淺析RAID技術(shù)在信息化建設(shè)中的應(yīng)用

張新諾

[摘要]隨著時代的發(fā)展和科技的進步，各個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)存儲就需要越來越可靠和穩(wěn)定，同時提高讀寫速率也是極為重要的，因此，作為一種被廣泛認同的存儲管理技術(shù)，即RAID技術(shù)，在如今這個時代迅速發(fā)展且被大量運用。本文就信息化建設(shè)方面來詳述RAID技術(shù)，由于不同的信息化建設(shè)部門采用的RAID模式不一樣，因此針對RAID模式的不同進行分析研究，在總結(jié)其優(yōu)點和缺點的同時并提出建議，以此更好地提高效率。文中最后表述了RAID技術(shù)的應(yīng)用實踐并說明了應(yīng)該如何對其進行日常維護，這也有利于RAID技術(shù)能夠更好地服務(wù)于信息化建設(shè)當(dāng)中。

[關(guān)鍵詞]RAID技術(shù)；信息化建設(shè)；應(yīng)用

0引言

信息化建設(shè)主要是針對農(nóng)業(yè)、工業(yè)及教育科學(xué)技術(shù)等方面，同時也有利于我國信息資源開發(fā)領(lǐng)域的發(fā)展，由國家進行統(tǒng)一規(guī)劃及實行，其對我國現(xiàn)代化建設(shè)也有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代化進程的推動，各行各業(yè)所需的相關(guān)信息量越來越多，需要更高效率的信息處理技術(shù)，因此計算機和通信技術(shù)在這種形勢下迅速發(fā)展，其中，由于性能優(yōu)勢而備受我國各大領(lǐng)域信賴的RAID技術(shù)得到了廣泛運用和發(fā)展。

1RAID技術(shù)

起初，David A.Patterson等人提出了RAID（Redundant Arrays of Inexpensive Disks）即廉價冗余磁盤陣列這個概念。作為加利福利亞大學(xué)伯克利分校的研究人員，David A.Patterson等人原本是為了解決由于磁盤性能的增長速度趕不上CPU性能而不能與之相匹配的問題，但是由于RAID技術(shù)越來越可靠、安全，且其可擴展性等不斷提高，也就順其自然地被廣泛運用到各個領(lǐng)域的實際存儲系統(tǒng)中。RAID技術(shù)利用冗余數(shù)據(jù)使數(shù)據(jù)本身具有高可靠性，且通過將數(shù)據(jù)條帶化從而增強I/O的并行性，這樣有利于數(shù)據(jù)存儲的高效性和安全性。冗余數(shù)據(jù)就是指備份或編碼原有數(shù)據(jù)，通常利用復(fù)制、域運算及異域運算的手段進行，且把經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)放到不同磁盤中進行存儲，由此得到有相應(yīng)容錯能力的磁盤陣列。而數(shù)據(jù)條帶化則是把被分成些許獨立數(shù)據(jù)段的整段數(shù)據(jù)放到不同磁盤中進行存儲，這樣進程可以并行訪問多個磁盤，因此磁盤的I/O并行度得到增強，即形成了具有更高I/O帶寬的磁盤陣列。

但是，冗余數(shù)據(jù)的方式不同就會使得磁盤陣列的容錯能力及I/O能力不同。比如，單塊磁盤存儲冗余數(shù)據(jù)的磁盤陣列容錯能力低于兩塊磁盤，但是其空間利用率就相對較高。也就是說兩塊磁盤存儲冗余數(shù)據(jù)使得磁盤陣列空間利用率降低，但卻增加了數(shù)據(jù)的安全性及可靠性。

所以，為了滿足不同情況下所需的磁盤陣列容錯能力和I/O能力，也就出現(xiàn)了不同等級的RAID技術(shù)。

2RAID技術(shù)的工作原理及特點

2.1RAID技術(shù)工作原理

RAID 0：RAID 0由于其沒有數(shù)據(jù)冗余功能，不能被稱作真正的RAID結(jié)構(gòu)。其分割數(shù)據(jù)的單位是位或者字節(jié)，其在多個磁盤上是以并行讀寫的方式進行的，所以數(shù)據(jù)傳輸率較高。RAID 0不能保障數(shù)據(jù)可靠，只能提高性能，且如果有一個磁盤損壞就會使所有數(shù)據(jù)受到影響，這也是其不適用于要求數(shù)據(jù)較高安全性情況的原因所在。

當(dāng)將磁盤陣列設(shè)置成RAID 0模式時，磁盤陣列的總?cè)萘康扔谠撽嚵凶钚〈疟P容量乘上磁盤數(shù)量。例如：5塊300GB的硬盤和一個250 GB硬盤組成RAID 0，則可得到的磁盤空間是1 500 GB（250 GB×6）。

RAID 1：其數(shù)據(jù)冗余是利用磁盤數(shù)據(jù)鏡像的方式，即采用成對且獨立的磁盤相互備份數(shù)據(jù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余。如果原始數(shù)據(jù)處于繁忙狀態(tài)而不及時提供有效數(shù)據(jù)，則可以通過鏡像拷貝直接讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，這也是RAID 1能使讀取性能增強的體現(xiàn)。RAID 1的數(shù)據(jù)安全性及可靠性較高，當(dāng)然其單位成本高于其他磁盤陣列。由于其具有能自動在鏡像磁盤中讀寫的性能，即便是有一個磁盤損壞，也不會對數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，無需重新組成。

設(shè)置成RAID 1模式的陣列容量等于兩個磁盤中較小那個的容量。例如，一個100 GB的硬盤和一個120 GB的硬盤組成RAID 1，則其RAID 1卷的容量等于100 GB。

RAID 0+1：RAID 0+1是RAID 0和RAID 1的組合，又稱為RAID 10。它既用條塊化讀寫，同時又使用鏡像操作。RAID（O+1）完全使用硬盤來實現(xiàn)資料備份，因此允許多個硬盤損壞。在每次寫人數(shù)據(jù)，磁盤陣列控制器會將資料同時寫入該兩組“大容量數(shù)組硬盤組”內(nèi)。同RAID 1一樣，雖然其硬盤使用率亦只有50%，但它卻是最具高效率的規(guī)劃方式。

RAID 2：其是在RAID 0的基礎(chǔ)上延伸得到的，RAID 2可以以字節(jié)為單位來分割數(shù)據(jù)，其磁盤陣列的容錯能力是采用海明碼方式得到的，這也使得其實行過程變得繁雜而逐漸被淘汰。

RAID 3：與RAID 2很相似的是兩者都是把數(shù)據(jù)條帶化后而存儲于不同的磁盤上，不同的是RAID 3采用簡易的奇偶校驗且將處理后的信息存儲于單塊磁盤中。假如一塊數(shù)據(jù)磁盤損壞，那存儲奇偶校驗信息的單塊磁盤和其他數(shù)據(jù)磁盤則能再次產(chǎn)生數(shù)據(jù)；若奇偶校驗信息存儲盤損壞的話，數(shù)據(jù)還是可以正常使用。RAID 3能有效傳輸龐大的連續(xù)數(shù)據(jù)，但是由于奇偶校驗信息存儲盤的存在，則不能很好地進行隨機數(shù)據(jù)的寫功能。

RAID 4：是用特定磁盤來存儲校驗信息，這點與RAID 3很相似，但是RAID 4數(shù)據(jù)存儲的單位是數(shù)據(jù)塊。由于一個固定大小的數(shù)據(jù)單元就是一個數(shù)據(jù)塊，因此只要數(shù)據(jù)塊完整，就能順利地對數(shù)據(jù)進行編解碼和恢復(fù)產(chǎn)生。雖然RAID4由于校驗效率要高于RAID 3，寫入速度要高于RAID 3，但其數(shù)據(jù)恢復(fù)要比RAID 3困難的多，控制器設(shè)計難度也非常大，所以數(shù)據(jù)訪問效率比較低。

RAID 5：具有存儲性能高、數(shù)據(jù)安全性好及存儲成本控制等的一系列優(yōu)點，其讀寫速度較快且空間利用率也較高，但是假使一塊硬盤損壞就會影響整個系統(tǒng)性能。RAID 5能夠保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全，雖然沒有鏡像的高保障性，但是其磁盤空間利用率較高。RAID 5的數(shù)據(jù)讀取速率與RAID 0相差不大，但是由于其有奇偶校驗信息存儲盤，使得其寫入數(shù)據(jù)的速率低于單個磁盤的RAID 0，而RAID 5的一個奇偶校驗信息對應(yīng)多個數(shù)據(jù)使得其磁盤空間利用率高于RAID 1。

RAID 6：多了一個獨立的奇偶校驗信息存儲盤，具有兩個獨立的使用不同算法的奇偶校驗信息存儲盤，增加了數(shù)據(jù)的可靠性，就算是兩個奇偶校驗信息存儲盤都損壞也對數(shù)據(jù)產(chǎn)生不了影響。由于其寫“損失”比RAID 5大，這也就降低了寫的性能。

RAID 7：與前面的技術(shù)都不同，其是一種新型的RAID標(biāo)準(zhǔn)。RAID 7能夠智能地進行實時操作，其具有的軟件工具能夠進行存儲管理，還能與主機脫離而獨自運作，且完全不需要CPU支持。RAID 7磁盤結(jié)構(gòu)的傳輸是通過優(yōu)化后的高速數(shù)據(jù)進行的，同步I/0傳送且能單獨掌控，這對系統(tǒng)并行性有很大的提升作用，同時也能使系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)的速度得到有效增加；由于高速緩沖存儲器在各個磁盤中都具有，不同實時系統(tǒng)在無論哪一個操作芯片都能控制實時操作系統(tǒng)的條件下而得到需求滿足，也就是多個用戶可以連接多臺主機進行接近零時間系統(tǒng)訪問，非常便捷。

最常用的RAID0～5級的描述、速度與容錯功能見表1。

2.2RAID技術(shù)特點

就RAID不同級別的發(fā)展及運用方面：

第一，RAID控制器的讀寫功能是運用磁盤陣列的并行數(shù)據(jù)實現(xiàn)的，這樣不僅擺脫了磁盤機電設(shè)計的影響，還有利于存取速度的增大，也就是說幾張磁盤陣列的讀寫速度就是單盤讀寫速度的幾倍，因此能有效地運用到多種應(yīng)用。

第二，RAID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲容量很大，主機可以根據(jù)需要隨時運用磁盤上的相關(guān)數(shù)據(jù)。對于較為復(fù)雜的RAID系統(tǒng)，用戶可以利用控制器傳數(shù)據(jù)的有關(guān)方式對多個磁盤進行級別連接。比如九十張磁盤的尋址操作可由一個設(shè)置完善的RAID的高性能控制器進行同一時間的控制。

第三，RAID系統(tǒng)奇偶校驗技術(shù)的應(yīng)用對數(shù)據(jù)可靠性的增強十分有幫助。其控制器在磁盤上進行數(shù)據(jù)寫功能的同時還能把相關(guān)的奇偶校驗冗余數(shù)據(jù)進行如實記錄，這樣一來，即便磁盤損壞，記錄下來的奇偶校驗信息也能把丟失的相關(guān)信息重新計算出來，且不影響RAID控制器的性能。

3RAID技術(shù)在信息存儲中的應(yīng)用

3.1RAID的實現(xiàn)方式

磁盤陣列的實現(xiàn)是通過軟件陣列和硬件陣列這兩種形式。

軟件陣列：連接普通SCSI卡的多塊硬盤被網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)本身具有的磁盤管理功能分成邏輯盤并組成軟件陣列，比如NOVELL的Net Ware操作系統(tǒng)具有軟件陣列功能和RAID 1功能。軟件陣列能冗余數(shù)據(jù)，可是會降低磁盤子系統(tǒng)的相關(guān)性能。

硬件陣列：通過專門的磁盤陣列卡形成，磁盤陣列卡在如今的非入門及服務(wù)器中很常見，無論是否集成在主板上都能形成硬件陣列。其中，動態(tài)修改陣列級別、超高速緩沖及自動數(shù)據(jù)恢復(fù)等功能都能通過硬件陣列實現(xiàn)，另外硬件陣列還具有數(shù)據(jù)保護、可靠、實用及可控等特性。磁盤陣列卡有一個專門的處理器用來進行數(shù)據(jù)的高速處理，另外還有一個專門的存貯器用來進行數(shù)據(jù)的高速緩沖。由此，磁盤陣列卡就可以實現(xiàn)服務(wù)器操作磁盤這個功能，這也就不會占用太多的CPU資源，還能節(jié)省系統(tǒng)內(nèi)存，且對磁盤子系統(tǒng)的性能沒有影響。

3.2RAID應(yīng)用場景

數(shù)據(jù)的存儲可根據(jù)不同的需求選擇不同的數(shù)據(jù)RAID方式。

RAID 0：由于RAID 0數(shù)據(jù)冗余性差但磁盤讀寫效率和磁盤利用率高的特點，一般應(yīng)用于小型私人盤陣中，不適合應(yīng)用于大型商業(yè)或者數(shù)據(jù)安全性較高的場合。

RAID 1：采用備份盤的方式，安全性高，因此多應(yīng)用于財務(wù)部門、付款部門等需要高可用性以及對數(shù)據(jù)的安全有較高要求的部門。

RAID 0+1：由于具有RAID 1和RAID 0兩種方式的特點，RAID 10的數(shù)據(jù)安全性和讀寫效率高，但建設(shè)成本較大。因此該種方式多應(yīng)用于圖像處理、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、一般文件服務(wù)器、備份磁盤驅(qū)動器及在信息化建設(shè)中對存儲速度和數(shù)據(jù)安全性都有要求的單位。

RAID 2：該種方式由于只是RAID 0的延伸，并且實現(xiàn)方式更加復(fù)雜，已經(jīng)逐漸被淘汰。

RAID 3：由于RAID 3不能很好地執(zhí)行隨機數(shù)據(jù)的寫功能，可用于寫連續(xù)數(shù)據(jù)的工作環(huán)境，如繪圖、數(shù)據(jù)倉儲、視訊編輯、影像、高速數(shù)據(jù)擷取、多媒體等單位應(yīng)用。

RAID 4：和RAID 3的方式類似，雖然校驗速度高于RAID 3，但其數(shù)據(jù)恢復(fù)要比RAID 3更加復(fù)雜，其應(yīng)用的場合較少。

RAID 5：具有存儲性能高、數(shù)據(jù)安全性好及存儲成本控制等的一系列優(yōu)點，已成為大部分存儲系統(tǒng)首選的RAID方式，許多政府機關(guān)、科研單位、企業(yè)等的存儲系統(tǒng)都是采用RAID 5方式。

RAID 6：由于RAID 6的建設(shè)成本比RAID 5高，同時其方式的設(shè)計復(fù)雜，其應(yīng)用性要遠小于RAID 5，只有對數(shù)據(jù)安全性有特殊要求的部分單位和部門應(yīng)用。

RAID 7：由于RAID 7為一種新型RAID標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用的成本很高，暫時只有部分高I/0需求的科研單位測試使用。

3.3硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)

RAID系統(tǒng)與操作系統(tǒng)及其他軟件相比，簡單來說其就是一個硬盤，其他的磁盤都無法看到，比如說分區(qū)及格式化等操作都是圍繞一個硬盤進行。因此，RAID數(shù)據(jù)恢復(fù)在很多數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件中進行的過程其實和一個硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)相比沒什么不同，并且像Recover4all等在一個硬盤上實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)的軟件也具備這個特性。

根據(jù)不同的RAID自身損壞的情況實行不同的解決方案。一般都是由于操作錯誤而失去了RAID邏輯盤，這種情況下一定不要初始化邏輯盤，而是只需按照原來的方式來設(shè)置RAID參數(shù)并重新啟動就行了。也有一些RAID卡，如果將其RAID邏輯盤重新構(gòu)建就會再次條帶化各硬盤，而且數(shù)據(jù)也因此可能再也無法恢復(fù)。所以，應(yīng)該先明確用戶用的是哪種RAID，操作系統(tǒng)有沒有損壞以及是否需要刷新RAID系統(tǒng)等后才能決定要不要恢復(fù)RAID系統(tǒng)。

3.4RAID的安全管理

3.4.1注意對日志文件的運行進行檢查

磁盤陣列內(nèi)部的運行狀況都被一一記錄在日志文件中，其中含有事件序列號、設(shè)備位置、發(fā)生時間等相關(guān)信息，有利于查出磁盤陣列出現(xiàn)的問題并有效排除不相干部分。

3.4.2注意對系統(tǒng)配置參數(shù)進行備份

邏輯配置、狀態(tài)配置等相關(guān)參數(shù)，比如所用RAID類型、邏輯盤大小、條帶容量、物理磁盤組成種類及各物理磁盤的通道號、型號、目標(biāo)序列號等數(shù)據(jù)應(yīng)該在磁盤陣列系統(tǒng)建成后做好詳細記錄。

3.4.3注意對重要數(shù)據(jù)進行定時備份

陣列控制器冗余、備用電池及雙UPS電源供電等技術(shù)由于設(shè)備成本及技術(shù)繁雜等而不能同時使用，因此，重要的工作需要通過磁帶、磁盤等介質(zhì)對數(shù)據(jù)進行定時備份，也可以采用操作系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行本地備份，另外還可以利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行遠程備份。

3.4.4注意對熱備用磁盤進行建立

作為RAID技術(shù)的新型技術(shù)，即熱備用磁盤技術(shù)。在磁盤陣列中，正常運行時，一個待機的磁盤會自動替代物理磁盤中損壞的那個，此時利用邏輯驅(qū)動器的冗余數(shù)據(jù)，原來損壞磁盤中存儲的數(shù)據(jù)會被利用邏輯驅(qū)動器冗余數(shù)據(jù)的陣列控制器采用校驗算法而在熱備用磁盤上再次建立。

這種重新建立數(shù)據(jù)的熱備用磁盤，其空間容量應(yīng)該比損壞磁盤的容量大或者兩者相等，在平時必須保證其不被占用，而且其陣列控制器必須能正常地自動進行數(shù)據(jù)重新建立。一個陣列對應(yīng)一個熱備用磁盤，系統(tǒng)管理員一旦發(fā)現(xiàn)熱備用磁盤數(shù)據(jù)丟失的機率增大，就應(yīng)該立即把相應(yīng)的新熱備用磁盤代替損壞的磁盤，如此才有利于維護相關(guān)性能的正常。

3.4.5注意對數(shù)據(jù)一致性進行定期檢查

為了保證數(shù)據(jù)的一致性，應(yīng)該每周一到兩次來仔細檢查RAID互為鏡像磁盤的數(shù)據(jù)，當(dāng)然也可以重新檢驗主數(shù)據(jù)，這樣也能達到效果。

4結(jié)語

目前，我國各領(lǐng)域已經(jīng)普遍且較為成熟地運用RAID技術(shù)，其作用不可忽視。隨著信息化建設(shè)進程的推動，企業(yè)需要結(jié)合自身發(fā)展情況來決定采用哪種RAID模式，只有這樣，才有利于增強企業(yè)本身的信息化管理能力，同時對辦公水平的提高也有十分重要的意義。所以，為了我國信息化建設(shè)的全面發(fā)展，應(yīng)該深入研究RAID技術(shù)，并為此奠定有力基礎(chǔ)。