RAID 的基本功能
RAID (Redundant Array of Independent Disks) 是一种将多个独立磁盘组合成一个逻辑磁盘的技术。它提供了以下基本功能:

检查数据一致性
RAID 系统具有检查数据一致性的功能。当出现数据不一致的情况时,拥有冗余功能的 RAID 控制器会对 RAID 组中的磁盘数据进行检验计算,并尝试进行自动修复或存储错误信息。这有助于确保数据的完整性和可靠性。

数据重建
RAID 系统拥有数据重建功能。如果发现某个磁盘出现故障,RAID 控制器可以通过利用 RAID 组中的冗余数据,对故障磁盘进行重建。
- 如果 RAID 组配置了热备盘,控制器能够自动将故障磁盘替换为热备盘,并在新磁盘上重建数据。
- 如果没有配置热备盘,则需要手动更换新磁盘,然后控制器会在新磁盘上重建数据。

容错能力
RAID 系统的容错功能可以确保当 RAID 组中的某一个磁盘出现故障时,整个存储系统仍然可以正常运行,不会影响数据存储。
- 对于包含多个子组的 RAID 级别,如 RAID 10、RAID 50,它们可以容忍每个子组中有一个磁盘故障。
- RAID 60 则可以容忍每个子组中有两个磁盘故障。
通过这些基本功能,RAID 技术可以提高存储系统的数据可靠性、容错能力和可用性,从而满足企业级应用对于数据安全和高可用性的需求。
RAID 的工作原理
RAID (Redundant Array of Independent Disks) 是一种通过将多个磁盘组合成一个逻辑磁盘阵列来提高数据存储性能和数据冗余的技术。RAID 的工作原理如下:

网络连接或直连主机
RAID 系统通常通过网络连接到主机服务器,或者直接连接到主机。这种连接方式使主机能够访问 RAID 中的磁盘阵列。

缓存交互
RAID 系统拥有一定量的缓冲存储器(缓存)。主机与 RAID 的缓存进行数据交互,而缓存再与具体的磁盘阵列交互数据。这种缓存机制可以显著提高数据读取的效率。

数据缓存
在实际应用中,磁盘阵列会将经常被读取的热数据保存在缓存中。当主机需要读取缓存中没有的数据时,RAID 系统会直接从磁盘阵列中读取所需数据。

写入优化
对于主机写入的数据,RAID 系统通常先将数据写入缓存,可以立即完成写入操作。然后再由缓存慢慢将数据写入磁盘阵列,提高写入效率。

数据冗余
RAID 通过磁盘阵列的冗余设计,提供了数据冗余和容错能力,从而提高了数据的可靠性和可用性。不同的 RAID 级别提供了不同程度的冗余和性能优化。
总的来说,RAID 通过缓存、磁盘阵列和数据冗余等技术,提高了数据存储的性能、可靠性和可用性,广泛应用于企业级存储系统中。
RAID 的优缺点
RAID (Redundant Array of Independent Disks) 是一种将多个独立磁盘组合成一个逻辑磁盘的技术。它具有以下优缺点:
优点:
容错能力
RAID 通过数据校验和冗余存储提供容错功能,即使某些磁盘发生故障,也不会导致数据丢失。这大大提高了存储系统的可靠性。
提高吞吐量
RAID 通过将数据分散存储在多个磁盘上,并行读写数据,从而提升了存储系统的数据吞吐量和传输效率。
提高冗余性
RAID 为系统提供了数据冗余备份,增强了系统的容错能力和稳定性。即使部分磁盘损坏,仍可从其他磁盘恢复数据。
提高存储容量
通过磁盘阵列,RAID 可以将多个较小容量的磁盘虚拟成一个大容量的逻辑磁盘,满足大容量存储需求。
缺点:
RAID 0 无冗余
RAID 0 采用数据条带化技术,将数据分散存储在多个磁盘上,提高了读写性能,但没有冗余功能。一旦任何一个磁盘损坏,整个阵列的数据都将丢失。
RAID 1 磁盘利用率低
RAID 1 采用磁盘镜像技术,将数据完全复制到另一块磁盘上,虽然提供了数据冗余,但磁盘利用率只有 50%。
成本较高
实现 RAID 需要专门的硬件和软件支持,成本相对较高,尤其是高级 RAID 级别。
复杂性
RAID 的配置、管理和维护相对复杂,需要专业的技术人员进行操作和维护。
RAID 的实现方法
RAID (Redundant Array of Independent Disks) 是一种将多个独立磁盘组合成一个逻辑磁盘的技术。它提供了数据冗余和性能增强的优势。以下是 RAID 的五种最常见的实现方法:
操作系统软件 RAID
通过使用操作系统自带的磁盘管理器来提供软件级别的 RAID 功能。这种方式成本较低,但性能和可靠性较差。
板载 RAID
主板集成或主板南桥芯片上内置了 RAID 控制器,可以直接实现 RAID 功能。这种方式成本适中,性能和可靠性一般。
外接独立 RAID 卡
通过在主板 IO 插槽中安装独立的 RAID 卡来提供 RAID 功能。这种方式成本较高,但性能和可靠性较好,适用于高端服务器和工作站。
外接零通道 RAID 卡
与独立 RAID 卡类似,但通过专用的零通道插槽连接,不占用主板 IO 插槽,性能更佳。
主机板内嵌磁碟阵列
主板上预留了专门的 RAID 卡槽,可以插入 RAID 卡实现磁盘阵列功能,不占用主板 IO 插槽。这种方式成本较高,但性能和可靠性优异。
选择合适的 RAID 实现方式需要根据实际需求、成本预算和性能要求进行权衡。软件 RAID 适合个人或小型企业使用,而硬件 RAID 则更适合对性能和可靠性要求较高的企业级应用。
亚马逊云科技的 RAID 技术应用

使用任何标准 RAID 配置
借助 Amazon EBS (Elastic Block Store),您可以灵活地使用任何标准 RAID (Redundant Array of Independent Disks) 配置,只要实例的操作系统支持该特定 RAID 配置。这种灵活性源于 Amazon EBS 的 RAID 实现方式 - 所有 RAID 都是在软件级别上实现的,而不是依赖于硬件。这意味着您可以像在传统裸机服务器上一样,在云中使用 RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6 等配置,从而获得所需的存储性能、冗余和可用性。通过软件 RAID,您可以根据应用程序的需求自由选择合适的 RAID 级别,而无需受硬件限制。

可在可用区内多个服务器间进行复制
Amazon EBS 卷的数据会在同一可用区内的多个服务器之间进行复制,从而提高了数据的持久性和可靠性。即使任何单个组件发生故障,您的数据也不会丢失。这种复制机制使得 Amazon EBS 卷的可靠程度比普通磁盘高出 10 倍。
数据持久性
通过跨多个服务器复制数据,Amazon EBS 确保了您的数据在发生硬件故障或其他意外情况时不会丢失。这种数据持久性对于关键任务负载和业务连续性至关重要。
高可用性
由于数据在多个服务器之间复制,即使某个服务器发生故障,您的应用程序也可以继续访问数据,从而实现高可用性。这对于需要 24/7 运行的应用程序尤为重要。
冗余
Amazon EBS 的复制机制提供了数据冗余,从而增强了数据的安全性和可靠性。即使发生意外情况,您的数据也有多个副本可供访问和恢复。
RAID 与其他存储技术的区别

数据冗余和容错能力
RAID 是一种数据存储虚拟化技术,通过将多个物理磁盘驱动器组合成一个或多个逻辑单元,从而提供数据冗余和性能改进。与传统的高可靠性大型机磁盘驱动器(SLED)不同,RAID 通过跨磁盘分布数据的不同方式(称为 RAID 级别)来实现数据冗余和容错。高于 RAID 0 级别的 RAID 可以防止磁盘扇区读取错误和整个物理磁盘故障导致的数据丢失。

与其他存储技术的比较
与 RAID 相比,直接连接存储(DAS)只是现有服务器的扩展,不一定是网络化的;而网络连接存储(NAS)则被设计为一种简单且自包含的解决方案,用于通过网络共享文件。DAS 和 NAS 都可以通过使用 RAID 或集群来提高数据可用性。此外,NAS 使用基于文件的协议(如 NFS、SMB、AFP 或 NCP),而 RAID 是一种较低级别的技术,提供容错能力。一般而言,NAS 在硬件方面的可定制性不如 RAID。

存储组织方式
与基于文件的存储(将数据组织为文件和文件夹层次结构)不同,块存储将数据划分为大小相等的块,跨不同物理设备存储,从而实现水平扩展。混合存储阵列则结合了 SSD 和 HDD,在性能、容量和成本之间寻求平衡。与 HDD 相比,SSD 提供低延迟操作,但每单位存储成本更高。

总结
RAID 侧重于提供数据冗余和可靠性,而其他存储格式(如文件存储、块存储和混合存储)则专注于组织数据、扩展能力以及权衡性能和成本。通过使用 RAID,可以确保在存储和检索事务性工作负载时,即使主磁盘发生故障,应用程序也能持续不间断运行。
RAID 的不同级别
RAID(Redundant Array of Independent Disks,独立冗余磁盘阵列)是一种将多个物理磁盘驱动器组合成一个或多个逻辑单元的数据存储技术,旨在提高可靠性、可用性、性能和容量。不同的 RAID 方案或数据分布布局以 "RAID" 一词加上数字来命名,例如 RAID 0 或 RAID 1。

RAID 0
RAID 0 由块级条带化组成,但没有镜像或奇偶校验。它通过在多个驱动器上分布数据来提高吞吐量,但没有冗余性,如果任何一个驱动器发生故障,整个阵列都会丢失。

RAID 1
RAID 1 是磁盘镜像,数据以相同的方式写入两个或多个驱动器。这提供了完全冗余,因为数据可以从任何驱动器读取。

RAID 5
RAID 5 由块级条带化和分布式奇偶校验组成,可提供对单个驱动器故障的容错能力。奇偶校验信息分布在所有驱动器上。

RAID 6
RAID 6 由块级条带化和双分布式奇偶校验组成,可提供对多达两个驱动器故障的容错能力。这使得更大的 RAID 组更加实用。

RAID 10
RAID 10 结合了镜像(RAID 1)和条带化(RAID 0),实现了高性能和冗余。它从一系列镜像驱动器创建了一个条带化集。
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