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了解 RAID 概念

Dell OpenManage™ Server Administrator Storage Management 用户指南

  什么是 RAID?

  为了可用性和性能组织数据存储

  选择 RAID 级别和连锁

  比较 RAID 级别和连锁性能

Storage Management 使用 RAID(独立磁盘冗余阵列)技术提供存储管理。 了解存储管理需要了解 RAID 的概念,并且熟悉系统 RAID 控制器和操作系统如何看待磁盘空间。

什么是 RAID?

RAID(独立磁盘冗余阵列)是一种管理在系统或所连物理硬盘上如何存储数据的技术。 RAID 的一个重要特点是能够跨越多个物理磁盘,以使多个物理磁盘的合并存储容量被视为一个扩展的磁盘空间。 RAID 的另一个重要特点是能够保存冗余数据,可以在磁盘故障的时候用来恢复数据。 RAID 使用不同的技术(比如分条、镜像和奇偶校验)来存储和重新构建数据。 有各种不同的 RAID 级别使用不同的方法来存储和重新构建数据。 各个 RAID 级别在读/写性能、数据保护和存储容量方面具有不同的特点。 并不是所有的 RAID 级别都存有冗余数据,这意味着有些 RAID 级别在丢失数据后无法恢复。 您选择的 RAID 级别取决于您侧重于性能、保护,还是存储容量。

注:RAID Advisory Board (RAB) 定义实现 RAID 所用的规范。 尽管 RAID Advisory Board (RAB) 定义了 RAID 级别,但是各家供应商提供的商业 RAID 级别实现方案可能与实际的 RAID 规范有所出入。 由特定供应商提供的实现方案可能会影响到读写性能和数据冗余的程度。

硬件和软件 RAID

RAID 既可以使用硬件也可以使用软件来实现。 使用硬件 RAID 的系统具有一个 RAID 控制器,在物理磁盘上实现 RAID 级别并处理数据读写。 如果使用软件 RAID,操作系统必须实现 RAID 级别。 因此,只是本身使用软件 RAID 会降低系统的性能。 当然,可以在硬件 RAID 卷上使用软件 RAID,从而提供更好的性能并且在 RAID 卷配置方面具有更大的灵活性。 例如,可以跨越两个 RAID 控制器来镜像一对硬件 RAID 5 卷,从而提供 RAID 控制器冗余。

注:此版本的 Storage Management 只支持硬件 RAID。

RAID 概念

RAID 使用特定的技术来将数据写到磁盘。 这些技术使 RAID 能够提供数据冗余或更好的性能。 这些技术包括:

RAID 级别

每种 RAID 级别都组合了某种镜像、分条和奇偶校验,从而实现了数据冗余或提高了读写性能。 有关各 RAID 级别的具体信息,请参阅“选择 RAID 级别和连锁”

为了可用性和性能组织数据存储

RAID 提供了各种不同的方法或 RAID 级别来组织磁盘存储。 有些 RAID 级别保存冗余数据,因此可以在磁盘发生故障后恢复数据。 不同的 RAID 级别可能也意味着在系统输入/输出(读和写)性能方面有某种程度的提高或降低。

保存冗余数据需要使用额外的物理磁盘。 随着使用更多的磁盘,某个磁盘出现故障的可能也就会增加。 由于在输入/输出性能和冗余方面存在差异,所以根据操作系统中的应用程序和所存储数据的性质来挑选,某个 RAID 级别可能比另一种更适合。

选择连锁或某个 RAID 级别后,需要注意以下性能和成本问题:

有关详情,请参阅“选择 RAID 级别和连锁”。

选择 RAID 级别和连锁

可以使用 RAID 或连锁在多个磁盘上控制数据存储。 每种 RAID 级别或连锁都具有不同的性能和数据保护特点。

以下部分具体介绍了各种 RAID 级别或连锁存储数据的方式,以及各自的性能和保护特点。

连锁

在 Storage Management 中,连锁是指将数据存储在一个物理磁盘上或跨越多个物理磁盘的磁盘空间上。 当跨越一个以上的磁盘时,连锁能使操作系统把多个物理磁盘视为一个磁盘。

存储在一个磁盘上的数据可以视为一个简单的卷。 该磁盘也可以定义为一个只包含一个物理磁盘的虚拟磁盘。 跨越多个物理磁盘的数据可以视为一个简单磁盘捆绑卷。 多个连锁磁盘也可以定义为一个包含多个物理磁盘的虚拟磁盘。

跨越分隔同一磁盘各个区域的动态卷也视为连锁。

如果连锁或简单磁盘捆绑卷中的某个物理磁盘发生故障,整个卷都将不可用。 由于数据不冗余,所以不能通过镜像磁盘或奇偶校验信息进行重建。 从备份恢复是唯一的选择。

由于连锁卷不使用磁盘空间来维护冗余数据,因此与使用镜像或奇偶校验信息的卷相比具有更高的成本效率。 对于那些临时的、容易复制的数据或不计较数据冗余成本的数据来说,连锁的卷可能是理想的选择。 此外,可以很容易地通过添加其它物理磁盘来扩展连锁卷。

图 3-1. 连锁磁盘

相关信息:

请参阅以下内容:

RAID 级别 0(分条)

RAID 0 使用数据分条,将数据写入各个物理磁盘上的相等大小区段上。 RAID 0 不提供数据冗余。

图 3-2. 分条磁盘

RAID 0 特点:

相关信息:

请参阅以下内容:

RAID 级别 1(镜像)

RAID 1 是保存冗余数据的最简单形式。 在 RAID 1 中,数据会镜像或复制到一个或多个物理磁盘上。 如果镜像一端的物理磁盘失败,则可以使用镜像另一端的物理磁盘重建数据。

图 3-3. 镜像磁盘

RAID 1 特点:

相关信息:

请参阅以下内容:

RAID 级别 5(带有分布式奇偶校验的分条)

RAID 5 通过结合使用数据分条和奇偶校验信息来提供数据冗余。 但是,并不是专门用某个物理磁盘进行奇偶校验,而是在磁盘组中的所有物理磁盘上对奇偶校验信息进行分条。

图 3-4. 使用分布式奇偶校验分条磁盘

RAID 5 特点:

相关信息:

请参阅以下内容:

RAID 级别 50(在 RAID 5 组上分条)

RAID 50 是跨越一个以上物理磁盘简单磁盘捆绑的分条。 例如,一个实施了三个物理磁盘的 RAID 5 磁盘组接着配置具有另外三个物理磁盘的磁盘组就是 RAID 50。

即使硬件不直接支持,也有可能实现 RAID 50。 在这种情况下,可以实现多个 RAID 5 虚拟磁盘,然后将这些 RAID 5 磁盘转换为动态磁盘。 可以随后创建一个跨越所有 RAID 5 虚拟磁盘的动态卷。

图 3-5. RAID 50

RAID 50 特点:

注:在 PERC 3/SC、3/DCL、3/DC、3/QC、4/SC、4/DC、4e/DC、4/Di、4e/Si、4e/Di 和 CERC ATA100/4ch 控制器上,在包含不同容量磁盘的磁盘组上实现 RAID 50 时,有一些特殊的注意事项。 请参阅“PERC 3/SC、3/DCL、3/DC、3/QC、4/SC、4/DC、4e/DC、4/Di、4e/Si、4e/Di 和 CERC ATA100/4ch 控制器的 RAID 10 和 50 的注意事项”了解详情。

相关信息:

请参阅以下内容:

RAID 级别 10(在镜像组上分条)

RAID Advisory Board 认为 RAID 级别 10 是 RAID 级别 1 的实现。 RAID 10 将镜像的物理磁盘 (RAID 1) 与数据分条 (RAID 0) 结合在一起。 对于 RAID 10,数据在多个物理磁盘上分条。 分条的磁盘组随后会镜像到另一组物理磁盘。 RAID 10 可以视为条带的镜像

图 3-6. 在镜像磁盘组上分条

RAID 10 特点:

注: 在 PERC 3/SC、3/DCL、3/DC、3/QC、4/SC、4/DC、4e/DC、4/Di、4e/Si、4e/Di 和 CERC ATA100/4ch 控制器上,在包含不同容量磁盘的磁盘组上实现 RAID 10 时,有一些特殊的注意事项。 请参阅“PERC 3/SC、3/DCL、3/DC、3/QC、4/SC、4/DC、4e/DC、4/Di、4e/Si、4e/Di 和 CERC ATA100/4ch 控制器的 RAID 10 和 50 的注意事项”了解详情。

相关信息:

请参阅以下内容:

RAID 级别 1 连锁(连锁镜像)

RAID 1 连锁是一个跨越一对以上物理磁盘的 RAID 1 磁盘组。 它将连锁的优点与 RAID 1 的冗余结合在一起。 在这种 RAID 类型中不涉及分条。

同样,可以在只支持 RAID 1 的硬件上实现 RAID 1 连锁,具体步骤是:创建多个 RAID 1 虚拟磁盘,将虚拟磁盘升级到动态磁盘,然后使用简单磁盘捆绑来将所有 RAID 1 虚拟磁盘连锁到一个大动态卷。

图 3-7. RAID 1 连锁

注:这种 RAID 级别只用于 PERC 3/Si 和 PERC 3/Di 控制器。

相关信息:

请参阅以下内容:

PERC 3/SC、3/DCL、3/DC、3/QC、4/SC、4/DC、4e/DC、4/Di、4e/Si、4e/Di 和 CERC ATA100/4ch 控制器上的 RAID 10 和 50 的注意事项

在 PERC 3/SC、3/DCL、3/DC、3/QC、4/SC、4/DC、4e/DC、4/Di、4e/Si、4e/Di 和 CERC ATA100/4ch 控制器上,在包含不同容量磁盘的磁盘组上实现 RAID 10 或 RAID 50 时,有一些特殊的注意事项。 当实现 RAID 10 或 RAID 50 时,会跨越磁盘空间来创建条带和镜像。 跨越大小可能会变化来适应不同的磁盘大小。 但是也有可能,磁盘组中最大磁盘的一部分会不可用,从而造成磁盘空间浪费。 例如,对于具有下列磁盘的磁盘组:

磁盘 A = 40 GB

磁盘 B = 40 GB

磁盘 C = 60 GB

磁盘 D = 80 GB

在本例中,数据将会跨越所有四个磁盘,直到磁盘 A 和磁盘 B 以及磁盘 C 和磁盘 D 上的 40 GB 空间已全部占满。 之后数据将会跨越磁盘 C 和磁盘 D,直到磁盘 C 已满。 这就在磁盘 D 上留下 20 GB 磁盘空间。 数据不能写到此磁盘空间,因为磁盘组中没有对应磁盘空间来创建冗余数据。

比较 RAID 级别和连锁性能

下表比较了一些常用 RAID 级别的相关性能特点。 此表提供了选择 RAID 级别的一般原则。 在选择 RAID 级别时,始终记住您特定环境的需求。

注:下表并没有显示 Storage Management 支持的所有 RAID 级别。 有关 Storage Management 支持的所有 RAID 级别的信息,请参阅“选择 RAID 级别和连锁”。

RAID 级别和连锁性能比较

RAID
级别

数据
可用性

读性能

写性能

重建性能

所需的最小磁盘

建议的用途

连锁

无增益。

无增益。

无增益。

暂无

1 或 2,取决于控制器。

与冗余 RAID 级别相比具有更好的成本效率。 用于非重要数据。

RAID 0

很好

很好

暂无

N

不重要数据

RAID 1

极好

很好

2N
(N = 1)

小型数据库、数据库日志、重要信息

RAID 5

按顺序读:好。 按事务读:很好

一般,除非使用回写高速缓存

N + 1(N = 至少两个磁盘)

 

数据库和其它读密集型事务性使用

RAID 10

极好

很好

一般

2N x X

数据密集型环境(大记录)

RAID 50

极好

很好

一般

一般

N + 2(N = 至少为 4)

中等程度的事务性或数据密集型使用

N = 物理磁盘数
X = RAID 组数


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