RAID技术基础知识分析
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具有100％数据冗余，提供最高的数据安全保障 理论上可以实现2倍的读取效率 设计和使用比较简单 开销大，空间利用率只有50％ 在写性能方面提升不大 财务、金融等高可用、高安全的数据存储环境
缺点 适用领域
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19
RAID2
采用校验冗余
把数据分散为位或块，加入汉明码，间隔写
入到磁盘阵列的每个磁盘中 在成员磁盘上的地址都一样
D2 D5 D8 D11 物理磁盘2
P0 P1 P2 P3 校验磁盘3
条带0
条带1
条带2 条带3
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23
RAID4
RAID4采用独立存取方式，将条带由 RAID3的小数据块改为更大的数据块， 这是RAID4和RAID3最大的不同 RAID4的校验较为迅速，可以获得相对 于RAID3更高的读取速度，但写入速度 极差，控制器的设计更加复杂
D2
D3
….
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21
RAID3的特性
所需成员磁盘数 优点 3个或更多，最低为3个 读写性能都比较好 当有磁盘损坏时，对整体吞吐量影响较小 减少了开销 控制器设计复杂 采用并行存取方式，主轴同步时吞吐量没有提高 校验磁盘的写性能有瓶颈 视频生成和图像、视频编辑等 需要高吞吐量的应用环境
采用了并行存取方式 花费大，成本昂贵
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20
RAID3的工作原理
在RAID3中，数据块被分为更小的块并 行传输到各个成员磁盘上，同时计算 XOR校验数据存放到专用的校验磁盘上
D0
D1 D00 D10 D20 D30 物理磁盘0 D01 D11 D21 D31 物理磁盘1 D02 D12 D22 D32 物理磁盘2 P0 P1 P2 P3 校验磁盘3
第7章 RAID技术基础知识
ISSUE 1.0
日期：
杭州华三通信技术有限公司 版权所有，未经授权不得使用与传播
引入
计算机和网络技术的高速发展对存储性能和数据可靠 性的要求不断的提高。使用RAID技术是很好的解决
途径。
课程目标
学习完本课程，您应该能够：
了解RAID的定义与特点 理解RAID数据组织方式和冗余原理 熟练掌握各RAID级别的原理及特性 了解RAID的实现方式
用
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8
镜像冗余的概念
镜像冗余使用了磁盘镜像技术
磁盘镜像是一个简单的设备虚拟化技术， 每个I/O操作都会在两个磁盘上执行，两 个磁盘看起来就像一个磁盘一样
镜像冗余可以提高磁盘的读性能
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9
镜像冗余的实现方式
I/O请求
文件系统 卷管理器 设备驱动程序
系统总线 主机I/O控制器 I/O总线 子系统 设备 镜像器 镜像I/O路径 主磁盘
RAID的基本概念 RAID级别 RAID的实现方式和运行状态
RAID级别
组成RAID阵列的不同方式称为RAID级别
不同的RAID级别
不同的存储性能 不同的数据可靠性 不同的存储成本
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15
RAID0的工作原理
RAID0是以条带的形式将数据均匀分布 在阵列的各个磁盘上
缺点
适用领域Байду номын сангаас
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17
RAID1的工作原理
RAID1以镜像为冗余方式，对虚拟磁盘 上的数据做多份拷贝，放在成员磁盘上
D0
D1
D0 D2 D0 D1 D2 D3
5
D3 ….
D1 D2 D3
物理磁盘0
物理磁盘1
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18
RAID1的特性
所需成员磁盘数 优点
2N个，（N≥1），最低为2个
目录
RAID的基本概念 RAID级别 RAID的实现方式和运行状态
RAID的定义
RAID的全称
廉价磁盘冗余阵列（Redundant
Inexpensive Disks）
Array of
RAID的定义
多个独立的物理硬盘按照不同的方式组合起来，
形成一个虚拟的硬盘
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操作数2 假 真 假 真
XOR结果 假 真 真 假
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12
热备和热换
热备是指在不干扰当前系统的正常使用 的情况下，用系统中另外一个正常的备 用磁盘顶替失效磁盘 热换是指在不影响系统正常运转的情况 下，用正常的磁盘物理替换RAID阵列中 的失效磁盘
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13
目录
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镜像磁盘
10
校验冗余的概念
根据冗余算法计算阵列中成员磁盘上数 据的校验信息，将校验信息保存在其他 的磁盘资源上 保证数据可靠性 和镜像冗余相比较，校验冗余的开销更 小
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11
XOR算法
相同为假，不同为真
XOR的逆操作是XOR
操作数1 假 假 真 真
分区0
分块 分块 分块 分区1
分块 分块 分块 分区1
分块 分块 分块 分区1
分块 分块 分块 分区0
条带1 条带2 条带3
磁盘1
磁盘2
磁盘3
磁盘4
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7
RAID存取数据的基本方式
并行存取方式
适用于大型的、以长时间顺序访问数据为特征的
应用
独立存取方式
适用于数据存取频繁，每笔存取数据量较小的应
5
RAID的优势
RAID在容量和管理上的优势
易于灵活的进行容量扩展
“虚拟化”使可管理性极大的增强
RAID在性能上的优势
“磁盘分块”技术带来性能的提高
RAID在可靠性和可用性上的优势
通过冗余技术和热备、热换提升了可靠性
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6
RAID组织数据的基本方式
分区0
分区0
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 …..
D0 D4 D8
D1 D5 D9
D2 D6 D10
D3 D7 D11
条带0
条带1 条带2
物理磁盘0
物理磁盘1
物理磁盘2
物理磁盘3
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16
RAID0的特性
所需成员磁盘数 优点
2个或更多，最低为2个 极高的磁盘读写效率 不存在校验，不会占用太多CPU资源 设计、使用和配置比较简单 无冗余，不能用于对数据安全性要求高的环境 视频生成和编辑、图像编辑 其他需要大的传输带宽的操作
缺点
适用领域
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22
RAID4的工作原理
在RAID4中，数据被分为更大的块并行 传输到各个成员磁盘上，同时计算XOR 校验数据存放到专用的校验磁盘上
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 …..
D0 D3 D6 D9 物理磁盘0
D1 D4 D7 D10 物理磁盘1
缺点 适用领域
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19
RAID2
采用校验冗余
把数据分散为位或块，加入汉明码，间隔写
入到磁盘阵列的每个磁盘中 在成员磁盘上的地址都一样
D2 D5 D8 D11 物理磁盘2
P0 P1 P2 P3 校验磁盘3
条带0
条带1
条带2 条带3
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RAID4
RAID4采用独立存取方式，将条带由 RAID3的小数据块改为更大的数据块， 这是RAID4和RAID3最大的不同 RAID4的校验较为迅速，可以获得相对 于RAID3更高的读取速度，但写入速度 极差，控制器的设计更加复杂
D2
D3
….
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RAID3的特性
所需成员磁盘数 优点 3个或更多，最低为3个 读写性能都比较好 当有磁盘损坏时，对整体吞吐量影响较小 减少了开销 控制器设计复杂 采用并行存取方式，主轴同步时吞吐量没有提高 校验磁盘的写性能有瓶颈 视频生成和图像、视频编辑等 需要高吞吐量的应用环境
采用了并行存取方式 花费大，成本昂贵
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RAID3的工作原理
在RAID3中，数据块被分为更小的块并 行传输到各个成员磁盘上，同时计算 XOR校验数据存放到专用的校验磁盘上
D0
D1 D00 D10 D20 D30 物理磁盘0 D01 D11 D21 D31 物理磁盘1 D02 D12 D22 D32 物理磁盘2 P0 P1 P2 P3 校验磁盘3
第7章 RAID技术基础知识
ISSUE 1.0
日期：
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引入
计算机和网络技术的高速发展对存储性能和数据可靠 性的要求不断的提高。使用RAID技术是很好的解决
途径。
课程目标
学习完本课程，您应该能够：
了解RAID的定义与特点 理解RAID数据组织方式和冗余原理 熟练掌握各RAID级别的原理及特性 了解RAID的实现方式
用
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8
镜像冗余的概念
镜像冗余使用了磁盘镜像技术
磁盘镜像是一个简单的设备虚拟化技术， 每个I/O操作都会在两个磁盘上执行，两 个磁盘看起来就像一个磁盘一样
镜像冗余可以提高磁盘的读性能
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镜像冗余的实现方式
I/O请求
文件系统 卷管理器 设备驱动程序
系统总线 主机I/O控制器 I/O总线 子系统 设备 镜像器 镜像I/O路径 主磁盘
RAID的基本概念 RAID级别 RAID的实现方式和运行状态
RAID级别
组成RAID阵列的不同方式称为RAID级别
不同的RAID级别
不同的存储性能 不同的数据可靠性 不同的存储成本
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RAID0的工作原理
RAID0是以条带的形式将数据均匀分布 在阵列的各个磁盘上
缺点
适用领域Байду номын сангаас
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RAID1的工作原理
RAID1以镜像为冗余方式，对虚拟磁盘 上的数据做多份拷贝，放在成员磁盘上
D0
D1
D0 D2 D0 D1 D2 D3
5
D3 ….
D1 D2 D3
物理磁盘0
物理磁盘1
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RAID1的特性
所需成员磁盘数 优点
2N个，（N≥1），最低为2个
目录
RAID的基本概念 RAID级别 RAID的实现方式和运行状态
RAID的定义
RAID的全称
廉价磁盘冗余阵列（Redundant
Inexpensive Disks）
Array of
RAID的定义
多个独立的物理硬盘按照不同的方式组合起来，
形成一个虚拟的硬盘
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操作数2 假 真 假 真
XOR结果 假 真 真 假
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热备和热换
热备是指在不干扰当前系统的正常使用 的情况下，用系统中另外一个正常的备 用磁盘顶替失效磁盘 热换是指在不影响系统正常运转的情况 下，用正常的磁盘物理替换RAID阵列中 的失效磁盘
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镜像磁盘
10
校验冗余的概念
根据冗余算法计算阵列中成员磁盘上数 据的校验信息，将校验信息保存在其他 的磁盘资源上 保证数据可靠性 和镜像冗余相比较，校验冗余的开销更 小
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11
XOR算法
相同为假，不同为真
XOR的逆操作是XOR
操作数1 假 假 真 真
分区0
分块 分块 分块 分区1
分块 分块 分块 分区1
分块 分块 分块 分区1
分块 分块 分块 分区0
条带1 条带2 条带3
磁盘1
磁盘2
磁盘3
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RAID存取数据的基本方式
并行存取方式
适用于大型的、以长时间顺序访问数据为特征的
应用
独立存取方式
适用于数据存取频繁，每笔存取数据量较小的应
5
RAID的优势
RAID在容量和管理上的优势
易于灵活的进行容量扩展
“虚拟化”使可管理性极大的增强
RAID在性能上的优势
“磁盘分块”技术带来性能的提高
RAID在可靠性和可用性上的优势
通过冗余技术和热备、热换提升了可靠性
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RAID组织数据的基本方式
分区0
分区0
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 …..
D0 D4 D8
D1 D5 D9
D2 D6 D10
D3 D7 D11
条带0
条带1 条带2
物理磁盘0
物理磁盘1
物理磁盘2
物理磁盘3
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RAID0的特性
所需成员磁盘数 优点
2个或更多，最低为2个 极高的磁盘读写效率 不存在校验，不会占用太多CPU资源 设计、使用和配置比较简单 无冗余，不能用于对数据安全性要求高的环境 视频生成和编辑、图像编辑 其他需要大的传输带宽的操作
缺点
适用领域
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RAID4的工作原理
在RAID4中，数据被分为更大的块并行 传输到各个成员磁盘上，同时计算XOR 校验数据存放到专用的校验磁盘上
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 …..
D0 D3 D6 D9 物理磁盘0
D1 D4 D7 D10 物理磁盘1