主流磁盘阵列技术介绍.doc

1、RAID 就是盘子+乒乓球主流磁盘阵列技术介绍很多朋友都清楚，很多知识是不会在学校的教科书里被提及的。即使你是学计算机专业的，也仍然会有很多重要的原理、方法、技巧在书本上没有涉及。本周，我们将继续来学习这些平时在课堂上无法学到的事。RAID，是今年来听到频率较高的词汇之一。因为硬盘降价，因为 SATA 硬盘的流行，因为主板厂家在其产品中加入了对 RAID 的支持。 RAID 因廉价而迅速进入了普通用户的采购计划中。但什么是RAID？RAID 能为我们带来什么好处？今天，我们就要来解释这一问题。所用的道具，就是“盘子+ 乒乓球” 。“盘子理论”：图解 RAID在“盘子理论”中，我们引入了盘子、乒

2、乓球和水管（图 1） 。其中盘子代表存储数据的硬盘，水管代表数据传输的总线或通道，而乒乓球则代表传输的数据。我们给每个乒乓球进行了编号，这样，从编号中我们就可以看出乒乓球传输情况。小知识：组建 RAID（Redundant Arrays of Independent Disks，磁盘冗余阵列）的初衷是利用较廉价的多个小容量磁盘进行组合来替代价格昂贵的大容量磁盘，并且还希望单个磁盘损坏后不会影响到其他磁盘的继续使用，使数据的存储更加安全、高速和易于管理。但是随着硬盘存储技术的发展，RAID 技术已经不仅仅限于组件大容量硬盘的用途。安全、高速已经成为了 RAID 技术新的特征。RAID 的种类非常

3、多，目前比较常见的分类主要有 RAID 0、RAID 1、RAID 0+1、RAID 5 和JBOD 等。从表面上看我们可能觉得只是编号上细微差异，但实际上它们的工作原理和实现的目的却是大相径庭。RAID 0：玩的就是速度优点：成倍提高读写速度、节省投资不足：安全性一般最少需要硬盘数：两个针对人群：一些对数据安全性要求不高的高端游戏 PC、工作站用户RAID 0 的工作原理用“盘子原理”来解释非常简单，把作为数据的乒乓球分别编号。通过管道，把乒乓球分别放到两个盘子中去。这样做的好处就是可以提高硬盘的存储速度，系统总的硬盘容量也等于每个硬盘的容量之和（采用相同规格、型号的情况下） ，硬盘利用率高

4、。如图 2 所示，在数据源部分有六个等待写入磁盘的数据，在控制芯片的控制下，我们看到乒乓球按照编号的奇、偶不同分别通过管道被装到下面的两个盘子里面。因为有两个盘子同时装从管道送过来的乒乓球，这样无疑会成倍地缩短装完来自数据源的乒乓球所用的时间。不过我们也可以想像得到，当两个盘子中的一个意外摔碎的时候，这也意味着有一半的数据永远无法恢复，从而导致整个数据源数据的丢失和破坏。所以说，RAID 0 可以提高数据的读写速度，但是数据丢失的风险却成倍增加，不适合对数据有着较高安全性的应用场合。你知道吗：组建 RAID 0 至少需要两块以上的硬盘，从理论上讲，更多的硬盘会极大的提高数据读写的速度，但是受限

5、于数据传输带宽和安全性问题，使用过多的硬盘组件 RAID 0 的意义也就显得不是太大。RAID 1：要的就是安全优点：成倍提高数据的安全性不足：读写速度没有提升，组建成本较高最少需要硬盘数：两个针对人群：对数据安全性有较高要求的用户RAID 1 和 RAID 0 相比，同样只要两块硬盘就能实现。它的工作原理是把数据同时写入到两块不同的硬盘里，起到备份数据的作用。通过图 3，我们看到在 RAID 控制器的作用下，全部乒乓球（数据）通过管道装到盘子 1（磁盘 1）的同时，也被 RAID 控制芯片“复制”了一份“镜像”装到了盘子 2（磁盘 2）里面。当其中的一个盘子（磁盘）损坏时，只要我们更换掉损坏

6、的盘子，乒乓球（数据）就会在 RAID 控制的作用下以同样的方式“复制”到更换后的空磁盘上，成倍地提高了数据的安全性。但是我们也可以看到，由于 RAID 1 中附加的硬盘只是起到数据备份的作用，所以导致硬盘的利用率降低，在速度和容量上与使用单块硬盘没什么区别。另外需要说明的是，当某一个硬盘出现问题被更换掉后，将不会影响到整个系统的正常运行，RAID 控制器会自动比较两个硬盘里面的数据，直到恢复到完全相同为止。你知道吗：如果使用 N 个硬盘来组建 RAID 1，那么数据的安全性就会增加到原来的 N 倍，相应的在系统硬盘容量上的利用率也减小到原来的 1/N。就是说，如果你用 3 块容量为 160G

7、B 的硬盘来组建 RAID 1，最后的容量也仍然为 160GB。如果用一块 80GB 和一块 160GB 容量的硬盘来组建，最后的硬盘容量也只有 80GB。RAID 5：要速度，也要安全优点：在速度、安全性、成本方面取得了平衡不足：需要硬盘数过多最少需要硬盘数：三个针对人群：对数据速度、安全性有较高要求的用户RAID 5 是目前在服务器领域应用得较多的一种磁盘阵列方案，这种方案兼顾了速度、安全性和成本三个因素，因此也深受用户的喜爱。如果要组建 RAID 5 至少需要三块或更多的硬盘，可以说 RAID 5 是综合了 RAID 0 和 RAID 1 优点的一种方案，兼顾了速度与安全。如图 4 所示

8、，我们看到乒乓球（数据）同样被分成三个部分分别写入到了三个硬盘里面，这个和RAID 0 比较类似。但是同时我们也看到在每个盘子里面多出了一个绿色的乒乓球，这些球来自哪里，到底有什么作用呢？说起来也不复杂，绿色的球在这里起到了一个数据校验位的作用。打个比方，当我们在盘子 1 中装入乒乓球 1 的时候（假设它代表的数值等同于自身编号大小） ，盘子 2 中装入乒乓球 2 的时候，这时候RAID 控制器会自动的生成一个绿色的球并装入盘子 3 中，而且绿色球的编号刚好等于 1 号球和 2 号球数值大小之和，也就是 3。以此类推，球会按照一定的规律装到不同的磁盘里面，并同时生成绿色的校验球分别装入三个磁盘

9、里面。之所以把绿色的校验球装入不同的磁盘，这样可以减小校验磁盘损坏带来的数据丢失的风险。当某一个磁盘损坏的时候，我们来看看数据是怎样恢复的。如磁盘 2 损坏，RAID 控制器会根据磁盘1 和磁盘 3 中的内容还原磁盘 2 中的内容。如 2 号球的值可以根据 3 号绿球的值减去 1 号球的值还原，而3 号球的值可以根据 7 号绿色球和 4 号球的值相减得到当然，这里所说的相加、相减校验算法只是为了方便说明问题，RAID 5 实际的校验算法可能和例子存在差别，但是不管怎么说，硬盘读写的数据永远脱离不了 0 和 1 两个数据。总结：RAID 作为一种具备多种功能的磁盘存储解决方案，已经在服务器和工作站领域得到广泛的应用，而本文所介绍的三种 RAID 也是目前使用得较多的。尽管还有很多其他的 RAID 类型没有被提到，但是“万变不离其宗” ，很多 RAID 技术都是 RAID 0、RAID 1 或 RAID 5 的延伸，我们只要了解了基本的 RAID 工作原理，其他类型的看看资料也就会迎刃而解。