各种RAID磁盘阵列组实际容量计算方法

By | 1月 19, 2021
  • RAID磁盘阵列组介绍(常用)

磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Disks,RAID),有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意。

磁盘阵列是由很多价格较便宜的磁盘,组合成一个容量巨大的磁盘组,利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。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,在数组中任意一个硬盘故障时,仍可读出数据,在数据重构时,将数据经计算后重新置入新硬盘中。

  1. RAID 0

RAID 0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。如使用了三块80GB的硬盘组建成RAID 0模式,那么磁盘容量就会是240GB。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。

虽然RAID 0可以提供更多的空间和更好的性能,但是整个系统是非常不可靠的,如果出现故障,无法进行任何补救。所以,RAID 0一般只是在那些对数据安全性要求不高的情况下才被使用。

  1. RAID 

RAID 1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。

  1. RAID 5

它的奇偶校验码存在于所有磁盘上。RAID5的读出效率很高,写入效率一般,块式的集体访问效率不错。因为奇偶校验码在不同的磁盘上,所以提高了可靠性。但是它对数据传输的并行性解决不好,而且控制器的设计也相当困难。对于RAID 5来说,大部分数据传输只对一块磁盘操作,可进行并行操作。在RAID 5中有“写损失”,即每一次写操作,将产生四个实际的读/写操作,其中两次读旧的数据及奇偶信息,两次写新的数据及奇偶信息。

  1. RAID 6

带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构,名字很长,但是如果看到图,大家立刻会明白是为什么,请注意p0代表第0带区的奇偶校验值,而pA代表数据块A的奇偶校验值。它是对RAID5的扩展,主要是用于要求数据绝对不能出错的场合。当然了,由于引入了第二种奇偶校验值,所以需要N+2个磁盘,同时对控制器的设计变得十分复杂,写入速度也不好,用于计算奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时间比较多,造成了不必须的负载。我想除了军队没有人用得起这种东西。

  1. RAID 10/01
  • RAID10: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。主要用于数据容量不大,但要求速度和差错控制的数据库中。

  • RAID 0+1则是跟RAID 1+0的程序相反

是先分区再将数据镜射到两组硬盘。它将所有的硬盘分为两组,变成RAID 1的最低组合,而将两组硬盘各自视为RAID 0运作。性能上,RAID 0+1比RAID 1+0有着更快的读写速度。可靠性上,当RAID 1+0有一个硬盘受损,其余三个硬盘会继续运作。RAID 0+1 只要有一个硬盘受损,同组RAID 0的另一只硬盘亦会停止运作,只剩下两个硬盘运作,可靠性较低。因此,RAID 10远较RAID 01常用,零售主板绝大部份支持RAID 0/1/5/10,但不支持RAID 01。

  1. RAID 50

RAID50是RAID5与RAID0的结合。此配置在RAID5的子磁盘组的每个磁盘上进行包括奇偶信息在内的数据的剥离。每个RAID5子磁盘组要求三个硬盘。RAID50具备更高的容错能力,因为它允许某个组内有一个磁盘出现故障,而不会造成数据丢失。而且因为奇偶位分部于RAID5子磁盘组上,故重建速度有很大提高。优势:更高的容错能力,具备更快数据读取速率的潜力。需要注意的是:磁盘故障会影响吞吐量。故障后重建信息的时间比镜像配置情况下要长。

  • 硬盘实际容量计算方法

硬盘厂家以1000进制进行计算,而所使用的操作系统使用1024进制计算,所以硬盘实际容量计算方法如下

  1. 标准3T硬盘实际容量

厂家:3T=3,000G=3,000,000M=3,000,000,000Kb=3,000,000,000,000字节

操作系统:3,000,000,000,000字节/1024(Kb)/1024(M)/1024(G)/1024(T)≈2.73T

所以标准3T实际容量约为2.73T。

  1. 标准6T硬盘实际容量

厂家:6T=6,000G=6,000,000M=6,000,000,000Kb=6,000,000,000,000字节

操作系统:6,000,000,000,000字节/1024(Kb)/1024(M)/1024(G)/1024(T)≈5.46T

所以标准6T实际容量约为5.46T。

标准nT硬盘实际容量计算方法为:

(n X 10^12) / (1024^4)

  • 各种RAID磁盘阵列组实际容量(净存储空间)
  1. RAID 0

N块盘组成,逻辑容量为N块盘容量之和。

N块mG硬盘组RAID0磁盘后的容量=N*mG

  1. RAID 1

N块盘组成,逻辑容量为N块盘容量

  1. RAID 5

RAID5磁盘容量=单个硬盘容量*(N-1),N>=3

N块mG硬盘组RAID5磁盘后的容量=(N-1)*mG/1.024/1.024/1.024

  1. RAID 6

N块盘组成,逻辑容量为N-2块盘容量之和。

  1. RAID 10/01

RAID 10:2N块盘组成,逻辑容量为N块盘容量之和。

  1. RAID 50

RAID50:假设每个RAID5由N块盘组成,共有M个RAID5组成该RAID50,则逻辑容量为(N-1)*M块盘容量之和。

  • 应用

单台存储设备使用11块标准3T硬盘做3组RAID5实际容量:

3T硬盘实际容量:3000G/(1.024^3)=2794G

做RAID5实际容量:

(2794G*11*0.95)/1024+(2794G*11*0.95)+(2794G*10*0.95)/1024≈82.94TB