磁碟陣列(RAID)說明

何謂 RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks)?

現今儲存業界所面臨的兩個主要挑戰為:藉由改善磁碟 I/O 的生產力以跟上電腦系統與日漸增之效能需求的腳步,以及在硬碟發生問題時提供資料的存取度。

RAID (獨立磁碟多重陣列) 的構想最先是由加州柏克萊大學的 David A. Patterson、Garth Gibson 及 Randy H. Katz 在 1988 年所提出的。RAID 的目的在於將相同的資料儲存在多個磁碟機中不同的地方,並且改善儲存子系統的效能。RAID 的優點為提供更好的生產力效能及/或資料錯誤容忍度。透過將工作量平行分散到多個實體磁碟機中可以達到較好的效能。而藉由資料多重操作,當一個 (或多個) 磁碟機或磁區發生問題時,可以在另一個磁碟機中找到資料的映射拷貝,則可達到錯誤容忍度。

RAID 在作業系統中顯示為一個單一的邏輯磁碟機。RAID 控制器控制資料如何在實體及邏輯陣列之間被儲存及存取。RAID 控制器協助使用者確保作業系統僅看得見邏輯磁碟機,同時使用者也不需要擔心如何管理此複雜的架構。

為了獲得最佳的結果,請選擇同一個磁碟機安裝在磁碟陣列。磁碟機的配對效能讓陣列能夠運作得比單一的磁碟機更好。


各階層磁碟陣列(RAID)介紹:

磁碟陣列是由2個以上的硬碟,模擬一個邏輯硬碟出現在系統中;使用磁碟陣列控制器以達成其存在,利用不同陣列形式,模擬各種層級。現在我們先來了解磁碟陣列(RAID)到底有幾種模式,一般最常提到及應用的RAID層級分為0、1、0+1、3及5。另外還有一些極少用到的RAID 4及RAID 6在此我們就不提它了。


以下就是各個階層的介紹及圖解:

RAID 0:Striping/Span (切分/延展)
RAID 1:Mirroring (磁碟鏡射)
RAID 0+1:Mirror + Striping (磁碟鏡射+切分/延展)
RAID 3:Parallel with Parity (平行同位元檢查)
RAID 5:Striping with Rotating Parity (切分/延展+輪轉同位元)

RAID 0:Striping/Span (切分/延展) RAID 0,它是將資料儲存在2個以上的硬碟機,其將全部磁碟機的儲存容量合併,藉由將資料切分到全部的磁碟機上,進行平行讀寫,而達到提高效能增加容量。但是缺點是完全沒有容錯能力,只要有一個磁碟故障,就會導致陣列磁碟的所有資料,毀於一旦無法挽回。




RAID 1:Mirroring (磁碟鏡射)
RAID 1,必須由2個以上的硬碟所組成,由磁碟陣列(RAID)來控制,將資料同時寫入第1個與第2個硬碟,其2組硬碟上的資料完全相同,也就是其中一個硬碟是用來作備份用途;當其中有一個硬碟故障時,系統照常運作正常。RAID 1是所有RAID階層上,經濟效益最好,效能很高,極佳的資料安全性。是所有階層中使用最多最廣最符合當初RAID設計概念的一種。唯一小缺點是,其陣列磁碟容量是全部硬碟容量的一半。



RAID 0+1:
Mirror + Striping (磁碟鏡射+切分/延展) RAID 0+1,是結合了RAID 0與1兩種模式,這個階層須具備4個或以上的雙數硬碟所組成。這個模式是由2個硬碟遵守RAID 0規範,設定成一組,再由每組間遵循RAID 1的規範,使RAID 0+1擁有容錯力及整體讀寫速度與資料安全性。不過,缺點是成本很高。



RAID 3:Parallel with Parity (平行同位元檢查)
RAID 3,最少須3個硬碟或以上,這個階層的磁碟陣列具備了同位元高階智慧型演算法,利用一個硬碟來儲存其運算出來的同位元值的資料。當陣列磁碟中有一個硬碟發生故障時(當然不能是同位元碟),只要換上新硬碟後,磁碟陣列控制器就能利用同位元碟的資料,重新演算得到其舊有資料並回寫建立。因為其同位元檢查資料是將資料切割成數個區段,利用XOR演算法計算出同位元資料;而其區段以Bytes計算時,稱為RAID 3,如果是以Block計算時,就稱為RAID 4。所以RAID 3在整體讀寫效能會較慢較差,但在成本上會比RAID 0+1還省一點,其陣列磁碟整體容量計算公式為N-1。

RAID 5:Striping with Rotating Parity (切分/延展+輪轉同位元)
RAID 5,最少須3個硬碟,其工作原理與RAID 3相似,主要差別是其同位元資料沒有固定在同個硬碟,是以輪流方式儲存在每個硬碟上,故稱輪轉同位元。當磁碟陣列控制器利用XOR演算出同位元檢查資料後,會隨著資料分別寫入各台硬碟上,因此整體讀寫效能比RAID 3要好一些,當然比RAID 0要差。不過在大型資料處理時,需同時讀寫多個硬碟,而同位元檢查是由磁碟陣列控制器的XOR邏輯所控制的,所以資料處理越大越多時,一定會有所遺失,但這個階層的RAID還是可以提供很高的容錯能力。

RAID 等級的硬碟機容量








資料來源:
http://www.aopen.com.tw/tech/techinside/RAID.htm
http://home.so-net.com.hk/~lfchan/ebook/source/266.htm


RAID模式一覽:安全性與效能分析

RAID模式 硬碟數量 資料安全性 可利用性 實際容量 傳輸效能 架設成本
0 1+ 略差 極差 100% 極佳 極低
1 2 良好 良好 50% 尚可 偏低
3 3+ 尚可 良好 (x-1)/ x 尚可 中等
5 3+ 尚可 良好 (x-1)/ x 良好 中等
0+1 4、6、8… 良好 良好 50% 良好 中等

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