數(shù)據(jù)恢復－RAID數(shù)據(jù)技術

RAID技術基礎知識
??? RAID ， 為Redundant Arrays of Independent Disks的簡稱，中文為廉價冗余磁盤陣列。在1987年由美國柏克萊大學提出RAID（Redundant Arrayof Inexpensive Disks）理論，作為高性能的存儲系統(tǒng)，巳經(jīng)得到了越來越廣泛的應用。RAID的級別從RAID概念的提出到現(xiàn)在，巳經(jīng)發(fā)展了多個級別，有明確標準級別分別是0、1、2、3、4、5等。但是最常用的是0、1、3、5四個級別。其他還有6、7、10、30、50等。RAID為使用者降低了成本、增加了執(zhí)行效率，并提供了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

??? 當主機將一個待寫入陣列RAID組中的數(shù)據(jù)發(fā)送到陣列時，陣列控制器將該數(shù)據(jù)保存在緩存中并立即報告主機該數(shù)據(jù)的寫入工作已完成。該數(shù)據(jù)寫入到陣列硬盤的工作由陣列控制器完成，該數(shù)據(jù)可繼續(xù)存放在Cache中直到Cache滿，而且要為新數(shù)據(jù)騰出空間而必須刷新時或陣列需停機時，控制器會及時將該數(shù)據(jù)從Cache寫入陣列硬盤中。 這種緩存回寫技術使得主機不必等待RAID校驗計算過程的完成，即可處理下一個讀寫任務，這樣，主機的讀寫效率大為增加。當主機命令將一個數(shù)據(jù)寫入硬盤，則陣列控制器將該數(shù)據(jù)寫入緩存最上面的位置，只有新數(shù)據(jù)才會被控制器按Write-Back Cache的方式最后寫入硬盤。
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???? 標準的RAID寫操作，包括如：RAID4或RAID5中所必需的校驗計算，需包括以下幾個步驟：
（1）以校驗盤中讀取數(shù)據(jù)；
（2）以目標數(shù)據(jù)盤中讀取數(shù)據(jù) ；
（3）以舊校驗數(shù)據(jù)，新數(shù)據(jù)及已存在數(shù)據(jù)，生成新的校驗數(shù)據(jù) ；
（4）將新校驗數(shù)據(jù)寫入校驗盤 ；
（5）將新數(shù)據(jù)寫入目標數(shù)據(jù)盤 ；
?? RAID 級別

??? NRAID：
??? 硬盤連續(xù)使用。NRAID 意思是不使用RAID功能。它使用硬盤的總容量組成邏輯碟（不使用條塊讀寫）。換句話說，它生成的邏輯碟容量就是物理碟容量的總和。此外，NRAID不提供資料的備余。

??? JBOD：
??? JBOD 的含意是控制器將機器上每顆硬盤都當作單獨的硬盤處理，因此每顆硬盤都被當作單顆獨立的邏輯碟使用。此外，JBOD并不提供資料備余的功能。

??? RAID0：RAID 0 - Disk Stripping without parity (常用)
又稱數(shù)據(jù)分塊，即把數(shù)據(jù)分成若干相等大小的小塊，并把它們寫到陣列上不同的硬盤上，這種技術又稱“Stripping”（即將數(shù)據(jù)條帶化），這種把數(shù)據(jù)分布在多個盤上，在讀寫時是以并行的方式對各硬盤同時進行操作。從理論上講，其容量和數(shù)據(jù)傳輸率是單個硬盤的N倍。N為構成RAID0的硬盤總數(shù)。當然，若陣列控制器有多個硬盤通道時，對多個通道上的硬盤進行RAID0操作，I/O性能會更高。因此常用于圖象，視頻等領域，RAID0 I/O傳輸率較高，但平均故障時間MTTF只有單盤的N分之一，因此RAID0可靠性最差。

??? RAID1：RAID 1 - Disk Mirroring(較常用)
??? 又稱鏡像。即每個工作盤都有一個鏡像盤，每次寫數(shù)據(jù)時必須同時寫入鏡像盤，讀數(shù)據(jù)時只從工作盤讀出，一旦工作盤發(fā)生故障立即轉入鏡像盤，從鏡像盤中讀出數(shù)據(jù)。當更換故障盤后，數(shù)據(jù)可以重構，恢復工作盤正確數(shù)據(jù)，這種陣列可靠性很高，但其有效容量減小到總容量一半以下，因此RAID1常用于對容錯要求極嚴的應用場合，如財政、金融等領域。

??? RAID (0+1)：
??? 結合了RAID 0 和 RAID 1 — 條塊化讀寫的同時使用鏡像操作。 RAID (0+1) 允許多個硬盤損壞，因為它完全使用硬盤來實現(xiàn)資料備余。如果有超過兩個硬盤做RAID 1，系統(tǒng)會自動實現(xiàn)RAID (0+1)。

??? RAID2：
??? 又稱位交叉，它采用漢明碼作盤錯校驗，采用按位交叉存取，運用于大數(shù)據(jù)的讀寫，但冗余信息開銷太大（校驗盤為多個），已被淘汰。

??? RAID3： RAID 3 - Parallel Disk Array
??? 為單盤容錯并行傳輸。即采用Stripping技術將數(shù)據(jù)分塊，對這些塊進行異或校驗，校驗數(shù)據(jù)寫到最后一個硬盤上。它的特點是有一個盤為校驗盤，數(shù)據(jù)以位或字節(jié)的方式存于各盤（分散記錄在組內相同扇區(qū)的各個硬盤上）。當一個硬盤發(fā)生故障，除故障盤外，寫操作將繼續(xù)對數(shù)據(jù)盤和校驗盤進行操作。而讀操作是通過對剩余數(shù)據(jù)盤和校驗盤的異或計算重構故障盤上應有的數(shù)據(jù)來進行的。RAID3的優(yōu)點是并行I/O傳輸和單盤容錯，具有很高可靠性。缺點：每次讀寫要牽動整個組，每次只能完成一次I/O。

??? RAID4：
??? 與RAID3相似，區(qū)別是：RAID3是按位或字節(jié)交叉存取，而RAID4是按塊（扇區(qū)）存取，可以單獨地對某個盤進行操作，無須像RAID3那樣，哪怕每一次小I/O操作也要涉及全組，只需涉及組中兩塊硬盤（一塊數(shù)據(jù)盤，一塊校驗盤）即可，從而提高了小量數(shù)據(jù)I/O速度。缺點：對于隨機分散的小數(shù)據(jù)量I/O，固定的校驗盤又成為I/O瓶頸，例如：事務處理。作兩個很小的寫操作，一個寫在drive2的stripe1 上，一個寫在drive3的stripe2上，它們都要往校驗盤上寫，所以發(fā)生爭用校驗盤的問題。

??? RAID5： RAID 5 - Striping with floating parity drive(最常用)
??? 是一種旋轉奇偶校驗獨立存取的陣列方式，它與RAID3，RAID4不同的是沒有固定的校驗盤，而是按某種規(guī)則把奇偶校驗信息均勻地分布在陣列所屬的硬盤上，所以在每塊硬盤上，既有數(shù)據(jù)信息也有校驗信息。這一改變解決了爭用校驗盤的問題，使得在同一組內并發(fā)進行多個寫操作。所以RAID5即適用于大數(shù)據(jù)量的操作，也適用于各種事務處
理，它是一種快速、大容量和容錯分布合理的磁盤陣列。當有N塊陣列盤時，用戶空間為N-1塊盤容量。

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