大规模数据存储都需要解决三个核心问题:
1.数据存储容量的问题,既然大数据要解决的是数据 PB 计的数据计算问题,而一般的服务器磁盘容量通常 1~2TB,那么如何存储这么大规模的数据呢?
2.数据读写速度的问题,一般磁盘的连续读写速度为几十 MB,以这样的速度,几十 PB 的数据恐怕要读写到天荒地老。
3.数据可靠性的问题,磁盘大约是计算机设备中最易损坏的硬件了,通常情况一块磁盘使用寿命大概是一年,如果磁盘损坏了,数据怎么办?
单台服务器面对这些关于存储的问题,对应解决方案就是RAID技术。RAID( Redundant Array of Independent Disks )即独立磁盘冗余阵列,简称为磁盘阵列,用多个独立的磁盘组成在一起形成一个大的磁盘系统对外提供服,从而实现比单块磁盘更好的存储性能和更高的可靠性,常见的冗余方案有以下几种:
RAID 0 :数据在从内存缓冲区写入磁盘时,根据磁盘数量将数据分成N份,这些数据同时并发写入N块磁盘,使得数据整体写入速度是一块磁盘的N倍;读取的时候也一样,因此 具有极快的数据读写速度。但是不做数据备份,N块磁盘中只要有一块损坏,数据完整性就被破坏,其他磁盘的数据也都无法使用了。
RAID 1 :数据在写入磁盘时,将一份数据同时写入两块磁盘,这样任何一块磁盘损坏都不会导致数据丢失,插入一块新磁盘就可以通过复制数据的方式自动修复,具有极高的可靠性。
RAID 10:结合 RAID 0 和 RAID 1 两种方案 ,将N块磁盘平均分成两份,数据同时在两份磁盘写入,相当于 RAID 1;但是平分成两份,在每一份磁盘(也就是 N/2 块磁盘)里面,利用 RAID 0 技术并发读写,这样既提高可靠性又改善性能。不过磁盘利用率较低,有一半的磁盘用来写备份数据。一般情况下,一台服务器上很少出现同时损坏两块磁盘的情况,在只损坏一块磁盘的情况下,如果能利用其他磁盘的数据恢复损坏磁盘的数据,这样在保证可靠性和性能的同时,磁盘利用率也得到大幅提升。
RAID 3 :在数据写入磁盘的时候,将数据分成 N-1 份,并发写入 N-1 块磁盘,并在第 N 块磁盘记录校验数据,这样任何一块磁盘损坏(包括校验数据磁盘),都可以利用其他 N-1 块磁盘的数据修复。任何数据的修改,都会导致在第 N 块磁盘重写校验数据。频繁写入的后果是第 N 块磁盘比其他磁盘更容易损坏,需要频繁更换,所以 RAID 3 很少在实践中使用。
RAID 5:校验数据写入所有磁盘中,数据与对应的校验码信息必须分开存储在不同的磁盘上。这样校验数据的修改也被平均到所有磁盘上,避免 RAID 3 频繁写坏一块磁盘的情况。允许最多同时坏一块磁盘。如果有两块磁盘同时损坏了,那数据就无法恢复了。
RAID 6:使用不同算法生成两种校验信息,平均保存到所有磁盘上。如果数据需要很高的可靠性,在出现同时损坏两块磁盘的情况下(或者运维管理水平比较落后,坏了一块磁盘但是迟迟没有更换,导致又坏了一块磁盘),仍然需要修复数据,这时候可以使用 RAID 6。
RAID技术有硬件实现,比如专用的RAID卡或者主板直接支持,也可以通过软件实现,在操作系统层面将多块磁盘组成 RAID,从逻辑上视作一个访问目录。RAID 技术在传统关系数据库及文件系统中应用比较广泛,是改善计算机存储特性的重要手段。文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-675163.html
总结一下RAID是如何解决关于数据存储的三个关键问题:
1.数据存储容量的问题,RAID使用N块磁盘构成一个存储阵列,如果使用 RAID 5,数据就可以存储在 N-1 块磁盘上,这样将存储空间扩大了 N-1 倍。
2.数据读写速度的问题,RAID 根据可以使用的磁盘数量,将待写入的数据分成多片,并发同时向多块磁盘进行写入,显然写入的速度可以得到明显提高;同理,读取速度也可以得到明显提高。不过,需要注意的是,由于传统机械磁盘的访问延迟主要来自于寻址时间,数据真正进行读写的时间可能只占据整个数据访问时间的一小部分,所以数据分片后对 N 块磁盘进行并发读写操作并不能将访问速度提高 N 倍。
3.数据可靠性的问题。使用 RAID 10、RAID 5 或者 RAID 6 方案的时候,由于数据有冗余存储,或者存储校验信息,所以当某块磁盘损坏的时候,可以通过其他磁盘上的数据和校验数据将丢失磁盘上的数据还原。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-675163.html
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