ＲＡＩＤ技術淺析

時間：2024-09-19 10:52:10 計算機應用畢業論文

關于ＲＡＩＤ技術淺析

　　[論文關鍵詞]RAID 模式應用功能
　　[論文摘要]隨著技術的發展，使存儲數據的技術手段也發生很大變化。存儲信息并且防止信息丟失就成為了一個首要問題。利用RAID技術可以把數據分布到多個硬盤上，從而取得更好的穩定性和性能。

　　
　　一、引言
　　
　　隨著計算機技術的快速發展和的不斷深入，計算機已經逐漸介入了我們的生活的方方面面,同時各個方面對計算機技術提出了更高的要求，為了適應人們的需要，計算機技術不斷的在各個方面變革著。Internet的普及更加劇了信息的幾何化增長，于是存儲信息并且防止信息丟失就成為了一個首要問題。當然用于存儲信息數據的設備就是關鍵了：比如對于一個大型的網站來說，因為存儲設備的故障導致網站的片刻的癱瘓，也可能帶來巨大的損失。那么，如何解決這一問題呢？很顯然單靠用多個硬盤簡單的備份不能從根本上解決問題。這時一種叫做獨立冗余磁盤陣列（RAID）的技術就應運而生了,這種技術可以把數據分布到多個硬盤上，從而取得更好的穩定性和性能。
　　
　　二、RAID技術
　　
　　（一）RAID技術簡介。RAID就是一種由多塊廉價磁盤構成的冗余陣列，在操作系統下是作為一個獨立的大型存儲設備出現。RAID可以充分發揮出多塊硬盤的優勢，可以提升硬盤速度，增大容量,提供容錯功能夠確保數據安全性，易于的優點，在任何一塊硬盤出現問題的情況下都可以繼續工作，不會受到損壞硬盤的影響。
　　數據冗余的功能可以保證用戶數據一旦發生損壞，就可利用冗余信息使損壞數據得以恢復，從而保障了用戶數據的安全性。在用戶看起來，組成的磁盤組就像是一個硬盤，用戶可以對它進行分區，格式化等等。總之，對磁盤陣列的操作與單個硬盤一模一樣。不同的是，磁盤陣列的存儲性能要比單個硬盤高很多，而且可以提供數據冗余。
　　（二）RAID的幾種模式。RAID的級別從RAID概念的提出到現在，已經發展了多個級別，有明確標準級別分別是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四個級別。其他還有6、7、10、30、50等。
　　1．RAID 0。RAID 0又稱為Stripe或Striping，即Data Stripping數據分條技術，它代表了所有RAID級別中最高的存儲性能。RAID 0是由多個硬盤并發協同工作完成數據的讀寫，數據被均勻分布在各個硬盤上，一般情況下，使用的硬盤越多，讀寫的速度越快。RAID0的特點是讀寫速度快，并且價格便宜；缺點是安全性相對較差，因為在RAID0中的一個硬盤出現故障時，整個陣列的數據將會丟失。RAID0是最快和最有效的磁盤陣列類型，但沒有容錯功能。因此，RAID 0不能應用于數據安全性要求高的場合。
　　2．RAID 1。RAID1稱為磁盤鏡像。原理是在兩個硬盤之間建立完全的鏡像，即所有數據會被同時存放到兩個硬盤上，當一個磁盤出故障時，仍可從另一個硬盤中讀取數據，因此安全性得到保障。但系統的大大提高，因為系統的實際有效硬盤空間僅為所有硬盤空間的一半。
　　3．RAID 3。RAID3是把數據分成多個“塊”，按照一定的容錯算法，存放在N+1個硬盤上，實際數據占用的有效空間為N個硬盤的空間總和，而第N+1個硬盤上存儲的數據是校驗容錯信息，當這N+1個硬盤中的其中一個硬盤出現故障時，從其它N個硬盤中的數據也可以恢復原始數據，這樣，僅使用這N個硬盤也可以帶傷繼續工作（如采集和回放素材），當更換一個新硬盤后，系統可以重新恢復完整的校驗容錯信息。由于在一個硬盤陣列中，多于一個硬盤同時出現故障率的幾率很小，所以一般情況下，使用RAID3，安全性是可以得到保障的。與RAID0相比，RAID3在讀寫速度方面相對較慢。
　　4．RAID4。RAID4即帶奇偶校驗碼的獨立磁盤結構，RAID4和RAID3很像，它對數據的訪問是按數據塊進行的，也就是按磁盤進行的，每次是一個盤，RAID4的特點和RAID3也挺象，不過在失敗恢復時，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設計難度也要大許多，而且訪問數據的效率不怎么好。
　　5．RAID5。RAID5把校驗塊分散到所有的數據盤中。RAID5使用了一種特殊的算法，可以計算出任何一個帶區校驗塊的存放位置。這樣就可以確保任何對校驗塊進行的讀寫操作都會在所有的RAID磁盤中進行均衡，從而消除了產生瓶頸的可能。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。RAID5提高了系統可靠性，但對數據傳輸的并行性解決不好，而且控制器的設計也相當困難。
　　6．RAID 6。RAID6即帶有兩種分布存儲的奇偶校驗碼的獨立磁盤結構，它是對RAID5的擴展，主要是用于要求數據絕對不能出錯的場合，使用了二種奇偶校驗值，所以需要N+2個磁盤，同時對控制器的設計變得十分復雜，寫入速度也不好，用于計算奇偶校驗值和驗證數據正確性所花費的時間比較多，造成了不必須的負載，很少人用。
　　7．RAID7。RAID7即優化的高速數據傳送磁盤結構，它所有的I/O傳送均是同步進行的，可以分別控制，這樣提高了系統的并行性和系統訪問數據的速度；每個磁盤都帶有高速緩沖存儲器，實時操作系統可以使用任何實時操作芯片，達到不同實時系統的需要。允許使用SNMP協議進行和監視，可以對校驗區指定獨立的傳送信道以提高效率。可以連接多臺主機，當多用戶訪問系統時，訪問時間幾乎接近于0。但如果系統斷電，在高速緩沖存儲器內的數據就會全部丟失，因此需要和UPS一起工作，RAID7系統很高。
　　8．RAID10。RAID10即高可靠性與高效磁盤結構它是一個帶區結構加一個鏡象結構，可以達到既高效又高速的目的。這種新結構的價格高，可擴充性不好。
　　9．RAID53。RAID7即高效數據傳送磁盤結構，是RAID3和帶區結構的統一，因此它速度比較快，也有容錯功能。但價格十分高，不易于實現。
　　
　　三、RAID級別的的選擇
　　
　　使用的容錯算法和分塊大小決定RAID使用的應用場合，在通常情況下，RAID3比較適合大文件類型且安全性要求較高的應用，如視頻編輯、硬盤播出機、大型數據庫等；而RAID5適合較小文件的應用，如文字、圖片、小型數據庫等。RAID級別的選擇有三個主要因素：可用性（數據冗余）、性能和成本。
　　
　　四、RAID技術的實現方法
　　
　　RAID實現有兩種方法，一種是用專門的控制新片來完成，控制芯片可以做成RAID卡的形式，也可以集成在主板上。另一種方法是用軟件的方法來實現，比如WIN2000就含有軟件RAID的功能。
　　總之,冗余磁盤陣列RAID技術，能夠將有效數據和校驗數據均勻分布在多個硬盤中并加入校驗數據，當有硬盤損壞時，通過校驗數據恢復損壞硬盤申的數據。在恢復過程中，不影響系統的服務。同時，RAID系統可以大幅度提高磁盤數據1/0(input/outpu志；輸入輸出)的性能。通過配置并使用RAID系統，可以最大限度地減少由于硬件損壞造成的系統故障和數據丟失。
　　
　　參考文獻：
　　[1]基于網絡RAID結構的IP存儲廣域網性能研究 / 崔寶江著。
　　[2]二級網絡條紋數據布局及其相關問題的研究/ 劉曉光。
　　[3]《網絡技術精要建網管網500問》曾明/李建軍等著出版社2003. 11。

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