磁盤陣列簡介

盤陣列的全稱是：RedundanArrayofInexpensiveDisk，簡稱RAID技術(shù)。它是1988年由美國加州大學(xué)Berkeley分校的DavidPatterson等人提出來的磁盤冗余技術(shù)。從那時起，磁盤陣列技術(shù)發(fā)展得很快，并逐步走向成熟。人們逐漸認(rèn)識了磁盤陣列技術(shù)。磁盤陣列技術(shù)可以詳細(xì)地劃分為若干個級別0-5 RAID技術(shù)，并且又發(fā)展了所謂的 RAID Level 10, 30, 50的新的級別。RAID是廉價冗余磁盤陣列（Redundant Array of Inexpensive Disk）的簡稱。用RAID的好處簡單的說就是：安全性高，速度快，數(shù)據(jù)容量超大。 某些級別的RAID技術(shù)可以把速度提高到單個硬盤驅(qū)動器的400%。磁盤陣列把多個硬盤驅(qū)動器連接在一起協(xié)同工作，大大提高了速度，同時把硬盤系統(tǒng)的可靠性提高到接近無錯的境界。這些“容錯”系統(tǒng)速度極快，同時可靠性極高。

磁盤陣列

獨(dú)立磁盤冗余陣列是把相同的數(shù)據(jù)存儲在多個硬盤的不同的地方的方法。通過把數(shù)據(jù)放在多個硬盤上，輸入輸出操作能以平衡的方式交疊，改良性能。因為多個硬盤增加了平均故障間隔時間（MTBF），儲存冗余數(shù)據(jù)也增加了容錯。 由加利福尼亞大學(xué)伯克利分校（University of California-Berkeley）在1988年，發(fā)表的文章：“A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks”。文章中，談到了RAID這個詞匯，而且定義了RAID的5層級。伯克利大學(xué)研究目的是反映當(dāng)時CPU快速的性能。CPU效能每年大約成長30～50%，而硬磁機(jī)只能成長約7%。研究小組希望能找出一種新的技術(shù)，在短期內(nèi)，立即提升效能來平衡計算機(jī)的運(yùn)算能力。在當(dāng)時，柏克萊研究小組的主要研究目的是效能與成本。  另外，研究小組也設(shè)計出容錯（fault-tolerance），邏輯數(shù)據(jù)備份（logical data redundancy），而產(chǎn)生了RAID理論。研究初期，便宜（Inexpensive）的磁盤也是主要的重點(diǎn)，但后來發(fā)現(xiàn)，大量便宜磁盤組合并不能適用于現(xiàn)實的生產(chǎn)環(huán)境，后來Inexpensive被改為independent，許多獨(dú)立的磁盤組

磁盤陣列  RAID 技術(shù)

概述     

冗余磁盤陣列技術(shù)（Redundant Array of Inexpensive Disks，簡稱RAID技術(shù))是一種數(shù)據(jù)的虛擬存儲技術(shù)，其結(jié)合了多個物理磁盤驅(qū)動器件在一個邏輯磁盤內(nèi)用以實現(xiàn)比單個磁盤更高的存儲性能。其在1987 年由加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson,  Garth  A. Gibson 和  Randy Katz共同提出。起初的研制目的是為了組合小的廉價磁盤來代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲的費(fèi)用，同時也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤失效時不會使數(shù)據(jù)受損，從而開發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)。如下圖所示，當(dāng) RAID 組中的某一磁盤損壞時，服務(wù)器可以通過對其它磁盤的冗余操作，達(dá)到對數(shù)據(jù)的冗余保護(hù)功能。

RAID 技術(shù)利用多個硬盤的組合提高存儲的效率和容錯能力，其主要由兩部分組成，即控制器和磁盤陣列。控制器依據(jù)接口協(xié)議對磁盤陣列中的磁盤進(jìn)行讀寫操作和管理數(shù)據(jù)?？刂破魍ǔＳ蓪Ｓ玫?CPU 構(gòu)成，能夠完成大量的計算任務(wù)。磁盤陣列是由多個磁盤構(gòu)成，其讀寫操作由控制器控制，多個磁盤通過控制器虛擬化成為一個磁盤。

從實現(xiàn)角度來說， RAID 主要分為軟 RAID、硬 RAID 以及軟硬混合 RAID 三種。軟 RAID 所有功能均由操作系統(tǒng)和 CPU 來完成，沒有獨(dú)立的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片，效率自然很低。硬 RAID 配備了專門的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片以及陣列緩沖，不占用 CPU 資源，但成本很高。軟硬混合 RAID 具備 RAID 控制 / 處理芯片，但缺乏 I/O 處理芯片，需要 CPU 和驅(qū)動程序來完成，性能和成本 在軟 RAID 和硬 RAID 之間。

磁盤陣列  RAID 技術(shù)基本原理

RAID 技術(shù)可以將一個硬盤上的任務(wù)分散或copy到多個（少則兩個）磁盤上，借此來提高了性能或建立數(shù)據(jù)冗余以防驅(qū)動器發(fā)生故障?？梢酝ㄟ^設(shè)定設(shè)備的 RAID 模式來決定設(shè)備以何種方式處理數(shù)據(jù)。RAID 配置可讓多個硬盤驅(qū)動器以不同的方式（例如使用條帶技術(shù)或鏡像技術(shù)）組合成單一的運(yùn)行單元。

RAID 的兩個關(guān)鍵目標(biāo)是提高數(shù)據(jù)可靠性和 I/O 性能。磁盤陣列中，數(shù)據(jù)分散在多個磁盤中，然而對于計算機(jī)系統(tǒng)來說，就像一個單獨(dú)的磁盤。通過把相同數(shù)據(jù)同時寫入到多塊磁盤（典型地如鏡像），或者將計算的校驗數(shù)據(jù)寫入陣列中來獲得冗余能力，當(dāng)單塊磁盤出現(xiàn)故障時可以保證不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。有些 RAID 等級允許更多地 磁盤同時發(fā)生故障。在這樣的冗余機(jī)制下，可以用新磁盤替換故障磁盤， RAID 會自動根據(jù)剩余磁盤中的數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)重建丟失的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)一致性和完整性。數(shù)據(jù)分散保存在 RAID 中的多個不同磁盤上，并發(fā)數(shù)據(jù)讀寫要大大優(yōu)于單個磁盤，因此可以獲得更高的聚合 I/O 帶寬。當(dāng)然，磁盤陣列會減少全體磁盤的總可用存儲空間，犧牲空間換取更高的可靠性和性能。比如， RAID1 存儲空間利用率僅有 50% ， RAID5 會損失其中一個磁盤的存儲容量，空間利用率為 (n-1)/n 。