RAID与备份
一．Raid定义
RAID(Redundant Array of Independent Disk 独立冗余磁盘阵列)技术是加州大学伯克利分校1987年提出，最初是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，同时希望磁盘失效时不会使对数据的访问受损失而开发出一定水平的数据保护技术。RAID就是一种由多块廉价磁盘构成的冗余阵列，在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。RAID可以充分发挥出多块硬盘的优势，可以提升硬盘速度，增大容量,提供容错功能够确保数据安全性，易于管理的优点，在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作，不会受到损坏硬盘的影响。 二、RAID的几种工作模式
1、RAID0
即Data Stripping数据分条技术。RAID 0可以把多块硬盘连成一个容量更大的硬盘群，可以提高磁盘的性能和吞吐量。RAID 0没有冗余或错误修复能力，成本低，要求至少两个磁盘，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 0最简单方式
就是把x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，形成一个独立的逻辑驱动器，容量是单独硬盘的x倍,在电脑数据写时被依次写入到各磁盘中，当一块磁盘的空间用尽时，数据就会被自动写入到下一块磁盘中，它的好处是可以增加磁盘的容量。速度与其中任何一块磁盘的速度相同，如果其中的任何一块磁盘出现故障，整个系统将会受到破坏，可靠性是单独使用一块硬盘的1/n。
（2）、RAID 0的另一方式
是用n块硬盘选择合理的带区大小创建带区集，最好是为每一块硬盘都配备一个专门的磁盘控制器,在电脑数据读写时同时向n块磁盘读写数据,速度提升n倍。提高系统的性能。
2、RAID 1
RAID 1称为磁盘镜像：把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，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，具有很高的数据冗余能力，但磁盘利用率为50%，故成本最高，多用在保存关键性的重要数据的场合。RAID 1有以下特点：
（1）、RAID 1的每一个磁盘都具有一个对应的镜像盘，任何时候数据都同步镜像，系统可以从一组镜像盘中的任何一个磁盘读取数据。
（2）、磁盘所能使用的空间只有磁盘容量总和的一半，系统成本高。
（3）、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。
（4）、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。
（5）、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。
（6）、RAID 1磁盘控制器的负载相当大，用多个磁盘控制器可以提高数据的安全性和可用性。
3、RAID0+1
把RAID0和RAID1技术结合起来，数据除分布在多个盘上外，每个盘都有其物理镜像盘，提供全冗余能力，允许一个以下磁盘故障，而不影响数据可用性，并具有快速读/写能力。RAID0+1要在磁盘镜像中建立带区集至少4个硬盘。
4、RAID2
电脑在写入数据时在一个磁盘上保存数据的各个位，同时把一个数据不同的位运算得到的海明校验码保存另一组磁盘上，由于海明码可以在数据发生错误的情况下将错误校正，以保证输出的正确。但海明码使用数据冗余技术，使得输出数据的速率取决于驱动器组中速度最慢的磁盘。RAID2控制器的设计简单。
5、RAID3：带奇偶校验码的并行传送
RAID 3使用一个专门的磁盘存放所有的校验数据，而在剩余的磁盘中创建带区集分散数据的读写操作。当一个完好的RAID 3系统中读取数据，只需要在数据存储盘中找到相应的数据块进行读取操作即可。但当向RAID 3写入数据时，必须计算与该数据块同处一个带区的所有数据块的校验值，并将新值重新写入到校验块中，这样无形虽增加系统开销。当一块
磁盘失效时，该磁盘上的所有数据块必须使用校验信息重新建立，如果所要读取的数据块正好位于已经损坏的磁盘，则必须同时读取同一带区中的所有其它数据块，并根据校验值重建丢失的数据，这使系统减慢。当更换了损坏的磁盘后，系统必须一个数据块一个数据块的重建坏盘中的数据，整个系统的性能会受到严重的影响。RAID 3最大不足是校验盘很容易成为整个系统的瓶颈，对于经常大量写入操作的应用会导致整个RAID系统性能的下降。RAID 3适合用于数据库和WEB服务器等。
6、 RAID4
RAID4即带奇偶校验码的独立磁盘结构，RAID4和RAID3很象，它对数据的访问是按数据块进行的，也就是按磁盘进行的，每次是一个盘，RAID4的特点和RAID3也挺象，不过在失败恢复时，它的难度可要比RAID3大得多了，控制器的设计难度也要大许多，而且访问数据的效率不怎么好。
7、 RAID5
RAID 5把校验块分散到所有的数据盘中。RAID 5使用了一种特殊的算法，可以计算出任何
一个带区校验块的存放位置。这样就可以确保任何对校验块进行的读写操作都会在所有的RAID磁盘中进行均衡，从而消除了产生瓶颈的可能。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。RAID 5提高了系统可靠性，但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。
8、RAID6
RAID6即带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构，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，使用了二种奇偶校验值，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，很少人用。
9、 RAID7
RAID7即优化的高速数据传送磁盘结构，它所有的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和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。允许使用SNMP协
议进行管理和监视，可以对校验区指定独立的传送信道以提高效率。可以连接多台主机，当多用户访问系统时，访问时间几乎接近于0。但如果系统断电，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，RAID7系统成本很高。
10、 RAID10
RAID10即高可靠性与高效磁盘结构它是一个带区结构加一个镜象结构，可以达到既高效又高速的目的。这种新结构的价格高，可扩充性不好。
11、 RAID53
RAID7即高效数据传送磁盘结构，是RAID3和带区结构的统一，因此它速度比较快，也有容错功能。但价格十分高，不易于实现。
三、应用RAID技术
要使用磁盘RAID主要有两种方式，第一种就是RAID适配卡，通过RAID适配卡插入PCI插槽再接上硬盘实现硬盘的RAID功能。第二种方式就是直接在主板上集成RAID控制芯片，让主板能直接实现磁盘RAID。这种方式成本比专用的RAID适配卡低很多。
此外还可以用2k or xp or linux系统做成软raid.个人使用磁盘RAID主要是用RAID0、 RAID1或RAID0＋1工作模式。
几种常见的数据备份方案
常见的数据备份系统主要有Host-Ba、LAN-Ba和基于SAN结构的LAN-Free、Server-Free等多种结构。
综述
Host-Bad备份方式:
Host-Bad是传统的数据备份的结构这种结构中磁带库直接接在服务器上，而且只为该服务器提供数据备份服务。在大多数情况下，这种备份大多是采用服务器上自带的磁带机，而备份操作往往也是通过手工操作的方式进行的。
Host-Bad备份结构的优点是数据传输速度快，备份管理简单;缺点是不利于备份系统的共享，不适合于现在大型的数据备份要求。
LAN-Bad备份方式:
LAN-Bad备份，在该系统中数据的传输是以网络为基础的。其中配置一台服务器作为备份服务器，由它负责整个系统的备份操作。磁带库则接在某台服务器上，在数据备份时备份对象把数据通过网络传输到磁带库中实现备份的。
LAN-Bad备份结构的优点是节省投资、磁带库共享、集中备份管理;它的缺点是对网络传输压力大。
LAN-Free备份方式:
LAN-Free和Server-Free的备份系统是建立在SAN(存储区域网)的基础上的，其结构如下图所示。基于SAN的备份是一种彻底解决传统备份方式需要占用LAN带宽问题的解决方案。它采用一种全新的体系结构，将磁带库和磁盘阵列各自作为独立的光纤结点，多台主机共享磁带库备份时，数据流不再经过网络而直接从磁盘阵列传到磁带库内，是一种无需占用网络带宽 (LAN-Free) 的解决方案。
目前随着SAN技术的不断进步，LAN-Free的结构已经相当成熟，而Server-Free的备份结
构则不太成熟。
LAN-Free的优点是数据备份统一管理、备份速度快、网络传输压力小、磁带库资源共享;缺点是投资高。
利用IBM Tivoly Storage Manager软件，配合IBM LTO等磁带库产品，可以实现以上各种备份方式。
数据备份方式的选择
目前数据备份主要方式有:LAN 备份、LAN Free备份和SAN Server-Free备份三种。LAN 备份针对所有存储类型都可以使用， LAN Free备份和SAN Server-Free备份只能针对SAN架构的存储。
基于LAN备份
传统备份需要在每台主机上安装磁带机备份本机系统，采用LAN备份策略，在数据量不是很大时候，可采用集中备份。一台中央备份服务器将会安装在 LAN 中，然后将应用服务器
和工作站配置为备份服务器的客户端。中央备份服务器接受运行在客户机上的备份代理程序的请求，将数据通过 LAN 传递到它所管理的、与其连接的本地磁带机资源上。这一方式提供了一种集中的、易于管理的备份方案，并通过在网络中共享磁带机资源提高了效率。
LAN-Free备份
由于数据通过LAN传播，当需要备份的数据量较大，备份时间窗口紧张时，网络容易发生堵塞。在SAN环境下，可采用存储网络的LAN- Free 备份，需要备份的服务器通过SAN连接到磁带机上，在LAN-Free备份客户端软件的触发下，读取需要备份的数据，通过SAN备份到共享的磁带机。这种独立网络不仅可以使 LAN 流量得以转移，而且它的运转所需的 CPU 资源低于 LAN 方式，这是因为光纤通道连接不需要经过服务器的 TCP/IP 栈，而且某些层的错误检查可以由光纤通道内部的硬件完成。在许多解决方案中需要一台主机来管理共享的存储设备以及用于查找和恢复数据的备份数据库。
