RAID (Redundant Array of Independent Disks), ursprünglich als Redundant Array of Inexpensive Disks bekannt, wurde erstmals von Professor D. A. Patterson von der Universität von Kalifornien vorgeschlagen,Berkeley in der Arbeit "Ein Fall von überflüssigen Array von preiswerten Scheiben" im Jahr 1988Damals waren Festplatten mit großer Kapazität teuer, daher bestand die Grundidee von RAID darin, mehrere Festplatten mit geringer Kapazität und relativ preiswerte Festplatten organisch zu kombinieren, um die Kapazität zu erhalten,Leistung und Zuverlässigkeit, die mit teuren Festplatten mit großer Kapazität zu geringeren Kosten vergleichbar sindDa die Kosten und der Preis für Festplatten weiter sanken, verlor der Begriff "billig" seine Bedeutung, und der RAID Advisory Board (RAB) beschloss, "billig" durch "unabhängig" zu ersetzen.

Diese Konstruktionsidee von RAID wurde schnell von der Industrie übernommen.Spiegelungs- und Datenparitätstechnologien zur Erreichung hoher Leistung, Zuverlässigkeit, Fehlertoleranz und Skalierbarkeit.RAID kann in verschiedene Ebenen aufgeteilt werden, um den Bedürfnissen verschiedener Datenanwendungen gerecht zu werdenDie ursprünglichen RAID-Levels RAID1-RAID5 wurden in einem Papier von D. A. Patterson et al. definiert, und RAID0 und RAID6 wurden seit 1988 erweitert.Die Datenbank-Lösungen werden von den Anbietern von Speicher-Lösungen kontinuierlich auf RAID-Niveaus wie RAID7 übertragen., RAID10/01, RAID50, RAID53 und RAID100, aber es gibt keinen einheitlichen Standard. Derzeit sind die von der Industrie anerkannten Standards RAID0-RAID5,und die vier Ebenen außer RAID2 wurden als Industriestandards festgelegtDie am häufigsten verwendeten RAID-Level im eigentlichen Anwendungsbereich sind RAID0, RAID1, RAID3, RAID5, RAID6 und RAID10.

Aus Implementierungsperspektive wird RAID hauptsächlich in drei Typen unterteilt: Software-RAID, Hardware-RAID und Hybrid-RAID.Alle Funktionen werden vom Betriebssystem und der CPU ausgeführt., und es gibt keinen unabhängigen RAID-Steuerungs-/Verarbeitungsschip und I/O-Verarbeitungsschip, so dass der Wirkungsgrad am niedrigsten ist.Hardware-RAID ist mit einem speziellen RAID-Steuerungs-/Verarbeitungsschip und einem I/O-Verarbeitungsschip sowie einem Array-Puffer ausgestattetHybrid RAID verfügt über einen RAID-Control/Processing-Chip, fehlt aber an einem I/O-Prozess-Chip und benötigt die CPU und Treiberprogramme, um abzuschließen,und seine Leistung und Kosten sind zwischen Software RAID und Hardware RAID.

Jede RAID-Ebene stellt eine Implementierungsmethode und -Technologie dar, und es gibt keine Unterscheidung zwischen hohen und niedrigen Ebenen.die geeignete RAID-Ebene und die spezifische Implementierungsmethode sollten entsprechend den Merkmalen der Anwendungen für Benutzerdaten ausgewählt werden;, und die Verfügbarkeit, Leistung und Kosten sollten umfassend berücksichtigt werden.

Grundprinzipien

RAID, also Redundant Array of Independent Disks, wird in der Regel als Disk-Array abgekürzt.die eine höhere Speicherleistung und Datenredundanz bietet als eine einzelne FestplatteRAID ist eine Multi-Disk-Management-Technologie, die kostengünstige, hohe Datenzuverlässigkeit und Hochleistungsspeicherung für die Hostumgebung bietet.ein Festplattenarray, in dem ein Teil des physischen Speicherplatzes verwendet wird, um die redundanten Informationen der in dem verbleibenden Speicherplatz gespeicherten Benutzerdaten aufzuzeichnen. Wenn eine Festplatte oder ein Zugriffspfad ausfällt, können die redundanten Informationen verwendet werden, um die Benutzerdaten zu rekonstruieren.Es wird in der Regel auch RAID genannt (i.e, RAID0).

Die ursprüngliche Absicht von RAID war es, hochwertige Speicherfunktionen und redundante Datensicherheit für große Server bereitzustellen.RAID wird als Speicherplatz betrachtet, der aus zwei oder mehr Festplatten besteht, und die E/A-Leistung des Speichersystems wird durch das gleichzeitige Lesen und Schreiben von Daten auf mehreren Festplatten verbessert.und sogar Spiegelungsmethoden, die die Zuverlässigkeit des Systems erheblich erhöhen, und das ist, woher "Redundant" kommt.

Hier müssen wir JBOD (Just a Bunch of Disks) erwähnen.was der Hauptfaktor ist, der RAID von JBOD unterscheidetDerzeit bezieht sich JBOD häufig auf ein Festplattengehäuse, unabhängig davon, ob es RAID-Funktionalität bietet oder nicht.

Die beiden Hauptziele von RAID sind die Verbesserung der Datenzuverlässigkeit und der I/O-Leistung.Es sieht aus wie eine einzige Scheibe.. Redundanz wird erreicht, indem dieselben Daten auf mehrere Festplatten geschrieben werden (typischerweise Spiegelung) oder die berechneten Paritätsdaten in das Array geschrieben werden,so dass Datenverlust nicht verursacht wird, wenn eine einzelne Festplatte versagt. Einige RAID-Level erlauben mehrere Festplatten gleichzeitig zu versagen, wie RAID6, bei dem zwei Festplatten gleichzeitig beschädigt werden können.Die fehlgeschlagene Festplatte kann durch eine neue ersetzt werden, und RAID wird die verlorenen Daten automatisch nach den Daten und Paritätsdaten in den verbleibenden Festplatten rekonstruieren, um die Konsistenz und Integrität der Daten zu gewährleisten.Die Daten sind verteilt und auf mehreren verschiedenen Festplatten in RAID gespeichert, und das gleichzeitige Lesen und Schreiben von Daten ist viel besser als bei einer einzelnen Festplatte, so dass eine höhere aggregierte I/O-Bandbreite erzielt werden kann.Das Disk-Array wird den gesamten verfügbaren Speicherplatz aller Festplatten reduzieren, was Platz im Austausch für höhere Zuverlässigkeit und Leistung opfert. Zum Beispiel beträgt die Speicherplatznutzung von RAID1 nur 50%, und RAID5 verliert die Speicherkapazität einer Festplatte,und die Raumnutzung beträgt (n-1) /n.

Das Festplattenarray kann den kontinuierlichen Betrieb des Systems ohne Unterbrechung gewährleisten, wenn einige Festplatten (je nach Implementierung einzeln oder mehrfach) beschädigt sind.Während des Prozesses der Rekonstruktion der Daten der ausgefallenen Festplatte auf die neue FestplatteEinige Festplattenarrays müssen beim Hinzufügen oder Löschen von Festplatten abgeschaltet werden.Einige unterstützen den Hot-SwapDiese hochwertige Festplattenanordnung wird hauptsächlich in Anwendungssystemen mit hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit eingesetzt.und das System nicht heruntergefahren werden kann, oder die Herunterfahrenzeit sollte so kurz wie möglich sein. Im Allgemeinen kann RAID keine Datensicherung ersetzen. Es ist machtlos für Datenverlust, der durch Nicht-Festplattenfehler verursacht wird, wie Viren, menschliche Zerstörung, versehentliche Löschung usw.der Datenverlust ist relativ zum Betriebssystem, Dateisystem, Volumenmanager oder Anwendungssystem. Für das RAID-System selbst sind die Daten intakt und es ist kein Verlust aufgetreten.Notwendigkeit der Notfallwiederherstellung und anderer Datenschutzmaßnahmen, die RAID ergänzen und die Datensicherheit auf verschiedenen Ebenen schützen, um Datenverlust zu verhindern.

Es gibt drei Schlüsselkonzepte und Technologien in RAID: Spiegelung, Datenstreifen und Datenparität. Spiegelung kopiert Daten auf mehrere Festplatten.und andererseits, kann es Daten von zwei oder mehr Kopien gleichzeitig lesen, um die Leseleistung zu verbessern.und es dauert mehr Zeit, um sicherzustellen, dass die Daten richtig auf mehrere Festplatten geschrieben werdenDie Datenstreifen erzeugen Daten auf mehreren verschiedenen Festplatten, und mehrere Datenstreifen bilden zusammen eine vollständige Datenkopie.die sich von den mehreren Kopien der Spiegelung unterscheidet und in der Regel für Leistungsbedürfnisse verwendet wird. Datenstreifen haben eine höhere Gleichzeitigkeitsgranularität. Beim Zugriff auf Daten ist es möglich, Daten auf verschiedenen Festplatten gleichzeitig zu lesen und zu schreiben,so eine sehr signifikante Verbesserung der E/A-Leistung erzielt wird. Datenparität verwendet redundante Daten für die Erkennung und Reparatur von Datenfehlern. Die redundanten Daten werden normalerweise durch Algorithmen wie Hamming-Code und XOR-Operation berechnet.Die Verwendung der Paritätsfunktion kann die Zuverlässigkeit erheblich verbessernDie Datenparität muss jedoch Daten von mehreren Orten ablesen und Berechnungen und Vergleiche durchführen, was sich auf die Leistung des Systems auswirken wird.Verschiedene RAID-Ebenen verwenden eine oder mehrere der oben genannten drei Technologien, um unterschiedliche Datenzuverlässigkeit zu erhalten., Verfügbarkeit und I/O-Leistung. Welche Art von RAID (auch neue Ebenen oder Typen) zu entwerfen oder welchen RAID-Modus zu übernehmen,Es ist notwendig, eine vernünftige Wahl unter der Voraussetzung zu treffen, die Anforderungen des Systems zu verstehen und die Zuverlässigkeit umfassend zu bewerten., Leistung und Kosten, um eine Kompromisswahl zu treffen.

Vorteile von RAID

• Große Kapazität: Dies ist ein offensichtlicher Vorteil von RAID. Es erweitert die Festplattenkapazität, und das RAID-System, das aus mehreren Festplatten besteht, hat riesigen Speicherplatz. Jetzt kann die Kapazität einer einzelnen Festplatte mehr als 1 TB erreichen,So kann die Speicherkapazität von RAID das PB Niveau erreichenGenerell ist die verfügbare Kapazität von RAID kleiner als die Gesamtkapazität aller Mitglieds-Festplatten.Verschiedene Ebenen von RAID-Algorithmen erfordern eine gewisse Redundanz, und der spezifische Kapazitätsüberschuss hängt mit dem angenommenen Algorithmus zusammen. Wenn der RAID-Algorithmus und die Kapazität bekannt sind, kann die verfügbare Kapazität von RAID berechnet werden.Die Kapazitätsauslastung von RAID liegt zwischen 50% und 90%.

• Hohe Leistung: Die hohe Leistung von RAID profitiert von der Datenstreifentechnologie.und ist oft der Engpass für die Leistung des Systems. Durch das Datenstreifen verteilt RAID die Daten E/A auf jede Mitgliedsdiskette und erzielt so eine aggregierte E/A-Leistung, die mehrfach höher ist als die einer einzelnen Diskette.

• Zuverlässig: Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit sind weitere wichtige Merkmale von RAID. Theoretisch sollte die Zuverlässigkeit eines RAID-Systems aus mehreren Festplatten schlechter sein als die einer einzelnen Festplatte.Es gibt eine implizite Annahme hier: ein einzelner Festplattenfehler führt dazu, dass das gesamte RAID nicht verfügbar ist. RAID verwendet Datenredundanztechnologien wie Spiegelung und Datenparität, um diese Annahme zu brechen.Spiegelung ist die primitivste Redundanztechnologie., die die Daten auf einer bestimmten Gruppe von Festplattenlaufwerken vollständig auf eine andere Gruppe von Festplattenlaufwerken kopiert, um sicherzustellen, dass immer eine Datenkopie verfügbar ist.Verglichen mit dem 50%igen Redundanzkosten der Spiegelung, ist die Datenparität viel kleiner, und sie verwendet die Paritätsredundanten Informationen zur Überprüfung und Korrektur der Daten.Die Redundanztechnologie von RAID verbessert die Datenverfügbarkeit und -zuverlässigkeit erheblich, und stellt sicher, dass bei mehreren Festplattenfehlern keine Daten verloren gehen und der kontinuierliche Betrieb des Systems nicht beeinträchtigt wird.

• VerwaltbarkeitRAID ist eine Virtualisierungstechnologie, die mehrere physische Festplattenlaufwerke in ein großkapazientes logisches Laufwerk virtualisiert.schnelle und zuverlässige Festplattenlaufwerke mit großer KapazitätAuf diese Weise können Benutzer die Anwendungssystemdaten auf diesem virtuellen Laufwerk organisieren und speichern.Da RAID eine große Menge an Speicherverwaltungsarbeiten intern abgeschlossen hat, muss der Administrator nur ein einziges virtuelles Laufwerk verwalten, was eine Menge Verwaltungsprozesse ersparen kann.RAID kann dynamisch Festplattenlaufwerke hinzufügen oder löschen und automatisch Datenüberprüfung und Datenrekonstruktion durchführen, was die Verwaltungstätigkeit erheblich vereinfachen kann.