2009/09/11

what is RAID?

1. 什麼是磁碟陣列?
磁碟陣列於計算機術語中簡稱RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)(後亦有Redundant Arrays of Independent Disks的寫法),基本中心思想為將多個相對成本較低的硬碟組合為一陣列組,使其性能接近或超過一個高成本容量的硬碟。其主要運作目標提升讀取效率、增強容錯功能、增加容量。

2. 磁碟陣列發展與由來
美國加州柏克萊大學(University of California Berkeley)於1987年發表文章提到了RAID這個字彙。其研究發展目的為反應當時硬碟效能發展與CPU效能無法達成平衡,欲於有限的成本內提升電腦的運算能力。研究小組設計出容錯(fault-tolerance)與邏輯資料備份(logic data redundant),進而發展RAID理論。

3. 磁碟陣列的優點
  • 傳輸速率快
  • 儲存容量提升
  • 提升每秒I/O的數量
  • 增加資料安全及穩定性
4. 各式磁碟陣列介紹

    一. JBOD(Just Bunch of Disks)
         某些分類上,JBOD並不算RAID等級,其僅將多硬碟合併成一個大型的邏輯磁碟,不具資料備援。運作方式是從第一顆磁碟開始依序將資料往後存放,若第一個實體硬碟資料損毀,通常全部資料即無法救援(FAT表損毀)。

    二. RAID 0(Striped)
         亦稱為等量磁區(stripe set)其原理將多顆磁碟並列為一大型邏輯磁碟,平行進行 I/O,存放資料時將資料按磁碟個數分段同時寫入。所有RAID種類中RAID0速度最快,但若其中一個實體磁碟資料損毀,所有資料將同時丟失。理論上RAID0磁碟效能為【單一磁碟效能】×【磁碟數】,但受限於硬體I/O瓶頸,RAID效能會隨邊際遞減。


    三. RAID1(Mirrored)
         單純僅為映像(mirror),其原理為主磁碟存放資料同時,映像磁碟寫入一樣資料。當主實體磁碟資料損毀,映像磁碟將接替主硬碟工作。理論上RAID1資料安全性為所有級別中最好的,但無論用多少實體硬碟做RAID1,僅算一磁碟的容量,是所有磁碟陣列中磁碟利用率最低的。

    四. RAID2
         為RAID0改良版,以漢明碼(Hamming Code)將資料編碼分割為獨立位元,並將資料分別寫入。資料存取時亦加入了ECC(Error Correcting Code)位元檢查碼,而檢查碼需紀錄在額外的硬碟內,故資料整體容量比原始資料大,至少需三顆實體硬碟才能運作。

   
    五. RAID3
         採用資料交錯儲存技術(Bit-interleaving),以位元組的方式將資料分配至各硬碟中,同位元檢查碼則存於其他硬碟。存取每筆資料時皆需至另個硬碟讀取檢查碼,適合讀取大量資料時使用。

    六. RAID4
          與RAID3不同是以區塊(block)為單位將資料分別儲存,但讀取檢查碼仍是速度的瓶頸。

    七. RAID5(Parity RAID)
          工作原理與RAID3類似,主要差別於同位元資料沒有固定在同一顆硬碟,是以輪流方式儲存於各硬碟上,亦稱輪轉同位元。若陣列中任一磁碟資料損毀,利用同位檢查碼與其他區塊資料運算恢復損壞的資料。需要硬碟數為3以上。

    八. RAID6
         與RAID5相同,僅同位元檢查部分加倍。容錯能力增加至若有兩顆硬碟資料同時損毀也能運作無誤,但是寫入效能極差,很少得到實際應用。此模式至少需五個實體硬碟。

     九. RAID7
           為一新的RAID 標準,自身具智慧化即時操作及用於存儲管理的軟體,可獨立運行,不需透過主機,不佔用主機CPU資源。RAID7可視為一存儲電腦有別於其他現有的RAID標準。

    十. RAID10(Striped & Mirrored)
          另分為RAID1+0及0+1。RAID1+0為先鏡射再分割資料,將所有硬碟分為兩組,分別視為RAID0,再將兩個組做RAID1的處理。此方法同時有不錯的讀取速度及資料保護性。RAID0+1將資料先分割再鏡射至兩組磁碟。先行做出RAID1後,兩組再以RAID0運作。0+1讀寫速度優於1+0,但是多了使磁碟組停止運作的可能;只要同組的資料全部損毀,0+1磁碟組即停止運作。需要硬碟數為四以上的偶數。

十一.RAID5+0
        將資料分割為條帶,同一時間內對多磁碟寫入。透過RAID5的方法,也是以同位元資料保證資料安全,且均勻分布於各磁碟。目的為提升RAID5讀寫效能。

5. 常用RAID架構比較表


  

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