RAID

RAID簡介

　　磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有“獨(dú)立磁盤構(gòu)成的具有冗余能力的陣列”之意。

　　磁盤陣列是由很多價(jià)格較便宜的磁盤，組合成一個(gè)容量巨大的磁盤組，利用個(gè)別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生加成效果提升整個(gè)磁盤系統(tǒng)效能。利用這項(xiàng)技術(shù)，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個(gè)硬盤上。

　　磁盤陣列還能利用同位檢查（Parity Check）的觀念，在數(shù)組中任意一個(gè)硬盤故障時(shí)，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)，將數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后重新置入新硬盤中。分類

　　磁盤陣列其樣式有三種，一是外接式磁盤陣列柜、二是內(nèi)接式磁盤陣列卡，三是利用軟件來仿真。

RAID百科

　　磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有“獨(dú)立磁盤構(gòu)成的具有冗余能力的陣列”之意。

　　磁盤陣列是由很多價(jià)格較便宜的磁盤，組合成一個(gè)容量巨大的磁盤組，利用個(gè)別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生加成效果提升整個(gè)磁盤系統(tǒng)效能。利用這項(xiàng)技術(shù)，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個(gè)硬盤上。

　　磁盤陣列還能利用同位檢查（Parity Check）的觀念，在數(shù)組中任意一個(gè)硬盤故障時(shí)，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)，將數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后重新置入新硬盤中。分類

　　磁盤陣列其樣式有三種，一是外接式磁盤陣列柜、二是內(nèi)接式磁盤陣列卡，三是利用軟件來仿真。

　　外接式磁盤陣列柜最常被使用大型服務(wù)器上，具可熱交換（Hot Swap）的特性，不過這類產(chǎn)品的價(jià)格都很貴。

　　內(nèi)接式磁盤陣列卡，因?yàn)閮r(jià)格便宜，但需要較高的安裝技術(shù)，適合技術(shù)人員使用操作。硬件陣列能夠提供在線擴(kuò)容、動態(tài)修改陣列級別、自動數(shù)據(jù)恢復(fù)、驅(qū)動器漫游、超高速緩沖等功能。它能提供性能、數(shù)據(jù)保護(hù)、可靠性、可用性和可管理性的解決方案。陣列卡專用的處理單元來進(jìn)行操作。

　　利用軟件仿真的方式，是指通過網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)自身提供的磁盤管理功能將連接的普通SCSI卡上的多塊硬盤配置成邏輯盤，組成陣列。軟件陣列可以提供數(shù)據(jù)冗余功能，但是磁盤子系統(tǒng)的性能會有所降低，有的降低幅度還比較大，達(dá)30%左右。因此會拖累機(jī)器的速度，不適合大數(shù)據(jù)流量的服務(wù)器。

　　原理

　　磁盤陣列作為獨(dú)立系統(tǒng)在主機(jī)外直連或通過網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)相連。磁盤陣列有多個(gè)端口可以被不同主機(jī)或不同端口連接。一個(gè)主機(jī)連接陣列的不同端口可提升傳輸速度。

　　和當(dāng)時(shí)PC用單磁盤內(nèi)部集成緩存一樣，在磁盤陣列內(nèi)部為加快與主機(jī)交互速度，都帶有一定量的緩沖存儲器。主機(jī)與磁盤陣列的緩存交互，緩存與具體的磁盤交互數(shù)據(jù)。

　　在應(yīng)用中，有部分常用的數(shù)據(jù)是需要經(jīng)常讀取的，磁盤陣列根據(jù)內(nèi)部的算法，查找出這些經(jīng)常讀取的數(shù)據(jù)，存儲在緩存中，加快主機(jī)讀取這些數(shù)據(jù)的速度，而對于其他緩存中沒有的數(shù)據(jù)，主機(jī)要讀取，則由陣列從磁盤上直接讀取傳輸給主機(jī)。對于主機(jī)寫入的數(shù)據(jù)，只寫在緩存中，主機(jī)可以立即完成寫操作。然后由緩存再慢慢寫入磁盤。

　　優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)

　　提高傳輸速率。RAID通過在多個(gè)磁盤上同時(shí)存儲和讀取數(shù)據(jù)來大幅提高存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量（Throughput）。在RAID中，可以讓很多磁盤驅(qū)動器同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，而這些磁盤驅(qū)動器在邏輯上又是一個(gè)磁盤驅(qū)動器，所以使用RAID可以達(dá)到單個(gè)磁盤驅(qū)動器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率。這也是RAID最初想要解決的問題。因?yàn)楫?dāng)時(shí)CPU的速度增長很快，而磁盤驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸速率無法大幅提高，所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾。RAID最后成功了。

　　通過數(shù)據(jù)校驗(yàn)提供容錯功能。普通磁盤驅(qū)動器無法提供容錯功能，如果不包括寫在磁盤上的CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）碼的話。RAID容錯是建立在每個(gè)磁盤驅(qū)動器的硬件容錯功能之上的，所以它提供更高的安全性。在很多RAID模式中都有較為完備的相互校驗(yàn)/恢復(fù)的措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提高了RAID系統(tǒng)的容錯度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定冗余性。

　　缺點(diǎn)

　　RAID0沒有冗余功能，如果一個(gè)磁盤（物理）損壞，則所有的數(shù)據(jù)都無法使用。RAID1磁盤的利用率最高只能達(dá)到50%（使用兩塊盤的情況下），是所有RAID級別中最低的。RAID0+1以理解為是RAID 0和RAID 1的折中方案。RAID 0+1可以為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全保障，但保障程度要比 Mirror低而磁盤空間利用率要比Mirror高。

　　RAID級別

　　1、RAID 0

　　RAID 0是最早出現(xiàn)的RAID模式，即Data Stripping數(shù)據(jù)分條技術(shù)。RAID 0是組建磁盤陣列中最簡單的一種形式，只需要2塊以上的硬盤即可，成本低，可以提高整個(gè)磁盤的性能和吞吐量。RAID 0沒有提供冗余或錯誤修復(fù)能力，但實(shí)現(xiàn)成本是最低的。

　　RAID 0最簡單的實(shí)現(xiàn)方式就是把N塊同樣的硬盤用硬件的形式通過智能磁盤控制器或用操作系統(tǒng)中的磁盤驅(qū)動程序以軟件的方式串聯(lián)在一起創(chuàng)建一個(gè)大的卷集。在使用中電腦數(shù)據(jù)依次寫入到各塊硬盤中，它的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以整倍的提高硬盤的容量。如使用了三塊80GB的硬盤組建成RAID 0模式，那么磁盤容量就會是240GB。其速度方面，各單獨(dú)一塊硬盤的速度完全相同。最大的缺點(diǎn)在于任何一塊硬盤出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)將會受到破壞，可靠性僅為單獨(dú)一塊硬盤的1/N。

　　為了解決這一問題，便出現(xiàn)了RAID 0的另一種模式。即在N塊硬盤上選擇合理的帶區(qū)來創(chuàng)建帶區(qū)集。其原理就是將原先順序?qū)懭氲臄?shù)據(jù)被分散到所有的四塊硬盤中同時(shí)進(jìn)行讀寫。四塊硬盤的并行操作使同一時(shí)間內(nèi)磁盤讀寫的速度提升了4倍。

　　在創(chuàng)建帶區(qū)集時(shí)，合理的選擇帶區(qū)的大小非常重要。如果帶區(qū)過大，可能一塊磁盤上的帶區(qū)空間就可以滿足大部分的I/O操作，使數(shù)據(jù)的讀寫仍然只局限在少數(shù)的一、兩塊硬盤上，不能充分的發(fā)揮出并行操作的優(yōu)勢。另一方面，如果帶區(qū)過小，任何I/O指令都可能引發(fā)大量的讀寫操作，占用過多的控制器總線帶寬。因此，在創(chuàng)建帶區(qū)集時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，慎重的選擇帶區(qū)的大小。

　　帶區(qū)集雖然可以把數(shù)據(jù)均勻的分配到所有的磁盤上進(jìn)行讀寫。但如果我們把所有的硬盤都連接到一個(gè)控制器上的話，可能會帶來潛在的危害。這是因?yàn)楫?dāng)我們頻繁進(jìn)行讀寫操作時(shí)，很容易使控制器或總線的負(fù)荷 超載。為了避免出現(xiàn)上述問題，建議用戶可以使用多個(gè)磁盤控制器。最好解決方法還是為每一塊硬盤都配備一個(gè)專門的磁盤控制器。

　　雖然RAID 0可以提供更多的空間和更好的性能，但是整個(gè)系統(tǒng)是非常不可靠的，如果出現(xiàn)故障，無法進(jìn)行任何補(bǔ)救。所以，RAID 0一般只是在那些對數(shù)據(jù)安全性要求不高的情況下才被人們使用。

　　2、RAID 1

　　RA

　　ID 1稱為磁盤鏡像，原理是把一個(gè)磁盤的數(shù)據(jù)鏡像到另一個(gè)磁盤上，也就是說數(shù)據(jù)在寫入一塊磁盤的同時(shí)，會在另一塊閑置的磁盤上生成鏡像文件，在不影響性能情況下最大限度的保證系統(tǒng)的可靠性和可修復(fù)性上，只要系統(tǒng)中任何一對鏡像盤中至少有一塊磁盤可以使用，甚至可以在一半數(shù)量的硬盤出現(xiàn)問題時(shí)系統(tǒng)都可以正常運(yùn)行，當(dāng)一塊硬盤失效時(shí)，系統(tǒng)會忽略該硬盤，轉(zhuǎn)而使用剩余的鏡像盤讀寫數(shù)據(jù)，具備很好的磁盤冗余能力。雖然這樣對數(shù)據(jù)來講絕對安全，但是成本也會明顯增加，磁盤利用率為50%，以四塊80GB容量的硬盤來講，可利用的磁盤空間僅為160GB。另外，出現(xiàn)硬盤故障的RAID系統(tǒng)不再可靠，應(yīng)當(dāng)及時(shí)的更換損壞的硬盤，否則剩余的鏡像盤也出現(xiàn)問題，那么整個(gè)系統(tǒng)就會崩潰。更換新盤后原有數(shù)據(jù)會需要很長時(shí)間同步鏡像，外界對數(shù)據(jù)的訪問不會受到影響，只是這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的性能有所下降。因此，RAID 1多用在保存關(guān)鍵性的重要數(shù)據(jù)的場合。

　　RAID 1主要是通過二次讀寫實(shí)現(xiàn)磁盤鏡像，所以磁盤控制器的負(fù)載也相當(dāng)大，尤其是在需要頻繁寫入數(shù)據(jù)的環(huán)境中。為了避免出現(xiàn)性能瓶頸，使用多個(gè)磁盤控制器就顯得很有必要。

　　3、RAID0+1

　　從RAID 0+1名稱上我們便可以看出是RAID0與RAID1的結(jié)合體。在我們單獨(dú)使用RAID 1也會出現(xiàn)類似單獨(dú)使用RAID 0那樣的問題，即在同一時(shí)間內(nèi)只能向一塊磁盤寫入數(shù)據(jù)，不能充分利用所有的資源。為了解決這一問題，我們可以在磁盤鏡像中建立帶區(qū)集。因?yàn)檫@種配置方式綜合了帶區(qū)集和鏡像的優(yōu)勢，所以被稱為RAID 0+1。把RAID0和RAID1技術(shù)結(jié)合起來，數(shù)據(jù)除分布在多個(gè)盤上外，每個(gè)盤都有其物理鏡像盤，提供全冗余能力，允許一個(gè)以下磁盤故障，而不影響數(shù)據(jù)可用性，并具有快速讀/寫能力。RAID0+1要在磁盤鏡像中建立帶區(qū)集至少4個(gè)硬盤。

　　4、RAID： LSI MegaRAID、Nytro和Syncro

　　MegaRAID、Nytro和Syncro都是LSI 針對RAID而推出的解決方案，并且一直在創(chuàng)造更新。

　　LSI MegaRAID的主要定位是保護(hù)數(shù)據(jù)，通過高性能、高可靠的RAID控制器功能，為數(shù)據(jù)提供高級別的保護(hù)。LSI MegaRAID在業(yè)界有口皆碑。

　　LSI Nytro的主要定位是數(shù)據(jù)加速，它充分利用當(dāng)今備受追捧的閃存技術(shù)，極大地提高數(shù)據(jù)I/O速度。LSI Nytro包括三個(gè)系列：LSI Nytro WarpDrive加速卡、LSI Nytro XD 應(yīng)用加速存儲解決方案和LSI Nytro MegaRAID 應(yīng)用加速卡。Nytro MegaRAID主要用于DAS環(huán)境，Nytro WarpDrive加速卡主要用于SAN和NAS環(huán)境，Nytro XD解決方案由Nytro WarpDrive加速卡和Nytro XD 智能高速緩存軟件兩部分構(gòu)成。

　　LSI Syncro的定位主要用于數(shù)據(jù)共享，提高系統(tǒng)的可用性、可擴(kuò)展性，降低成本。

　　LSI通過MegaRAID提供基本的可靠性保障;通過Nytro實(shí)現(xiàn)加速;通過Syncro突破容量瓶頸，讓價(jià)格低廉的存儲解決方案可以大規(guī)模擴(kuò)展，并且進(jìn)一步提高可靠性。5、RAID2：帶海明碼校驗(yàn)

　　從概念上講，RAID 2 同RAID 3類似， 兩者都是將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的硬盤上， 條塊單位為位或字節(jié)。然而RAID 2 使用一定的編碼技術(shù)來提供錯誤檢查及恢復(fù)。這種編碼技術(shù)需要多個(gè)磁盤存放檢查及恢復(fù)信息，使得RAID 2技術(shù)實(shí)施更復(fù)雜。因此，在商業(yè)環(huán)境中很少使用。下圖左邊的各個(gè)磁盤上是數(shù)據(jù)的各個(gè)位，由一個(gè)數(shù)據(jù)不同的位運(yùn)算得到的海明校驗(yàn)碼可以保存另一組磁盤上。由于海明碼的特點(diǎn)，它可以在數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤的情況下將錯誤校正，以保證輸出的正確。它的數(shù)據(jù)傳送速率相當(dāng)高，如果希望達(dá)到比較理想的速度，那最好提高保存校驗(yàn)碼ECC碼的硬盤，對于控制器的設(shè)計(jì)來說，它又比RAID3，4或5要簡單。沒有免費(fèi)的午餐，這里也一樣，要利用海明碼，必須要付出數(shù)據(jù)冗余的代價(jià)。輸出數(shù)據(jù)的速率與驅(qū)動器組中速度最慢的相等。

　　6 、RAID3：帶奇偶校驗(yàn)碼的并行傳送

　　這種校驗(yàn)碼與RAID2不同，只能查錯不能糾錯。它訪問數(shù)據(jù)時(shí)一次處理一個(gè)帶區(qū)，這樣可以提高讀取和寫入速度。校驗(yàn)碼在寫入數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生并保存在另一個(gè)磁盤上。需要實(shí)現(xiàn)時(shí)用戶必須要有三個(gè)以上的驅(qū)動器，寫入速率與讀出速率都很高，因?yàn)樾ｒ?yàn)位比較少，因此計(jì)算時(shí)間相對而言比較少。用軟件實(shí)現(xiàn)RAID控制將是十分困難的，控制器的實(shí)現(xiàn)也不是很容易。它主要用于圖形（包括動畫）等要求吞吐率比較高的場合。不同于RAID 2，RAID 3使用單塊磁盤存放奇偶校驗(yàn)信息。如果一塊磁盤失效，奇偶盤及其他數(shù)據(jù)盤可以重新產(chǎn)生數(shù)據(jù)。 如果奇偶盤失效，則不影響數(shù)據(jù)使用。RAID 3對于大量的連續(xù)數(shù)據(jù)可提供很好的傳輸率，但對于隨機(jī)數(shù)據(jù)，奇偶盤會成為寫操作的瓶頸。

　　7、RAID4：帶奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)

　　RAID4和RAID3很象，不同的是，它對數(shù)據(jù)的訪問是按數(shù)據(jù)塊進(jìn)行的，也就是按磁盤進(jìn)行的，每次是一個(gè)盤。在圖上可以這么看，RAID3是一次一橫條，而RAID4一次一豎條。它的特點(diǎn)和RAID3也挺象，不過在失敗恢復(fù)時(shí)，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設(shè)計(jì)難度也要大許多，而且訪問數(shù)據(jù)的效率不怎么好。

　　8、RAID5：分布式奇偶校驗(yàn)的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)

　　從它的示意圖上可以看到，它的奇偶校驗(yàn)碼存在于所有磁盤上，其中的p0代表第0帶區(qū)的奇偶校驗(yàn)值，其它的意思也相同。RAID5的讀出效率很高，寫入效率一般，塊式的集體訪問效率不錯。因?yàn)槠媾夹ｒ?yàn)碼在不同的磁盤上，所以提高了可靠性。但是它對數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿行越鉀Q不好，而且控制器的設(shè)計(jì)也相當(dāng)困難。RAID 3 與RAID 5相比，重要的區(qū)別在于RAID 3每進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸，需涉及到所有的陣列盤。而對于RAID 5來說，大部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸只對一塊磁盤操作，可進(jìn)行并行操作。在RAID 5中有“寫損失”，即每一次寫操作，將產(chǎn)生四個(gè)實(shí)際的讀/寫操作，其中兩次讀舊的數(shù)據(jù)及奇偶信息，兩次寫新的數(shù)據(jù)及奇偶信息。

　　9、RAID6：帶有兩種分布存儲的奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)

　　名字很長，但是如果看到圖，大家立刻會明白是為什么，請注意p0代表第0帶區(qū)的奇偶校驗(yàn)值，而pA代表數(shù)據(jù)塊A的奇偶校驗(yàn)值。它是對RAID5的擴(kuò)展，主要是用于要求數(shù)據(jù)絕對不能出錯的場合。當(dāng)然了，由于引入了第二種奇偶校驗(yàn)值，所以需要N+2個(gè)磁盤，同時(shí)對控制器的設(shè)計(jì)變得十分復(fù)雜，寫入速度也不好，用于計(jì)算奇偶校驗(yàn)值和驗(yàn)證數(shù)據(jù)正確性所花費(fèi)的時(shí)間比較多，造成了不必須的負(fù)載。我想除了軍隊(duì)沒有人用得起這種東西。

　　10、RAID7：優(yōu)化的高速數(shù)據(jù)傳送磁盤結(jié)構(gòu)

　　RAID7所有的I/O傳送均是同步進(jìn)行的，可以分別控制，這樣提高了系統(tǒng)的并行性，提高系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)的速度；每個(gè)磁盤都帶有高速緩沖存儲器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以使用任何實(shí)時(shí)操作芯片，達(dá)到不同實(shí)時(shí)系統(tǒng)的需要。允許使用SNMP協(xié)議進(jìn)行管理和監(jiān)視，可以對校驗(yàn)區(qū)指定獨(dú)立的傳送信道以提高效率。可以連接多臺主機(jī)，因?yàn)榧尤敫咚倬彌_存儲器，當(dāng)多用戶訪問系統(tǒng)時(shí)，訪問時(shí)間幾乎接近于0。由于采用并行結(jié)構(gòu)，因此數(shù)據(jù)訪問效率大大提高。需要注意的是它引入了一個(gè)高速緩沖存儲器，這有利有弊，因?yàn)橐坏┫到y(tǒng)斷電，在高速緩沖存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)就會全部丟失，因此需要和UPS一起工作。當(dāng)然了，這么快的東西，價(jià)格也非常昂貴。

　　11、RAID10：高可靠性與高效磁盤結(jié)構(gòu)

　　這種結(jié)構(gòu)無非是一個(gè)帶區(qū)結(jié)構(gòu)加一個(gè)鏡象結(jié)構(gòu)，因?yàn)閮煞N結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此可以相互補(bǔ)充，達(dá)到既高效又高速的目的。大家可以結(jié)合兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)來理解這種新結(jié)構(gòu)。這種新結(jié)構(gòu)的價(jià)格高，可擴(kuò)充性不好。主要用于數(shù)據(jù)容量不大，但要求速度和差錯控制的數(shù)據(jù)庫中。

　　12、RAID53：高效數(shù)據(jù)傳送磁盤結(jié)構(gòu)

　　越到后面的結(jié)構(gòu)就是對前面結(jié)構(gòu)的一種重復(fù)和再利用，這種結(jié)構(gòu)就是RAID3和帶區(qū)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，因此它速度比較快，也有容錯功能。但價(jià)格十分高，不易于實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)必須經(jīng)過帶區(qū)和按位存儲兩種方法，在考慮到效率的情況下，要求這些磁盤同步真是不容易。

　　RAID技術(shù)的應(yīng)用

　　DAS--direct access storage device直接訪問存儲設(shè)備DAS是磁盤存儲設(shè)備的術(shù)語，以前被用在大、中型機(jī)上。使用在PC機(jī)上還包括硬盤設(shè)備DAS的最新形式是RAID。“直接訪問”指訪問所有數(shù)據(jù)的時(shí)間是相同的。NAS--Network Attached Storage網(wǎng)絡(luò)附加存儲設(shè)備一種特殊目的的服務(wù)器，它具有嵌入式的軟件系統(tǒng)，可以通過網(wǎng)絡(luò)對個(gè)種的系統(tǒng)平臺提供文件共享服務(wù)。SAN--Storage Area Networks存儲區(qū)域網(wǎng)一種高速的專用網(wǎng)絡(luò)，用于建立服務(wù)器、磁盤陣列和磁帶庫之間的一種直接聯(lián)接。它如同擴(kuò)展的存儲器總線，將專用的集線器、交換器以及網(wǎng)關(guān)或橋路互相連接在一起。SAN常使用光纖通道。一個(gè)SAN可以是本地的或者是遠(yuǎn)程的，也可以是共享的或者是專用的。SAN打破了存儲器與服務(wù)器之間的束縛，允許獨(dú)立地選擇最佳的存儲器或者是最佳的服務(wù)器，從而提高可擴(kuò)性和靈活性。

　　混合RAID混合RAID是一種冗余存儲解決方案，采用高容量低成本的SATA或者高性能SAS硬盤與低延遲高IOPs的固態(tài)盤，再加上SSD感知的RAID控制卡。

　　在混合RAID中，讀取操作在更高速的SSD中進(jìn)行，而出于冗余考慮，寫入操作則在SSD和HDD中進(jìn)行?；旌蟁AID適合于數(shù)據(jù)等級較低的應(yīng)用，例如互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、文件服務(wù)器或者虛擬機(jī)

　　［3］ 混合RAID 的好處是什么？

　　混合RAID陣列的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)HDD RAID陣列，而且成本比純SSD RAID陣列更低。相比純HDD RAID陣列，混合陣列加速IOPS并降低延遲，使數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算環(huán)境能夠托管更多用戶，每秒鐘在每臺服務(wù)器上執(zhí)行更多交易，減少了支持任何特定工作負(fù)載所需的服務(wù)器數(shù)量。除了服務(wù)器數(shù)量縮減會減少數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的占地空間之外，在財(cái)務(wù)上體現(xiàn)出的好處就是降低了采購額外服務(wù)器所需的資本開支，以及供電、冷卻與維護(hù)相關(guān)的運(yùn)營開支。

　　混合RAID解決方案

　　從硬件的角度看，搭建一個(gè)混合RAID解決方案可以使用任何容量的SSD和HDD（不過SSD和HDD的數(shù)量必須相同）。如果這個(gè)RAID陣列使用容量不同的驅(qū)動器，那么驅(qū)動器容量就是更小的那個(gè)。例如， 一個(gè)RAID 1 使用1個(gè)128GB SSD和2TB HDD，那么邏輯設(shè)備就是128GB。一個(gè)RAID 10使用2個(gè)128GB SSD和2個(gè)2TB HDD，邏輯設(shè)備就是256GB。剩下的HDD容量可用于存儲。

　　不過，從應(yīng)用的角度看，因?yàn)榇蠖鄶?shù)軟件并不能識別出采用兩種有著不同特點(diǎn)的存儲的可能性。為了充分利用混合RAID，必須部署一種具有智能存儲處理能力、SSD感知的RAID控制卡。Adaptec 6系列、5Z系列、5系列、2系列和Q系列控制卡經(jīng)過最新的固件升級之后， 可以很好地利用剩余容量，自動創(chuàng)建一個(gè)混合RAID陣列，將1個(gè)或者多個(gè)SSD與相同數(shù)量的HDD做成RAID 1或者RAID 10陣列。這個(gè)混合RAID陣列對于操作系統(tǒng)和所有運(yùn)行中的應(yīng)用都是透明的。此外，Adaptec控制卡通過向HDD和SSD的寫入、100%從SSD讀取，提供了最高的混合陣列性能（見右圖Adaptec混合RAID解決方案）。

　　Adaptec混合RAID陣列提供了比標(biāo)準(zhǔn)HDD陣列更高的IOPs性能，同時(shí)寫I/O性能也沒有降級，見下圖-IOMeter原始性能。

　　一些應(yīng)用甚至看到了通過Adaptec混合RAID獲得的少量性能優(yōu)勢，并且混合RAID 1速度比單個(gè)SSD更快，見下圖-AS SSD應(yīng)用性能。

　　軟 RAID 和硬 RAID 各有什么優(yōu)劣？

　　Raid 1+0 軟硬raid 差別不大，甚至硬raid控制器的吞吐量不如x86的系統(tǒng)，從而吞吐量會比不上軟Raid。

　　Raid 5，6則是硬raid完勝。why？

　?。ó?dāng)然這個(gè)前提不包括Solaris ZFS文件系統(tǒng)，以及使用Linux 3.09之后的內(nèi)核的相關(guān)系統(tǒng)）

　　簡單通過Raid5來進(jìn)行比較。Raid 5基本原理是異或運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。

　　XOR （0， 1） = 1

　　XOR （1， 0） = 1

　　XOR （0， 0） = 0

　　XOR （1， 1） = 0

　　硬盤1 硬盤2 硬盤3

　　| 101 | 010 | 011 |

　　XOR （101， 010， 011） = 100

　　過程如下：

　　XOR （101，010） = 111 ， XOR （111， 011） = 100

　　校驗(yàn)盤P

　　| 101 | 010 | 011 | 100 |

　　| 101 | 掛了 | 011 | 100 |

　　還原010

　　XOR （101， 011， 100） = 010

　　當(dāng)然實(shí)際過程比這個(gè)要復(fù)雜的多的多。

　　Raid 5讀寫數(shù)據(jù)流程是，讀寫也是基于Raid stripe size， 相當(dāng)于是一個(gè)數(shù)據(jù)快是Raid最小基礎(chǔ)單元。像人體細(xì)胞一樣。

　　Raid5 寫一份數(shù)據(jù)，需要下列操作，普通硬盤只要1次寫操作。

　　控制器讀取舊的數(shù)據(jù)塊，

　　讀取舊的校驗(yàn)塊。

　　并和新計(jì)算出來的進(jìn)行比對，如果有修改，則要改寫舊塊為新塊（數(shù)據(jù)快和校驗(yàn)塊）。

　　如果只是同等內(nèi)容修改，沒有用到新的塊。就到此為止了。

　　簡單的例子是，我新建一個(gè)文本文檔，只有一個(gè)字符A，沒有空格，空行，tab。我修改A為B，然后保存，文件大小是不變的。如果我把A改成兩個(gè)字母“AB”，再保存。相當(dāng)于申請新的空間來保存另外一個(gè)字符B。（此例子只能用來理解，不能代表100%Raid控制器和文件系統(tǒng)是這樣存儲數(shù)據(jù)）

　　如果有追加的數(shù)據(jù)

　　則還要寫入新的數(shù)據(jù)塊和新的校驗(yàn)塊。這一段參考wiki，但是它沒有寫出追加和修改的區(qū)別，我這里寫出來了。

　　所謂硬件Raid控制器也是一套私有系統(tǒng)，自己的CPU，內(nèi)存，以及存儲數(shù)據(jù)的單元。只是很小，根據(jù)LSI的文檔，同一代高中低端的芯片也是這樣劃分的。根據(jù)CPU，內(nèi)存頻率，當(dāng)然也有軟件算法升級和以及某些功能license。其實(shí)和intel，nvidia沒啥區(qū)別。

　　注意cache的速度比硬盤快很多。100倍或更多。當(dāng)然和硬件有關(guān)。

　　硬件raid控制器優(yōu)勢，有電池或者SLC的SSD來對cache進(jìn)行保護(hù)。（不清楚有沒有無良廠商使用MLC的），相當(dāng)于給你的臺式機(jī)內(nèi)存加裝電池，或者類似win7的關(guān)機(jī)休眠功能，關(guān)機(jī)后，內(nèi)存仍可以得到供電。重新開機(jī)后，打開的程序都還在。所以有了電池或者SSD作為cahce，所以硬件raid控制器可以把上述Raid5頻繁讀寫操作往cache里面塞，主要針對讀寫量不連續(xù)磁盤塊的寫操作和以及校驗(yàn)操作，如果夠大的話，會預(yù)讀一部分校驗(yàn)數(shù)據(jù)到緩存里面。順序讀寫磁盤速度是可以接受的（相對來說，極少磁盤額外尋道時(shí)間）。所以，我寫10次校驗(yàn)數(shù)據(jù)不連續(xù)的寫操作，可能都是寫到帶電池的高速緩存中，同樣連續(xù)的寫操作，cache會保存校驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是個(gè)人覺得連續(xù)寫操作不經(jīng)過cache效率會更高。

　　同樣，軟raid，控制調(diào)度是OS內(nèi)核，Xeon E5 E7怎么都比Power 800要牛B的多吧，注意注意，高速cache不是內(nèi)存哦。因?yàn)槟愕姆?wù)器內(nèi)存木有電池哦，所以軟Raid則會使用同步IO操作（帶fsync， O_SYNC標(biāo)志的操作）。結(jié)果就是相當(dāng)于沒有內(nèi)存，因?yàn)槊看我却疟P確認(rèn)響應(yīng)，相當(dāng)于你把你的硬Raid控制器調(diào)整為write through模式。相當(dāng)于你的Raid沒有那塊高速cache。

　　于是，校驗(yàn)寫一次，雖然經(jīng)過內(nèi)存，但是kernel要求要求軟raid驅(qū)動給一個(gè)數(shù)據(jù)寫入的確認(rèn)，軟raid驅(qū)動會把這個(gè)請求仍給硬盤，要求我（軟raid驅(qū)動）剛才寫入1，2，3，4號盤的數(shù)據(jù)是不是都寫入了。如果寫入了給一個(gè)確認(rèn)。它會等到最后才執(zhí)行完的那塊硬盤給出確認(rèn)后，再回復(fù)kernel，啊，數(shù)據(jù)寫完了。

　　廢話這么多，硬件raid可以在高速緩存中合并非連續(xù)寫和校驗(yàn)寫為連續(xù)的寫操作。

　　軟件raid則要確認(rèn)每一次數(shù)據(jù)和校驗(yàn)寫是否都寫入到磁盤上去了，還要額外附加一些讀操作，7200或者15000的磁頭要轉(zhuǎn)啊轉(zhuǎn)，延時(shí)啊。

　　所以軟Raid用來做Raid 1+0 或者Raid 1是和硬件Raid沒有太多區(qū)別，可能性能會更好。

　　但是用來做有校驗(yàn)的Raid 4，5，6. 則會導(dǎo)致寫性能瓶頸。

　　當(dāng)然如果你做Raid4，校驗(yàn)盤用一塊同容量SSD來替代，也是不錯的。哈哈。

　　在來一個(gè)例子理解，比如軟raid要出差，目前在帝都北京，但是明天要去武漢，后天又要回北京，最后還要去深圳，去完了還要返回北京，客戶都約好了，不能改時(shí)間。

　　但是硬raid比較靈活，提前和客戶排好了班，先去深圳，再去武漢，最后回北京。

　　雖然OS自己有自己的IO調(diào)度隊(duì)列，但是被fsync，O_SYNC這種同步IO標(biāo)志限制了，沒辦法必須寫到此盤，因?yàn)闆]有帶電池的內(nèi)存。（不帶電存儲的高速cache）

　　但是Linux 3.09之后，情況不是這樣了，3.09引入dm-cache，3.10引入bcache

　　簡單而言，就是可以使用一個(gè)block device塊設(shè)備，作為另一個(gè)塊設(shè)備的write back cache。

　　也就是說，我用一塊高速SSD + 若干的硬盤做軟raid，也有高速寫cache了。

　　硬件raid慢慢要失去優(yōu)勢了。后續(xù)我也看好btrfs加入raid5，6的支持，當(dāng)然在沒有raid7，8出現(xiàn)的情況下。

　　之前還提到了Sun的存儲，Sun有一個(gè)系列Sun ZFS Storage

　　為什么Sun的SAN存儲都是軟Raid + SSD，就可以實(shí)現(xiàn)和硬Raid匹敵的速度呢？

　　因?yàn)閆FS里面或者說Solaris內(nèi)核里面，早就實(shí)現(xiàn)了linux 3.10的bcache的功能。

　　所以SUN真是先驅(qū)者。確認(rèn)了用更廉價(jià)的硬件是可以搭建出和硬件raid匹敵的硬件。

　　本人非硬件驅(qū)動，電子電路工程師，少部分只是看程序YY的答案，回答難免有誤。

　　歡迎大嬸指正。