关于RAID技术浅析

[论文关键词]raid 模式 应用 功能

[论文摘要]随着计算机技术的发展，使存储数据的技术手段也发生很大变化。存储信息并且防止信息丢失就成为了一个首要问题。利用raid技术可以把数据分布到多个硬盘上，从而取得更好的稳定性和性能。

一、引言

随着计算机技术的快速发展和计算机应用的不断深入，计算机已经逐渐介入了我们的生活的方方面面,同时各个方面对计算机技术提出了更高的要求，为了适应人们的需要，计算机技术不断的在各个方面变革着。internet的普及更加剧了信息的几何化增长，于是存储信息并且防止信息丢失就成为了一个首要问题。当然用于存储信息数据的设备就是关键了：比如对于一个大型的网站来说，因为存储设备的故障导致网站的片刻的瘫痪，也可能带来巨大的损失。那么，如何解决这一问题呢？很显然单靠用多个硬盘简单的备份不能从根本上解决问题。这时一种叫做独立冗余磁盘阵列（raid）的技术就应运而生了,这种技术可以把数据分布到多个硬盘上，从而取得更好的稳定性和性能。

二、raid技术

（一）raid技术简介。raid就是一种由多块廉价磁盘构成的冗余阵列，在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。raid可以充分发挥出多块硬盘的优势，可以提升硬盘速度，增大容量,提供容错功能够确保数据安全性，易于管理的优点，在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作，不会受到损坏硬盘的影响。

数据冗余的功能可以保证用户数据一旦发生损坏，就可利用冗余信息使损坏数据得以恢复，从而保障了用户数据的安全性。在用户看起来，组成的磁盘组就像是一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等。总之，对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。不同的是，磁盘阵列的存储性能要比单个硬盘高很多，而且可以提供数据冗余。

（二）raid的几种模式。raid的级别从raid概念的提出到现在，已经发展了多个级别，有明确标准级别分别是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四个级别。其他还有6、7、10、30、50等。

1．raid 0。raid 0又称为stripe或striping，即data stripping数据分条技术，它代表了所有raid级别中最高的存储性能。raid 0是由多个硬盘并发协同工作完成数据的读写，数据被均匀分布在各个硬盘上，一般情况下，使用的硬盘越多，读写的速度越快。raid0的特点是读写速度快，并且价格便宜；缺点是安全性相对较差，因为在raid0中的一个硬盘出现故障时，整个阵列的数据将会丢失。raid0是最快和最有效的磁盘阵列类型，但没有容错功能。因此，raid 0不能应用于数据安全性要求高的场合。

2．raid 1。raid1称为磁盘镜像。原理是在两个硬盘之间建立完全的镜像，即所有数据会被同时存放到两个物理硬盘上，当一个磁盘出故障时，仍可从另一个硬盘中读取数据，因此安全性得到保障。但系统的成本大大提高，因为系统的实际有效硬盘空间仅为所有硬盘空间的一半。

3．raid 3。raid3是把数据分成多个“块”，按照一定的容错算法，存放在n+1个硬盘上，实际数据占用的有效空间为n个硬盘的空间总和，而第n+1个硬盘上存储的数据是校验容错信息，当这n+1个硬盘中的其中一个硬盘出现故障时，从其它n个硬盘中的数据也可以恢复原始数据，这样，仅使用这n个硬盘也可以带伤继续工作（如采集和回放素材），当更换一个新硬盘后，系统可以重新恢复完整的校验容错信息。由于在一个硬盘阵列中，多于一个硬盘同时出现故障率的几率很小，所以一般情况下，使用raid3，安全性是可以得到保障的。与raid0相比，raid3在读写速度方面相对较慢。

4．raid4。raid4即带奇偶校验码的独立磁盘结构，raid4和raid3很像，它对数据的访问是按数据块进行的，也就是按磁盘进行的，每次是一个盘，raid4的特点和raid3也挺象，不过在失败恢复时，它的难度可要比raid3大得多了，控制器的设计难度也要大许多，而且访问数据的效率不怎么好。

5．raid5。raid5把校验块分散到所有的数据盘中。raid5使用了一种特殊的算法，可以计算出任何一个带区校验块的存放位置。这样就可以确保任何对校验块进行的读写操作都会在所有的raid磁盘中进行均衡，从而消除了产生瓶颈的可能。raid5的读出效率很高，写入效率一般，块式的集体访问效率不错。raid5提高了系统可靠性，但对数据传输的并行性解决不好，而且控制器的设计也相当困难。

6．raid 6。raid6即带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构，它是对raid5的扩展，主要是用于要求数据绝对不能出错的场合，使用了二种奇偶校验值，所以需要n+2个磁盘，同时对控制器的设计变得十分复杂，写入速度也不好，用于计算奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时间比较多，造成了不必须的负载，很少人用。

7．raid7。raid7即优化的高速数据传送磁盘结构，它所有的i/o传送均是同步进行的，可以分别控制，这样提高了系统的并行性和系统访问数据的速度；每个磁盘都带有高速缓冲存储器，实时操作系统可以使用任何实时操作芯片，达到不同实时系统的需要。允许使用snmp协议进行管理和监视，可以对校验区指定独立的传送信道以提高效率。可以连接多台主机，当多用户访问系统时，访问时间几乎接近于0。但如果系统断电，在高速缓冲存储器内的数据就会全部丢失，因此需要和ups一起工作，raid7系统成本很高。

8．raid10。raid10即高可靠性与高效磁盘结构它是一个带区结构加一个镜象结构，可以达到既高效又高速的目的。这种新结构的价格高，可扩充性不好。

9．raid53。raid7即高效数据传送磁盘结构，是raid3和带区结构的统一，因此它速度比较快，也有容错功能。但价格十分高，不易于实现。

三、raid级别的的选择

使用的容错算法和分块大小决定raid使用的应用场合，在通常情况下，raid3比较适合大文件类型且安全性要求较高的应用，如视频编辑、硬盘播出机、大型数据库等；而raid5适合较小文件的应用，如文字、图片、小型数据库等。raid级别的选择有三个主要因素：可用性（数据冗余）、性能和成本。

四、raid技术的实现方法

raid实现有两种方法，一种是用专门的控制新片来完成，控制芯片可以做成raid卡的形式，也可以集成在主板上。另一种方法是用软件的方法来实现，比如win2000就含有软件raid的功能。

总之,冗余磁盘阵列raid技术，能够将有效数据和校验数据均匀分布在多个硬盘中并加入校验数据，当有硬盘损坏时，通过校验数据恢复损坏硬盘申的数据。在恢复过程中，不影响系统的服务。同时，raid系统可以大幅度提高磁盘数据1/0(input/outpu志；输入输出)的性能。通过配置并使用raid系统，可以最大限度地减少由于硬件损坏造成的系统故障和数据丢失。

参考文献：

[1]基于网络raid结构的ip存储广域网性能研究 / 崔宝江著。

[2]二级网络条纹数据布局及其相关问题的研究/ 刘晓光。

[3]《网络技术精要建网管网500问》曾明/李建军等著 电子工业出版社2003. 11。