操作系统 --- 多磁盘管理RAID

文章目录

1、什么是Raid
2、raid实现方式
3、RAID级别介绍

（1）RAID 0
（2）RAID 1
（3）RAID 5
（4）RAID 6
（5）RAID 10
（6）RAID 01
（6）RAID 50

4、RAID总结

1、什么是Raid

RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks）称为廉价磁盘冗余阵列。RAID 的基本原理是把多个便宜的小磁盘组合到一起，成为一个磁盘组，使性能达到或超过一个容量巨大、价格昂贵的磁盘。
目前 RAID技术大致分为两种：基于硬件的RAID技术和基于软件的RAID技术

2、raid实现方式

外接式磁盘阵列：通过扩展卡提供适配能力
内接式RAID：主板集成RAID控制器，安装OS前在BIOS里配置
软件RAID：通过OS实现，比如：群晖的NAS

3、RAID级别介绍

Raid技术主要包含Raid 0～Raid 50等数个级别，它们的侧重点各不相同，常见的级别有RAID0 1 2 3 4 5 6 7 (及10、01、50等组合级别)。
目前常用的有（RAID-0, RAID-1, RAID-5, RAID-10, RAID-50）

（1）RAID 0

RAID0以条带的形式将数据均匀的分布在阵列上的各个磁盘之上。
是一种简单的、无数据校验的数据条带化技术。
在这里插入图片描述

性能：具备高读写性能
冗余：无冗余技术，一旦数据损坏，将无法恢复
磁盘利用率：100% 的高存储空间利用率
至少需要硬盘数：2N
允许坏硬盘数：允许坏0块磁盘
适应领域：一般适用于对性能要求严格但对数据安全性和可靠性不高的应用，如视频、音频存储、临时数据缓存空间等
优点：低成本、高读写性能、 100% 的高存储空间利用率不存在校验、不会占用太多的CPU;设计、使用和配置比较简单
缺点：无冗余，一旦数据损坏，将无法恢复

（2）RAID 1

RAID1 称为镜像，它将数据完全一致地分别写到工作磁盘和镜像磁盘
RAID1 在数据写入时，响应时间会有所影响，但是读数据的时候没有影响。
RAID1 提供了最佳的数据保护，一旦工作磁盘发生故障，系统自动从镜像磁盘读取数据，不会影响用户工作
在这里插入图片描述

性能：读性能提升、写性能略有下降
冗余：有冗余技术一旦工作磁盘发生故障，系统自动从镜像磁盘读取数据
磁盘利用率：50%
至少需要硬盘数：2N
允许坏硬盘数：允许坏1块磁盘
适应领域：财务、金融等高可用、高安全的数据存储环境
优点：具有100%的数据冗余，提供最高的数据安全保障，理论上可以实现2倍的读取效率，设计和使用也比较简单;
缺点：开销大，磁盘空间的利用率只有50%，在写操作方面性能并没有提升

（3）RAID 5

RAID 5与RAID 4 相似，在此基础上做了改进，区别在于校验数据交叉分布在阵列中的所有磁盘上，而没有采用专门的校验磁盘。

RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息，RAID 5的磁盘空间利用率要比RAID 1高，存储成本相对较低
在这里插入图片描述

性能：读、写性能提升
冗余：有冗余技术当RAID 5的一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据
磁盘利用率：(N-1)/N
至少需要硬盘数：3N
允许坏硬盘数：允许多1块磁盘损坏
优点：一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案
缺点：坏盘时另外2块需要重新计算还原坏盘数据

（4）RAID 6

RAID 6 是在 RAID 5 的基础上为了进一步增强数据保护而设计的一种 RAID 方式，它可以看作是一种扩展的 RAID5 ，因此它的工作模式与RAID 5有异曲同工之妙，不同的是RAID 5将校验码写入到一个驱动器里面，而RAID 6将校验码写入到两个驱动器里面，这样就增强了磁盘的容错能力。

RAID 6强大之处在于它允许同时出现两个磁盘失效时，阵列仍能够继续工作，不会发生数据丢失

RAID 6 具有快速的读取性能、更高的容错能力。但是，它的成本要高于 RAID 5 许多，写性能也较差，并有设计和实施非常复杂。因此， RAID 6 很少得到实际应用
在这里插入图片描述

性能：读性能提升、写性能较差
冗余：有冗余技术同时出现两个磁盘失效时，阵列仍能够继续工作，不会发生数据丢失
磁盘利用率：(N-2)/N
至少需要硬盘数：4N
允许坏硬盘数：允许坏2块磁盘
适应领域：主要用于对数据安全等级要求非常高的场合
优点：数据的可靠性非常高，即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用
缺点：相对可以利用的空间减少很多

（5）RAID 10

RAID 10是DAID 1+RAID 0的结合，在连续地以位或字节为单位分割数据并且并行读/写多个磁盘的同时，为每一块磁盘作磁盘镜像进行冗余，也被称为镜像阵列条带。
在这里插入图片描述
先做RAID1，然后再做RAID0，因此Raid 10允许坏多个盘，只要不是一对磁盘坏就OK，应用最为广泛。

性能：读写性能提升
冗余：有冗余技术允许坏多个盘，只要不是一对磁盘坏就OK
磁盘利用率：50%
至少需要硬盘数：4N
允许坏硬盘数：允许坏多个盘，但不能是同一组镜像
优点：同时拥有RAID 0的超凡速度和RAID 1的数据高可靠性
缺点：CPU占用率高，而且磁盘的利用率只有50%

（6）RAID 01

RAID 10是DAID 0+RAID 1的结合它先用两块磁盘建立镜像，然后再在镜像内部做条带化。是存储性能和数据安全兼顾的方案

由于RAID 0+1也通过数据的100%备份提供数据安全保障，因此RAID 0+1的磁盘空间利用率与RAID 1相同，存储成本高
在这里插入图片描述先做两个RAID 0，然后再做RAID 1，因此RAID 01，允许坏多个盘，但只能坏在同一个RAID 0中，不允许两个RAID 0都有坏盘

性能：读写性能提升
冗余：有冗余技术允许坏多个盘，但只能坏在同一个RAID 0中，不允许两个RAID 0都有坏盘
磁盘利用率：50%
至少需要硬盘数：4N
允许坏硬盘数：允许坏多个盘，但不能是同一组镜像
适应领域：银行、金融、商业超市、仓储库房、各种档案管理等
优点：数据的100%备份提供数据安全保障
缺点：存储成本高、而且磁盘的利用率只有50%

（6）RAID 50

RAID 50提供可靠的数据存储和优秀的整体性能，并支持更大的卷尺寸。即使两个物理磁盘发生故障（每个阵列中一个），数据也可以顺利恢复过来。

RAID50具备更高的容错能力，因为它允许某个组内有一个磁盘出现故障，而不会造成数据丢失。
在这里插入图片描述多块磁盘先实现RAID5,再组合成RAID0

性能：读写性能提升
冗余：有冗余技术即使两个物理磁盘发生故障（每个阵列中一个），数据也可以顺利恢复过来。
磁盘利用率：50%
至少需要硬盘数：6N
允许坏硬盘数：允许两个物理磁盘发生故障（每个阵列中一个）
优点：更高的容错能力，具备更快数据读取速率的潜力
缺点：价格过于昂贵成本高故障后重建信息的时间比镜像配置情况下要长

4、RAID总结

对RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 10、RAID 01分析比较

在这里插入图片描述