计算机组成与体系结构——存储_RAID

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一、RAID简述

RAID全称为独立磁盘冗余阵列(Redundant Arrar of Independent Disks) 由于磁盘存储介质数据的可靠性容易受到环境影响,而发生数据错误的代价非常大,因此需要考虑存储的容灾与恢复 主要有以下两种方式解决:

  • 大型、昂贵、抗干扰的单磁盘
  • 多个便宜的普通磁盘组成可靠存储系统

其中,每个硬盘被称为块或磁盘阵列,结构上是竖向的,而每一层被称为带区,结构上是横向的 在这里插入图片描述

二、单RAID

RAID-0

RAID-0也被称为磁盘跨区(Disk Spanning),它是无差错控制的带区组,RAID-0用多个磁盘并行读写,把数据分成数据块宝存在不同的驱动器,它没有冗余备份,不提高可靠性,但可以提高读写的性能。如果某个磁盘驱动器发生了错误,即使其他数据正确依旧无用 在这里插入图片描述

RAID-1

RAID-1也称为磁盘镜像(Disk Mirroring),对数据盘进行完全备份,放在镜像盘,读写与单块磁盘无区别(本质上也只有一半在工作)。当系统需要极高的可靠性可以采用RAID-1,并且RAID-1支持热替换。当主硬盘损坏时,镜像盘可以代替主盘工作

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RAID-2

RAID-2是一种理论RAID组成方式,它是基于海明码的校验存储,将硬盘分成两个集合:数据驱动器与校验驱动器,每次读写将数据驱动器的数据计算海明码存入教研寄存器。由于其需要多个磁盘存放校验、恢复数据,因此很少使用

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RAID-3

RAID-3是基于带奇偶检验码的并行传送,它一次访问所有磁盘块的同一层带区,类似RAID-2,但是只能查错不能纠错,也分为数据驱动器与校验驱动器。RAID-3使用单块盘存放奇偶校验信息。

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RAID-4

RAID-4也是一种理论上的组成方式,基于奇偶校验码的独立磁盘结构,它一次访问一个磁盘,是RAID-3的另一种访问方式,但是对于数据恢复时难度非常大,数据访问速度也很低

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RAID-5

RAID-5基于分布式奇偶校验的独立磁盘结构,它的奇偶校验码存放在所有的磁盘上,而没有独立的校验驱动器,这样可以避免对奇偶校验驱动器的竞争。与RAID-3相比,RAID-3每进行一次数据传输需要涉及所有阵列盘,而RAID-5的大部分数据传输只需要对一块磁盘操作,是使用最广的RAID

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RAID-6

RAID-6采用分布式奇偶校验码和里德所罗门校验码的独立磁盘结构,上述的RAID只能处理一个磁盘出错的情况,而RAID-6支持两个硬盘出错。由于开销很大,几乎不使用

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三、混合RAID

混合RAID主要采用RAID-10与RAID-01,即先采用一种RAID再采用另一种RAID,被称为高可靠性与高效的磁盘结构。因为两种结构各有优缺,混合可以达到互补

下图中:a)为RAID-10,b)为RAID-01 在这里插入图片描述

四、各RAID性能

RAID最小硬盘数组成利用率描述
RAID-022存储只并行存储
RAID-121存储+1镜像50%,最低镜像、完全备份
RAID-221存储+1校验海明码校验
RAID-332存储+1校验奇偶校验、横向访问
RAID-432存储+1校验奇偶校验、纵向访问
RAID-533存储&校验分布式奇偶校验
RAID-644存储&校验分布式奇偶+里德-所罗门校验