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Linux系统存储管理:RAID磁盘阵列

李逸皓 运维book思议 2023-10-21

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磁盘阵列(RAID,Redundant Array of Independent Disks)是一种将多个物理硬盘组合成逻辑单元的技术,通过数据分布、冗余和并行读写操作,提供更高的数据安全性、性能和可靠性。磁盘阵列广泛应用于存储系统中,为企业和个人用户提供高容量、高性能和高可靠性的数据存储解决方案。
磁盘阵列的工作原理是将多个独立的物理硬盘组合成一个或多个逻辑驱动器,以实现数据的冗余、分布和并行访问。它采用不同的RAID级别,如RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6等,每种级别具有不同的数据分布和冗余策略,以满足不同的需求。

RAID0

grep命令是一个常用的文本搜索工具,用于在文件或文本流中查找匹配指定模式的行。它可以根据用户提供的模式进行快速的字符串匹配,并输出匹配到的结果。grep的名称来自于Global Regular Expression Print(全局正则表达式打印),它最初在Unix系统上开发,并在许多类Unix系统上得到广泛应用。

RAID 0,也称为条带化(Striping),将数据均匀地分布在多个磁盘上,在读取数据时,可以同时从多个磁盘进行读取,提高数据读写性能和传输速率。然而,RAID 0没有冗余功能,单个硬盘故障将导致数据丢失。

RAID0允许多个磁盘同时对数据进行读取或写入。所以,在理想状态下,RAID0中的磁盘数量越多,读取与写入的速率越快。RAID0是所有磁盘阵列类型中读写速率最快的,且对磁盘的利用率是100%。但RAID0不具备容错能力,一旦其中一块磁盘故障,整个磁盘阵列的数据都将受到影响。通常RAID0只应用在对数据要求不高,但对数据传输速率要求较高的场景。

RAID 1

RAID 1,也称为镜像(Mirroring),通过在多个磁盘上创建相同的数据副本,实现数据的冗余和备份。如果其中一个磁盘发生故障,系统可以从另一个磁盘读取数据,保证数据的可靠性和可用性。

在RAID1中数据以双份的形式分别写入到两个磁盘中,一份作为源数据,供用户读取,一份做镜像,在源数据丢失的情况下代替元数据被用户读取。因此,RAID1具备较强的容错能力,当其中一块磁盘故障时,数据会以热交换的方式恢复正常。相较于RAID0,RAID1读写速率较慢,且磁盘利用率为50%。

RAID10

RAID10是由RAID1与RAID0结合而成了一种磁盘阵列实现方式,既有RAID1的容错能力,又具备RAID0的传输速率。RAID10至少需要4块磁盘,分为两种实现方式:RAID1+0与RAID0+1。

RAID1+0以两个磁盘为一组,将相同的数据同时写入一组中的两个磁盘,组成RAID1,而磁盘阵列中有两组或多组磁盘,用户又将数据分散地储存到两组或多组磁盘中,这些磁盘以组为单位组成RAID0。

RAID0+1以两个磁盘为一组,将数据分散地写入一组磁盘中,组成RAID0,而磁盘阵列中有两组或多组磁盘,用户又将该组中的数据复制到其他磁盘组中,这些磁盘以组为单位组成RAID1。

RAID10即具备RAID0传输速率快的优势,又具备RAID1的容错能力,但无法规避RAID1磁盘利用率低的劣势。

RAID 5

RAID 5,相当于RAID10的低配版,属于一种兼顾传输速率与容错能力的折中方案。采用分布式奇偶校验的方式,将数据和校验信息分散存储在多个磁盘上,提供更高的性能和数据冗余。RAID 5至少需要三个磁盘,并且可以容忍单个磁盘故障。当一块硬盘发生故障时,系统可以通过奇偶校验信息重新构建丢失的数据。

奇偶校验信息被分散地存储到每个磁盘中,任何一块磁盘发生故障都不会影响整个系统的数据。RAID5至少需要3块磁盘,其中占用一块磁盘存储奇偶校验信息,所以磁盘利用率为(n-1)/n。
由于RAID5需要保存奇偶校验信息,其读写速率比RAID0稍慢,但具备一定的容错能力,3块磁盘中允许一块出现故障。
当RAID5中某一块磁盘出现故障时,所丢失的数据就需要通过奇偶校验信息计算,导致整体读写速度减慢。
RAID 6

RAID 6,相当于RAID5的升级版,提供更高的数据冗余性。RAID 6至少需要四个磁盘,并且可以容忍两个磁盘故障,磁盘利用率为(n-2)/n它采用双重奇偶校验,提供更强的数据保护能力。

RAID6读写速度较快,有一定的容错能力,4块磁盘中允许其中2块出现故障。RAID6在服务器中比较少见,通常出现在专用的存储设备上。

磁盘阵列在企业环境中广泛应用于服务器、存储阵列、数据中心和云存储等领域。它提供了数据保护和高性能的存储解决方案,适用于各种应用场景,如数据库管理、虚拟化环境、大数据分析和备份存储等。

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