Raid级别结构知识浅析

一、Raid介绍

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”，但这只是名称的变化，实质性的内容并没有改变。可以把RAID理解成一种使用磁盘驱动器的方法，它将一组磁盘驱动器用某种逻辑方式联系起来，作为逻辑上的一个磁盘驱动器来使用。

RAID 包含一组或者一个集合甚至一个阵列。使用一组磁盘结合驱动器组成 RAID 阵列或 RAID 集。将至少两个磁盘连接到一个 RAID 控制器，而成为一个逻辑卷，也可以将多个驱动器放在一个组中。一组磁盘只能使用一个 RAID 级别。使用 RAID 可以提高服务器的性能。不同 RAID 的级别，性能会有所不同。它通过容错和高可用性来保存我们的数据。

[]传输速率高。在部分RAID模式中，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。[/][]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，这是使用RAID的第二个原因。[/]

二、Raid概念

软件 RAID 的性能较低，因为其使用主机的资源。 需要加载 RAID 软件以从软件 RAID 卷中读取数据。在加载 RAID 软件前，操作系统需要引导起来才能加载 RAID 软件。在软件 RAID 中无需物理硬件。零成本投资。

硬件 RAID 的性能较高。他们采用 PCI Express 卡物理地提供有专用的 RAID 控制器。它不会使用主机资源。他们有 NVRAM 用于缓存的读取和写入。缓存用于 RAID 重建时，即使出现电源故障，它会使用后备的电池电源保持缓存。对于大规模使用是非常昂贵的投资。

[]校验方式用在 RAID 重建中从校验所保存的信息中重新生成丢失的内容。 RAID 5，RAID 6 基于校验。[/][]条带化是将切片数据随机存储到多个磁盘。它不会在单个磁盘中保存完整的数据。如果我们使用2个磁盘，则每个磁盘存储我们的一半数据。[/][]镜像被用于 RAID 1 和 RAID 10。镜像会自动备份数据。在 RAID 1 中，它会保存相同的内容到其他盘上。[/][]热备份只是我们的服务器上的一个备用驱动器，它可以自动更换发生故障的驱动器。在我们的阵列中，如果任何一个驱动器损坏，热备份驱动器会自动用于重建 RAID。[/][]块是 RAID 控制器每次读写数据时的最小单位，最小 4KB。通过定义块大小，我们可以增加 I/O 性能。[/]

三、Raid级别

[]RAID0 = 条带化[/][]RAID1 = 镜像[/][]RAID5 = 单磁盘分布式奇偶校验[/][]RAID6 = 双磁盘分布式奇偶校验[/][]RAID10 = 镜像 + 条带。（嵌套RAID）[/]

RAID 0，无冗余无校验的磁盘阵列。数据同时分布在各个磁盘上，没有容错能力，读写速度在RAID中最快，但因为任何一个磁盘损坏都会使整个RAID系统失效，所以安全系数反倒比单个的磁盘还要低。一般用在对数据安全要求不高，但对速度要求很高的场合，如：大型游戏、图形图像编辑等。此种RAID模式至少需要2个磁盘，而更多的磁盘则能提供更高效的数据传输。

条带化有很好的性能。在RAID0（条带化）中数据将使用切片的方式被写入到磁盘。一半的内容放在一个磁盘上，另一半内容将被写入到另一个磁盘。 

假设我们有2个磁盘驱动器，例如，如果我们将数据“TECMINT”写到逻辑卷中，“T”将被保存在第一盘中，“E”将保存在第二盘，'C'将被保存在第一盘，“M”将保存在第二盘，它会一直继续此循环过程。（LCTT 译注：实际上不可能按字节切片，是按数据块切片的。）

在这种情况下，如果驱动器中的任何一个发生故障，我们就会丢失数据，因为一个盘中只有一半的数据，不能用于重建 RAID。不过，当比较写入速度和性能时，RAID 0 是非常好的。创建 RAID 0（条带化）至少需要2个磁盘。如果你的数据是非常宝贵的，那么不要使用此 RAID 级别。

[]高性能。[/][]RAID 0 中容量零损失。[/][]零容错。[/][]写和读有很高的性能。[/]

RAID 1，镜象磁盘阵列。每一个磁盘都有一个镜像磁盘，镜像磁盘随时保持与原磁盘的内容一致。RAID1具有最高的安全性，但只有一半的磁盘空间被用来存储数据。主要用在对数据安全性要求很高，而且要求能够快速恢复被损坏的数据的场合。此种RAID模式每组仅需要2个磁盘。

镜像可以对我们的数据做一份相同的副本。假设我们有两个2TB的硬盘驱动器，我们总共有4TB，但在镜像中，但是放在RAID控制器后面的驱动器形成了一个逻辑驱动器，我们只能看到这个逻辑驱动器有2TB。

当我们保存数据时，它将同时写入这两个2TB驱动器中。创建 RAID 1（镜像化）最少需要两个驱动器。如果发生磁盘故障，我们可以通过更换一个新的磁盘恢复 RAID 。如果在 RAID 1 中任何一个磁盘发生故障，我们可以从另一个磁盘中获取相同的数据，因为另外的磁盘中也有相同的数据。所以是零数据丢失。

[]良好的性能。[/][]总容量丢失一半可用空间。[/][]完全容错。[/][]重建会更快。[/][]写性能变慢。[/][]读性能变好。[/][]能用于操作系统和小规模的数据库[/]

RAID 5， 无独立校验盘的奇偶校验磁盘阵列。同样采用奇偶校验来检查错误，但没有独立的校验盘，而是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，既提高了系统可靠性也消除了产生瓶颈的可能，对大小数据量的读写都有很好的性能。为了能跨越数组里的所有磁盘来写入数据及校验码信息，RAID 5设定最少需要三个磁盘，因此在这种情况下，会有1/3的磁盘容量会被备份校验码占用而无法使用，当有四个磁盘时，则需要1/4的容量作为备份，才能让最坏情况的发生率降到最低。当磁盘的数目增多时，每个磁盘上被备份校验码占用的磁盘容量就会降低，但是磁盘故障的风险率也同时增加了，一但同时有两个磁盘故障，则无法进行数据恢复。

RAID 5多用于企业级。 RAID 5的以分布式奇偶校验的方式工作。奇偶校验信息将被用于重建数据。它从剩下的正常驱动器上的信息来重建。在驱动器发生故障时，这可以保护我们的数据。

假设我们有4个驱动器，如果一个驱动器发生故障而后我们更换发生故障的驱动器后，我们可以从奇偶校验中重建数据到更换的驱动器上。奇偶校验信息存储在所有的4个驱动器上，如果我们有4个 1TB 的驱动器。奇偶校验信息将被存储在每个驱动器的256G中，而其它768GB是用户自己使用的。单个驱动器故障后，RAID 5依旧正常工作，如果驱动器损坏个数超过1个会导致数据的丢失。

[]性能卓越[/][]读速度将非常好。[/][]写速度处于平均水准，如果我们不使用硬件 RAID 控制器，写速度缓慢。[/][]从所有驱动器的奇偶校验信息中重建。[/][]完全容错。[/][]1个磁盘空间将用于奇偶校验。[/][]可以被用在文件服务器，Web服务器，非常重要的备份中。[/]

RAID 6和RAID 5相似但它有两个分布式奇偶校验。大多用在大数量的阵列中。我们最少需要4个驱动器，即使有2个驱动器发生故障，我们依然可以更换新的驱动器后重建数据。

它比RAID 5慢，因为它将数据同时写到4个驱动器上。当我们使用硬件 RAID 控制器时速度就处于平均水准。如果我们有6个的1TB驱动器，4个驱动器将用于数据保存，2个驱动器将用于校验。

[]性能不佳。[/][]读的性能很好。[/][]如果我们不使用硬件 RAID 控制器写的性能会很差。[/][]从两个奇偶校验驱动器上重建。[/][]完全容错。[/][]2个磁盘空间将用于奇偶校验。[/][]可用于大型阵列。[/][]用于备份和视频流中，用于大规模。[/]

RAID 10可以被称为1 + 0或0 +1。它将做镜像+条带两个工作。在 RAID 10中首先做镜像然后做条带。在 RAID 01上首先做条带，然后做镜像。RAID 10比RAID 01好。

假设，我们有4个驱动器。当我逻辑卷上写数据时，它会使用镜像和条带的方式将数据保存到4个驱动器上。如果我在 RAID 10 上写入数据“TECMINT”，数据将使用如下方式保存。首先将“T”同时写入两个磁盘，“E”也将同时写入另外两个磁盘，所有数据都写入两块磁盘。这样可以将每个数据复制到另外的磁盘。同时它将使用 RAID 0 方式写入数据，遵循将“T”写入第一组盘，“E”写入第二组盘。再次将“C”写入第一组盘，“M”到第二组盘。

[]良好的读写性能。[/][]总容量丢失一半的可用空间。[/][]容错。[/][]从副本数据中快速重建。[/][]由于其高性能和高可用性，常被用于数据库的存储中。[/]