DBMS RAID技术

本文概述

• RAID技术
• 标准RAID级别
• 例
• RAID 1
• 例
• RAID 2
• RAID 3
• RAID 4
• RAID 5
• RAID 6

RAID是指独立磁盘的冗余阵列。它是一种用于连接多个辅助存储设备以提高性能和/或提高数据冗余性的技术。根据所使用的RAID级别, 它使你能够承受一个或多个驱动器故障。

它由一个磁盘阵列组成, 其中连接了多个磁盘以实现不同的目标。

RAID技术

RAID方案有7个级别。这些架构为RAID 0, RAID 1, …, RAID 6。

这些级别包含以下特征：

• 它包含一组物理磁盘驱动器。
• 在这种技术中, 操作系统将这些单独的磁盘视为单个逻辑磁盘。
• 在这种技术中, 数据分布在整个阵列的物理驱动器上。
• 冗余磁盘容量用于存储奇偶校验信息。
• 万一磁盘出现故障, 可以帮助奇偶校验信息恢复数据。

标准RAID级别

RAID 0

• RAID级别0提供了数据条带化, 即数据可以放置在多个磁盘上。它基于剥离, 这意味着如果一个磁盘发生故障, 则阵列中的所有数据都会丢失。
• 此级别不提供容错功能, 但可以提高系统性能。

例

在此图中, 块0、1、2、3形成条带。

在此级别上, 我们可以将两个或多个块放入磁盘中, 然后再继续进行下一个操作, 而不是一次仅将一个块放入磁盘中。

在上图中, 没有重复数据。因此, 一旦丢失的块将无法恢复。

RAID 0的优点：

• 在此级别上, 吞吐量增加了, 因为多个数据请求可能不在同一磁盘上。
• 此级别充分利用了磁盘空间并提供了高性能。
• 它至少需要2个驱动器。

RAID 0的缺点：

• 它不包含任何错误检测机制。
• RAID 0不是真正的RAID, 因为它不是容错的。
• 在此级别上, 任何一个磁盘的故障都会导致相应阵列中的数据完全丢失。

RAID 1

此级别称为数据镜像, 因为它将数据从驱动器1复制到驱动器2。它在出现故障的情况下提供100％的冗余。

例

驱动器仅一半空间用于存储数据。驱动器的另一半只是已存储数据的镜像。

RAID 1的优点

• RAID 1的主要优点是容错能力。在此级别, 如果一个磁盘发生故障, 则另一磁盘将自动接管。
• 在此级别, 即使任何一个驱动器发生故障, 阵列也将起作用。

RAID 1的缺点：

• 在此级别, 每个驱动器需要一个额外的驱动器以进行镜像, 因此费用更高。

RAID 2

• RAID 2包含使用汉明码奇偶校验的位级条带化。在此级别中, 字中的每个数据位都记录在单独的磁盘上, 数据字的ECC代码存储在不同的设置磁盘上。
• 由于它的高成本和复杂的结构, 该水平仪尚未在商业上使用。 RAID 3可以较低的成本实现相同的性能。

RAID 2的优点：

• 该级别使用一个指定的驱动器来存储奇偶校验。
• 它使用汉明码进行错误检测。

RAID 2的缺点：

• 它需要一个用于错误检测的附加驱动器。

RAID 3

• RAID 3由具有专用奇偶校验的字节级条带组成。在此级别, 为每个磁盘部分存储奇偶校验信息, 并将其写入专用的奇偶校验驱动器。
• 如果驱动器发生故障, 将访问奇偶校验驱动器, 并从其余设备中重建数据。更换故障驱动器后, 丢失的数据可以恢复到新驱动器上。
• 在此级别, 可以批量传输数据。因此, 高速数据传输是可能的。

RAID 3的优点

• 在此级别, 使用奇偶校验驱动器重新生成数据。
• 它包含高数据传输率。
• 在此级别, 并行访问数据。

RAID 3的缺点：

• 需要额外的驱动器以实现奇偶校验。
• 在处理小尺寸文件时, 它会降低性能。

RAID 4

• RAID 4由带有奇偶校验磁盘的块级剥离组成。 RAID 4采取了基于奇偶校验的方法, 而不是复制数据。
• 由于奇偶校验的工作方式, 此级别最多可以恢复1个磁盘故障。在此级别, 如果多个磁盘发生故障, 则无法恢复数据。
• 3级和4级都至少需要三个磁盘才能实现RAID。

在此图中, 我们可以观察到一个专用于奇偶校验的磁盘。

在此级别, 可以使用XOR函数计算奇偶校验。如果数据位为0, 0, 0, 1, 则奇偶校验位为XOR（0, 1, 0, 0）=1。如果奇偶校验位为0, 0, 1, 1, 则奇偶校验位为XOR（0 , 0, 1, 1）=0。这意味着, 偶数个1导致奇偶校验0, 奇数个1导致奇偶校验1。

假设在上图中, C2由于某些磁盘故障而丢失。然后, 使用所有其他列的值和奇偶校验位, 我们可以重新计算存储在C2中的数据位。此级别使我们可以恢复丢失的数据。

RAID 5

• RAID 5是对RAID 4系统的略微修改。唯一的区别是在RAID 5中, 奇偶校验在驱动器之间旋转。
• 它由具有DISTRIBUTED奇偶校验的块级条带组成。
• 与RAID 4相同, 该级别最多允许恢复1个磁盘故障。如果多个磁盘发生故障, 则无法恢复数据。

该图显示了奇偶校验位如何旋转。

引入此级别是为了使随机写入性能更好。

RAID 5的优点：

• 此级别具有成本效益, 并提供高性能。
• 在此级别, 奇偶校验分布在阵列中的磁盘之间。
• 它用于使随机写入性能更好。

RAID 5的缺点：

• 在此级别上, 磁盘故障恢复需要更长的时间, 因为必须从所有可用驱动器中计算奇偶校验。
• 此级别无法在并发驱动器故障中幸免。

RAID 6

• 该级别是RAID 5的扩展。它包含具有2个奇偶校验位的块级剥离。
• 在RAID 6中, 你可以承受2个并发磁盘故障。假设你使用的是RAID 5和RAID1。当磁盘发生故障时, 你需要更换发生故障的磁盘, 因为如果同时有另一个磁盘发生故障, 那么你将无法恢复任何数据, 因此在这种情况下, RAID 6会播放它的作用是你可以用完两个并发磁盘故障, 然后用尽所有选项。

RAID 6的优点：

• 此级别执行RAID 0剥离数据, 并执行RAID 1镜像。在此级别, 在镜像之前执行剥离。
• 在此级别, 所需的驱动器应为2的倍数。

RAID 6的缺点：

• 没有使用100％的磁盘功能, 因为一半用于镜像。
• 它包含非常有限的可伸缩性。