如一個RAID 0和一個RAID1)共享,也可以為其中一個RAID系統所獨自占有,功能類似於時下的高端RAID系統。
(3)簡易的RAID模式遷移:nForce 4系列晶片組的NV RAID模組新增了一個名為“Morphing”的新功能,用戶只需要選擇轉換之後的RAID模式,而後執行“Morphing”操作,RAID刪除和模式重設的工作可以自動完成,無需人為干預,易用性明顯提高。