高性能网站架构设计之缓存篇（4）- 主从复制

        RAID是Redundent Array of Inexpensive Disks的缩写，直译为“廉价冗余磁盘阵列”，也简称为“磁盘阵列”。后来RAID中的字母I被改作了Independent，RAID就成了“独立冗余磁盘阵列“。磁盘阵列是由很多便宜、容量较小、稳定性较高、速度较慢磁盘，组合成一个大型的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生的加成效果来提升整个磁盘系统的效能。同时，在储存数据时，利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。磁盘阵列还能利用同位检查(Parity Check)的观念，在数组中任一颗硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将故障硬盘内的数据，经计算后重新置入新硬盘中。而磁盘阵列柜就是装配了众多硬盘的外置的RAID。

       RAID优点：

     （1） 传输速率高。在部分RAID模式中，通过把数据分成多个数据块（Block）并行写入/读出多个磁盘以提高访问磁盘的速度，可以让很多磁盘驱动器同时传输数据，而这些磁盘驱动器在逻辑上又是一个磁盘驱动器，所以使用RAID可以达到单个的磁盘驱动器几倍的速率。因为CPU的速度增长很快，而磁盘驱动器的数据传输速率无法大幅提高，所以需要有一种方案解决二者之间的矛盾。
    （2） 更高的安全性。相较于普通磁盘驱动器很多RAID模式都提供了多种数据修复功能，当RAID中的某一磁盘驱动器出现严重故障无法使用时，可以通过RAID中的其他磁盘驱动器来恢复此驱动器中的数据，而普通磁盘驱动器无法实现。

      RAID分类：

      RAID技术分为几种不同的等级，分别可以提供不同的速度，安全性和性价比。根据实际情况选择适当的RAID级别可以满足用户对存储系统可用性、性能和容量的要求。常用的RAID级别有以下几种：NRAID，JBOD，RAID0，RAID1，RAID0+1，RAID3，RAID5，RAID10等。目前经常使用的是RAID10，RAID5和RAID（0+1）。

RAID0技术

       RAID0是最早出现的RAID模式，即Data Stripping数据分条技术。RAID 0是组建磁盘阵列中最简单的一种形式，只需要2块以上的硬盘即可，成本低，可以提高整个磁盘的性能和吞吐量。RAID0没有提供冗余或错误修复能力，是实现成本是最低的。
      RAID0最简单的实现方式就是把N块同样的硬盘用硬件的形式通过智能磁盘控制器或用操作系统中的磁盘驱动程序以软件的方式串联在一起创建一个大的卷集。在使用中电脑数据依次写入到各块硬盘中，它的最大优点就是可以整倍的提高硬盘的容量。如使用了四块80GB的硬盘组建成RAID0模式，那么磁盘容量就会是320GB。其速度方面，各单独一块硬盘的速度完全相同。最大的缺点在于任何一块硬盘出现故障，整个系统将会受到破坏，可靠性仅为单独一块硬盘的1/N。

RAID1技术--镜像（mirroring）
        RAID1称为磁盘镜像，原理是把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，也就是说数据在写入一块磁盘的同时，会在另一块闲置的磁盘上生成镜像文件，在不影响性能情况下最大限度的保证系统的可靠性和可修复性上，只要系统中任何一对镜像盘中至少有一块磁盘可以使用，甚至可以在一半数量的硬盘出现问题时系统都可以正常运行,当一块硬盘失效时，系统会忽略该硬盘，转而使用剩余的镜像盘读写数据，具备很好的磁盘冗余能力。虽然这样对数据来讲绝对安全，但是成本也会明显增加，磁盘利用率为50%，以四块80GB容量的硬盘来讲，可利用的磁盘空间仅为160GB。另外，出现硬盘故障的RAID系统不再可靠，应当及时的更换损坏的硬盘，否则剩余的镜像盘也出现问题，那么整个系统就会崩溃。更换新盘后原有数据会需要很长时间同步镜像，外界对数据的访问不会受到影响，只是这时整个系统的性能有所下降。因此，RAID1多用在保存关键性的重要数据的场合。

Matrix RAID技术

        矩阵磁盘阵列。是Intel新近创立的一种针对SATA接口的专利RAID模式，特点是能在2个磁盘上同时实现RAID0与RAID1两种模式，其工作原理是将2个磁盘中的每个磁盘的部分磁盘空间划分出来组成RAID0或1，而将剩余空间组成RAID1或0。

        MatrixRAID还有一个功能：支持RAID1阵列分区的“热备份”硬盘。通常支持MatrixRAID功能的主板具有四个SATA接口，而建立一组MatrixRAID只需要两块硬盘，使用两个SATA接口。另外两个闲置的SATA接口就可以插上硬盘，启动“热备份”功能。当MatrixRAID系统中的一块硬盘出现故障时，“热备份”硬盘便会立刻接替它的工作，以保证RAID1阵列分区中数据的安全。由于RAID 0阵列分区中的数据在一块硬盘崩溃的时候就已经损毁了，所以“热备份”硬盘对RAID0阵列是无效的。

RAID3技术

        RAID3是把数据分成多个“块”，按照一定的容错算法，存放在N+1个硬盘上，实际数据占用的有效空间为N个硬盘的空间总和，而第N+1个硬盘上存储的数据是校验容错信息，当这N+1个硬盘中的其中一个硬盘出现故障时，从其它N个硬盘中的数据也可以恢复原始数据。也就是说：RAID3使用单块磁盘存放奇偶校验信息。如果一块磁盘失效，奇偶盘及其他数据盘可以重新产生数据。如果奇偶盘失效，则不影响数据使用。RAID 3对于大量的连续数据可提供很好的传输率，但对于随机数据，奇偶盘会成为写操作的瓶颈。利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安全性高，但是硬盘利用率得到了很大的提高，为(n-1)/n。

        一般情况下，使用RAID3，安全性是可以得到保障的。与RAID0相比，RAID3在读写速度方面相对较慢。使用的容错算法和分块大小决定RAID使用的应用场合，在通常情况下，RAID3比较适合大文件类型且安全性要求较高的应用，如视频编辑、硬盘播出机、大型数据库等。

RAID5技术   

        RAID5 是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。 RAID5可以理解为是RAID0和RAID1的折中方案。RAID5可以为系统提供数据安全保障，但保障程度要比Mirror低而磁盘空间利用率要比Mirror高。RAID5具有和RAID0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息，RAID5的磁盘空间利用率要比RAID1高，存储成本相对较低，是目前运用较多的一种解决方案。

        RAID5把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上，其中任意N-1块磁盘上都存储完整的数据，也就是说有相当于一块磁盘容量的空间用于存储奇偶校验信息。因此当RAID5的一个磁盘发生损坏后，不会影响数据的完整性，从而保证了数据安全。当损坏的磁盘被替换后，RAID还会自动利用剩下奇偶校验信息去重建此磁盘上的数据，来保持RAID5的高可靠性。

RAID7技术

         RAID7这是一种新的RAID标准，其自身带有智能化实时操作系统和用于存储管理的软件工具，可完全独立于主机运行，不占用主机CPU资源。RAID7可以看作是一种存储计算机(Storage Computer)，是一套实时事件驱动操作系统，主要用来进行系统初始化和安排RAID 7 磁盘阵列的所有数据传输，并把它们转换到相应的物理存储驱动器上。通过自身系统中的阵列电脑板来设定和控制读写速度，存储计算机操作系统可使主机I/O 传递性能达到最佳。如果一个磁盘出现故障，还可自动执行恢复操作，并可管理备份磁盘的重建过程。RAID7 突破了以往RAID标准的技术架构，采用了非同步访问，极大地减轻了数据写瓶颈，提高了I/O 速度。

        所谓非同步访问，即RAID7 的每个I/O接口都有一条专用的高速通道，作为数据或控制信息的流通路径，因此可独立地控制自身系统中每个磁盘的数据存取。如果RAID7 有N个磁盘，那么除去一个校验盘（用作冗余计算）外，可同时处理N－1个主机系统随机发出的读/写指令，从而显著地改善了I/O应用。RAID7系统内置实时操作系统还可自动对主机发送过来的读/写指令进行优化处理，以智能化方式将可能被读取的数据预先读入快速缓存中，从而大大减少了磁头的转动次数，提高了I/O速度。RAID7 可帮助用户有效地管理日益庞大的数据存储系统，并使系统的运行效率提高至少一倍以上,满足了各类用户的不同需求。

        RAID7所有的I/O传送均是同步进行的，可以分别控制，这样提高了系统的并行性，提高系统访问数据的速度；每个磁盘都带有高速缓冲存储器，实时操作系统可以使用任何实时操作芯片，达到不同实时系统的需要。需要注意的是它引入了一个高速缓冲存储器，这有利有弊，因为一旦系统断电，在高速缓冲存储器内的数据就会全部丢失，因此需要和UPS一起工作。当然了，这么快的东西，价格也非常昂贵。

RAID10技术--高可靠性与高效磁盘结构

        这种结构无非是一个带区结构加一个镜象结构，因为两种结构各有优缺点，因此可以相互补充，达到既高效又高速还可以互为镜像的目的。大家可以结合两种结构的优点和缺点来理解这种新结构。这种新结构的价格高，可扩充性不好。主要用于容量不大，但要求速度和差错控制的数据库中。RAID10是先镜射再分区数据。是将所有硬盘分为两组，视为是RAID0的最低组合，然后将这两组各自视为RAID1运作。RAID10有着不错的读取速度，而且拥有比RAID0更高的数据保护性。概述为“RAID0的高速和RAID1的安全”。

各RAID级别所需最低磁盘数

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以上内容整理于网络文章：

参考：http://www.pcguide.com/ref/hdd/perf/raid/levels/single.htm

           http://blog.chinaunix.net/uid-16728139-id-3823924.html

           http://blogread.cn/it/article/4295?f=wb1

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原文：http://www.cnblogs.com/pengkunfan/p/3763294.html