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生产环境下的存储服务器磁盘RAID阵列怎么选型?

1、基本概念

RAID(Redundant Array of Independent Disks )即独立磁盘冗余阵列,它是一种把多块独立的硬盘(物理硬盘)按不同的方式组合起来形成一个硬盘组(逻辑硬盘),从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。RAID 的基本思想是将多个容量较小、相对廉价的磁盘进行有机组合,从而以较低的成本获得与昂贵大容量磁盘相当的容量、性能、可靠性。

2、RAID分类

从大的方向来划分,分两类:

  • 软RAID
  • 硬RAID

软RAID所有功能均有操作系统和CPU来完成,没有独立的RAID控制器处理芯片和I/O处理芯片,效率低

硬RAID配备了专门的 RAID控制器处理芯片和 I/O 处理芯片以及阵列缓冲,不占用CPU资源,但成本高

3、RAID的关键技术

RAID的关键技术有3个,其特点如下表:

关键技术 技术特点
镜像 Mirroring,将数据复制到多个磁盘。一方面可以提高可靠性,另一方面可并发从两个或多个副本读取数据来提高读性能。显而易见,镜像的写性能要稍低,确保数据正确地写到多个磁盘需要更多的时间消耗。
数据条带 将数据分片保存在多个不同的磁盘,多个数据分片共同组成一个完整数据副本,这与镜像的多个副本是不同的,它通常用于性能考虑。数据条带具有更高的并发粒度,当访问数据时,可以同时对位于不同磁盘上数据进行读写操作,从而获得非常可观的 I/O 性能提升。
数据校验( Data parity ) 利用冗余数据进行数据错误检测和修复,冗余数据通常采用海明码、异或操作等算法来计算获得。利用校验功能,可以很大程度上提高磁盘阵列的可靠性和容错能力。不过,数据校验需要从多处读取数据并进行计算和对比,会影响系统性能。

4、RAID的等级

一般公认的标准是 RAID0 ~ RAID5。实际应用领域中使用最多的RAID 等级是 RAID0 、 RAID1 、RAID5 、RAID10。RAID每一个等级代表一种实现方法和技术,等级之间并无高低之分。

4.1RAID 0

称为条带模式。即把连续的数据分散到多个磁盘上存取。当系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行,每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽,显著提高磁盘整体存取性能。因为读取和写入是在设备上并行完成的,读取和写入性能将会增加,这通常是运行RAID0的主要原因。但RAID0没有数据冗余,如果驱动器出现故障,那么将无法恢复任何数据。

用1块磁盘可以做RAID0。

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4.2RAID 1

RAID 1又称为磁盘镜像(Mirroring)。它是一个具有全冗余的模式。RAID 1可以用于两个或2xN个磁盘,并使用0块或更多的备用磁盘,每次写数据时会同时写入镜像盘。这种阵列可靠性很高,但其有效容量减小到总容量的一半,同时 这些磁盘的大小应该相等,否则总容量只具有最小磁盘的大小。RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但是其磁盘的利用率却只有50%,是所有RAID级别中最低的。至少需要2块硬盘来做RAID1。

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4.3RAID 5

RAID 5 是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折中方案。

其特点是:

  • 最少3块磁盘
  • 数据条带形式分布
  • 以奇偶校验作冗余

应用场景:

适合多读少写的情景,是性能与数据冗余最佳的折中方案。

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4.4RAID 1+0

RAID 1+0(又叫RAID 10)特点:

  • 最少需要4块磁盘
  • 先按RAID1分成两组,再分别对两组按RAID 0方式条带化 (先做镜象,然后再做条带)
  • 兼顾冗余(提供镜像存储)和性能(数据条带形分布)

在实际应用中较为常用。

生产环境下的存储服务器磁盘RAID阵列怎么选型?

 

4.5RAID 0+1

又叫RAID 01

特点:

  • 最少需要4块磁盘
  • 先按RAID 0分成两组,再分别对两组按RAID 1方式镜像(先做条带,然后再做镜象
  • 兼顾冗余(提供镜像存储)和性能(数据条带形分布)

生产环境下的存储服务器磁盘RAID阵列怎么选型?

 

5、生产服务器磁盘RAID选型

对于在实际生产环境中,RAID选型参考如下表:

类型 读写性能 安全性 磁盘利用率 成本 应用方面
RAID0 最好(因并行性而提高) 最差(完全无安全保障) 最高(100%) 最低 对安全性要求不是特别高、大文件写存储的系统
RAID1 读和单个磁盘无分别,写则要写两边 最高(提供数据的百分之百备份) 差(50%) 较高 适用于存放重要数据,如服务器和数据库存储等领域。
RAID5 读:RAID 5=RAID 0(相近似的数据读取速度)
写:RAID 5<对单个磁盘进行写入操作(多了一个奇偶校验信息写入)
RAID 5<RAID 1 RAID 5>RAID 1 中等 是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。
RAID10 读:RAID10=RAID0
写:RAID10=RAID1
RAID10=RAID1 RAID10=RAID1(50%) 较高 集合了RAID0,RAID1的优点,但是空间上由于使用镜像,而不是类似RAID5的“奇偶校验信息”,磁盘利用率一样是50% 。

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题图来自Unsplash,基于CC0协议

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文章名称:《生产环境下的存储服务器磁盘RAID阵列怎么选型?》

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