RAID级别的介绍与选择依据-联想乐享知识库

RAID级别的介绍与选择依据 问题:硬盘 RAID 在市场上的的应用，已经不是新鲜的事儿了，很多人都大略了解RAID的基本观念，以及各个不RAID LEVEL 的区分。但是在实际应用面，我们发现，有很多使用者对于选择一个合适的RAID LEVEL，仍然无法很确切的掌握，尤其是对于RAID 0+1 （10），RAID 3，RAID 5之间的选择取舍，更是举棋不定。 下面将针对RAID 0+1/10、RAID 3以及RAID 5的工作原理和特性，作一些分析和比较，以列出这些不同RAID阶层所适合的应用，对使用者能有原则性的帮助。 RAID条带“striped”的存取模式 在使用数据条带（Data Stripping）的RAID 系统之中，对成员磁盘驱动器的存取方式，可分为两种： 并行存取Paralleled Access。 独立存取dependent Access。 RAID 2和RAID 3 是采取并行存取模式。 RAID 0、RAID 4、RAID 5及RAID 6则是采用独立存取模式。 平行存取模式 并行存取模式支持里，是把所有磁盘驱动器的主轴马达作精密的控制，使每个磁盘的位置都彼此同步，然后对每一个磁盘驱动器作一个很短的I/O数据传送，如此一来，从主机来的每一个I/O 指令，都平均分布到每一个磁盘驱动器。 为了达到并行存取的功能，RAID 中的每一个磁盘驱动器，都必须具备几乎完全相同的规格：转速必须一样；磁头搜寻速度Access Time必须相同；Buffer 或Cache的容量和存取速度要一致；CPU处理指令的速度要相同；I/O Channel 的速度也要一样。总而言之，要利用并行存取模式，RAID 中所有的成员磁盘驱动器，应该使用同一厂牌，相同型号的磁盘驱动器。 并行存取的基本工作原理 假设RAID中共有四部相同规格的磁盘驱动器，分别为磁盘驱动器A、B、C和D，我们在把时间轴略分为T0、T1、T2、T3和T4： T0： RAID控制器将第一笔数据传送到A的Buffer，磁盘驱动器B、C和D的Buffer都是空的，在等待中； T1： RAID控制器将第二笔数据传送到B的Buffer，A开始把Buffer中的数据写入扇区，磁盘驱动器C和D的Buffer都是空的，在等待中； T2： RAID控制器将第三笔数据传送到C的Buffer，B开始把Buffer中的数据写入扇区，A已经完成写入动作，磁盘驱动器D和A的Buffer都是空的，在等待中； T3： RAID控制器将第四笔数据传送到D的Buffer，C开始把Buffer中的数据写入扇区，B已经完成写入动作，磁盘驱动器A和B的Buffer都是空的，在等待中； T4： RAID控制器将第五笔数据传送到A的Buffer，D开始把Buffer中的数据写入扇区，C已经完成写入动作，磁盘驱动器B和C的Buffer都是空的，在等待中； 如此一直循环，一直到把从主机来的这个I/O 指令处理完毕，RAID控制器才会受处理下一个I/O 指令。重点是在任何一个磁盘驱动器准备好把数据写入扇区时，该目的扇区必须刚刚好转到磁头下。同时RAID控制器每依次传给一个磁盘驱动器的数据长度，也必须刚刚好，配合磁盘驱动器的转速，否则一旦发生miss，RAID 性能就大打折扣。 并行存取RAID的最佳应用 并行存取RAID之架构，以其精细的马达控制和分布之数据传输，将数组中每一个磁盘驱动器的性能发挥到最大，同时充分利用Storage Bus的频宽，因此特别适合应用在大型、数据连续的档案存取应用，例如： 影像、视讯档案服务器； 数据仓储系统； 多媒体数据库； 电子图书馆； 印前或底片输出档案服务器； 其它大型且连续性档案服务器； 由于并行存取RAID架构之特性，RAID 控制器一次只能处理一个I/O要求，无法执行Overlapping 的多任务，因此非常不适合应用在I/O次数频繁、数据随机存取、每笔数据传输量小的环境。同时，因为并行存取无法执行Overlapping 的多任务，因此没有办法"隐藏"磁盘驱动器搜寻?zseek?{的时间，而且在每一个I/O的第一笔数据传输，都要等待第一个磁盘驱动器旋转延迟?zrotational latency?{，平均为旋转半圈的时间，如果使用一万转的磁盘驱动器，平均就需要等待50 usec。所以机械延迟时间，是并行存取架构的最大问题。 独立存取模式 相对于并行存取模式，独立存取模式并不对成员磁盘驱动器作同步转动控制，其对每个磁盘驱动器的存取，都是独立且没有顺序和时间间格的限制，同时每笔传输的数据量都比较大。因此，独立存取模式可以尽量地利用overlapping 多任务、Tagged Command Queuing等等高阶功能，来"隐藏"上述磁盘驱动器的机械时间延迟Seek 和Rotational Latency。 由于独立存取模式可以做overlapping 多任务，而且可以同时处理来自多个主机不同的I/O Requests，在多主机环境如Clustering，更可发挥最大的性能。 独立存取RAID的最佳应用 由于独立存取模式可以同时接受多个I/O Requests，因此特别适合应用在数据存取频繁、每笔数据量较小的系统。例如： 在线交易系统或电子商务应用； 多使用者数据库； ERM及MRP 系统； 小文件之文件服务器； 一般常用的RAID阶层，分别是RAID 0、RAID1、RAID 3、RAID 4以及RAID 5，再加上二合一型 RAID 0+1或称RAID 10。我们先把这些RAID级别的优、缺点做个比较： RAID级别 相对优点 相对缺点 RAID 0 存取速度最快 没有容错 ; RAID 1 完全容错 成本高 ; RAID 3 写入性能最好 没有多任务功能； RAID 4 具备多任务及容错功能 Parity 磁盘驱动器造成性能瓶颈； RAID 5 具备多任务及容错功能 写入时有overhead； RAID 0+1/RAID 10 速度快、完全容错 、成本高； 接下来，我们分别针对RAID 3、RAID 5以及RAID 0+1/RAID 10作深入的讨论。 RAID 3特点与应用 RAID 3 是将数据先做XOR 运算，产生Parity Data后，在将数据和Parity Data以并行存取模式写入成员磁盘驱动器中，因此具备并行存取模式的优点和缺点。进一步来说，RAID 3每一笔数据传输，都更新整个Stripe即每一个成员磁盘驱动器相对位置的数据都一起更新，因此不会发生需要把部分磁盘驱动器现有的数据读出来，与新数据作XOR运算，再写入的情况发生这个情况在RAID 4和RAID 5会发生，一般称之为Read、Modify、Write Process，我们姑且译为为读、改、写过程。因此，在所有RAID级别中，RAID 3的写入性能是最好的。 RAID 3的 Parity Data 一般都是存放在一个专属的Parity Disk，但是由于每笔数据都更新整个Stripe，因此，RAID 3的 Parity Disk 并不会如RAID 4的 Parity Disk，会造成存取的瓶颈。 RAID 3的并行存取模式，需要RAID 控制器特别功能的支持，