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RAID如何提高數(shù)據(jù)可用性

發(fā)布時間:2011-05-12

中心議題:
  • RAID存儲系統(tǒng)的優(yōu)點
  • RAID級別分類簡介
  • RAID新技術(shù)

RAID通過為數(shù)據(jù)提供校驗的方式提高了可用性,在如今各類存儲系統(tǒng)中,RAID已經(jīng)成為不可或缺的重要組成部分,為保護數(shù)據(jù)發(fā)揮重要作用。

RAID的形式是多種多樣的,它們都是高可用性和高性能存儲的骨干力量。RAID設備的最初應用可以追溯到上世紀80年代末,而在今天,RAID已經(jīng)成為我們IT生活中一個應用廣泛且非常重要部分,以至于很多人已經(jīng)忘記RAID這個縮寫到底是什么意思。

RAID是由美國加州大學伯克利分校的D.A.Patterson教授在1988年提出的。RAID是RedundentArrayofInexpensiveDisks的縮寫,直譯為“廉價冗余磁盤陣列”,也簡稱為“磁盤陣列”。后來RAID中的字母I被改作了Independent,RAID就成了“獨立冗余磁盤陣列”,但這只是名稱的變化,實質(zhì)性的內(nèi)容并沒有改變。簡單地講,RAID技術(shù)就是利用多個硬盤的組合提供高效率及冗余的功能。

RAID的優(yōu)點

RAID的采用為存儲系統(tǒng)(或者服務器的內(nèi)置存儲)帶來巨大利益,其中提高傳輸速率和提供容錯功能是最大的優(yōu)點。

RAID通過同時使用多個磁盤,提高了傳輸速率。RAID通過在多個磁盤上同時存儲和讀取數(shù)據(jù)來大幅提高存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量(Throughput)。在RAID中,可以讓很多磁盤驅(qū)動器同時傳輸數(shù)據(jù),而這些磁盤驅(qū)動器在邏輯上又是一個磁盤驅(qū)動器,所以使用RAID可以達到單個磁盤驅(qū)動器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率。這也是RAID最初想要解決的問題。因為當時CPU的速度增長很快,而磁盤驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸速率無法大幅提高,所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾。RAID最后成功了。

通過數(shù)據(jù)校驗,RAID可以提供容錯功能。這是使用RAID的第二個原因,因為普通磁盤驅(qū)動器無法提供容錯功能,如果不包括寫在磁盤上的CRC(循環(huán)冗余校驗)碼的話。RAID容錯是建立在每個磁盤驅(qū)動器的硬件容錯功能之上的,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/恢復的措施,甚至是直接相互的鏡像備份,從而大大提高了RAID系統(tǒng)的容錯度,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定冗余性。

多種RAID級別

多年來,RAID定義了許多級別,多數(shù)都只是曇花一現(xiàn),轉(zhuǎn)瞬即逝。其中最著名的定義包括如下幾種。

RAID0----以間隔分布的方式將數(shù)據(jù)分配到磁盤上,可提供更快的訪問速度,但并不能為數(shù)據(jù)提供更好的保護。
RAID1----對數(shù)據(jù)進行復制,并以鏡像方式存在于不同的磁盤中,從而為提供良好的容錯能力。
RAID3----以間隔分布的方式將數(shù)據(jù)分配到不同的磁盤上,并且以并行方式訪問數(shù)據(jù),從而提高數(shù)據(jù)的讀寫速度。該模式將校驗位存儲在獨立的專用磁盤上,因而可以提供較好的容錯性能。

RAID5----將數(shù)據(jù)和校驗位都以間隔分布的方式存儲在所有的磁盤上,從而取得更好的負載平衡。該模式在增加數(shù)據(jù)讀取速度的同時還可以有效地提高數(shù)據(jù)保護性能。

所有這些RAID層都是由一家行業(yè)組織----RAID顧問委員會制訂的。當然,除此之外還有一些其他的RAID實施方式。RAID2和4就是由RAID社團定義的,但它們的實際應用極為罕見(事實上,我們只了解到有一家總部設在美國馬薩諸塞州公司實施過商用RAID2技術(shù),數(shù)據(jù)中的位以間隔分布方式存儲在不同的磁盤上,以獲得更高的速度)。此外,目前比較常見的是將不同層的RAID組合使用的方式,例如RAID1和0(通常寫作1+0)及RAID0和1(通常寫作0+1)。1+0就是鏡像式的間隔存儲,而0+1則是間隔存儲的鏡像,雖然兩者都是同樣兩種RAID級別的組合,但它們組合的結(jié)果卻是完全不同的。

RAID6值得關(guān)注

另外還有兩種被稱為RAID6和RAID7的私有解決方案,它們是由一些廠商推出的。雖然從技術(shù)的角度來說這兩種實施方式都取得了成功,但由于這兩種解決方案在本質(zhì)上是私有標準,因而在市場中并沒有獲得廣泛采用。RAID7是StorageComputer公司的私有標準,該公司總部設在美國新罕布什爾州,目前已經(jīng)處于破產(chǎn)的邊緣。[page]

RAID6與RAID5有很多相似之處,但前者將校驗碼寫入到兩個驅(qū)動器中,后者只寫入一個驅(qū)動器。由于RAID6要執(zhí)行兩次不同的校驗計算,而非一次,因此它的容錯性能更好,可以應付兩個驅(qū)動器同時發(fā)生的故障。

由于需要進行額外的計算并將校驗碼寫入第二個磁盤,RAID6的速度要比RAID5低一些,它并沒有在市場上取得成功,主要是因為沒有可以與之配合的行業(yè)標準。也就是說,到現(xiàn)在為止,這種實施方式仍然是一種私有標準。

目前,業(yè)內(nèi)的多家機構(gòu)已經(jīng)開始合作實現(xiàn)RAID6的標準化,并且可望使該技術(shù)在年底前成為一項標準建議。如果真是這樣,由于有了Intel的支持,它將很有可能成為一項行業(yè)標準。而RAID6將有可能成為讀取密集型應用,視頻點播和其他固定內(nèi)容實施中的首選技術(shù)。當前參與到該標準制訂工作中的企業(yè)包括Adaptec、富士通、HP、IBM、Intel、LSILogic和PromiseTechnology。

RAID-6的全稱是“IndependentDatadiskswithtwoindependentdistributedparityschemes(帶有兩個獨立分布式校驗方案的獨立數(shù)據(jù)磁盤)”。RAID6與RAID5的不同之處于除了每個磁盤上都有同級數(shù)據(jù)校驗區(qū)外,還有一個針對每個數(shù)據(jù)塊的校驗區(qū)。當然,當前盤數(shù)據(jù)塊的校驗數(shù)據(jù)不可能存在當前盤而是交錯存儲的,具體形式見圖。


圖1RAID6圖解

這樣一來,等于每個數(shù)據(jù)塊有了兩個校驗保護屏障(一個分層校驗,一個是總體校驗)。但是,由于增加了一個校驗,所以寫入的效率較RAID5還差,而且控制系統(tǒng)的設計也更為復雜,此外第二塊的校驗區(qū)也減少了有效存儲空間。

由于RAID6相對于RAID5在校驗方面的微弱優(yōu)勢和在性能與性價比方面的較大劣勢,因此有觀點認為,RAID6只是對更高級的數(shù)據(jù)的冗余進行的一種技術(shù)與思路上的嘗試。但是,HDS最近新發(fā)布的AMS與WMS產(chǎn)品中支持RAID6技術(shù),可以保證在單個RAID組中同時出現(xiàn)兩個磁盤故障時的數(shù)據(jù)可用,從而提高可用性,并相應地減少了磁盤故障時進行RAID組重建的時間。

其他類似RAID6方案

HP在服務器與存儲產(chǎn)品中也提供一種類似RAID6的技術(shù)----RAIDADG(AdvanceDataGuarding)技術(shù),能夠為惠普ProLiant服務器提供可靠的數(shù)據(jù)保護。RAIDADG可譯為先進的數(shù)據(jù)保護技術(shù),是惠普RAID容錯方案,將能解決企業(yè)的數(shù)據(jù)損失的問題。RAIDADG技術(shù)最大特點是部署了兩個奇偶校驗集,并提供了2個硬盤(但不是獨立的2個校驗硬盤)的容量存儲這些奇偶校驗信息,能同時容忍兩塊硬盤出現(xiàn)故障,提高企業(yè)數(shù)據(jù)的可靠性。在RAID容量超過2TB和單個RAID卷的總磁盤驅(qū)動器達56個的時候,該技術(shù)實現(xiàn)了錯誤保護等級的突破。

兩年前,NetworkAppliance宣布將其RAID-DP(double-diskparity,雙磁盤奇偶校驗)整合到其全線企業(yè)級存儲系統(tǒng)中,以便在發(fā)生多個與存儲相關(guān)的磁盤出現(xiàn)故障或錯誤時為用戶提供更強的數(shù)據(jù)保護。RAID-DP在異構(gòu)環(huán)境中對企業(yè)數(shù)據(jù)故障恢復提供更高的可靠性。與眾不同的是,NetApp公司稱,其RAID-DP并不會對性能造成很大影響,與RAID4相比,有些應用的性能下降最多不超過3%。
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