磁盘阵列RAID

摘要: 磁盘阵列RAID

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。

基本思想就是把多个相对便宜的硬盘组合起来，成为一个硬盘阵列组，使性能达到甚至超过一个价格昂贵、 容量巨大的硬盘，

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。

RAID分为不同的等级，各个不同的等级均在数据可靠性及读写性能上做了不同的权衡。 在实际应用中，可以依据自己的实际需求选择不同的RAID方案。

RAID0

RAID0称为条带化(Striping)存储，将数据分段存储于 各个磁盘中，读写均可以并行处理。因此其读写速率为单个磁盘的N倍(N为组成RAID0的磁盘个数)，但是却没有数 据冗余，单个磁盘的损坏会导致数据的不可修复。



大多数

striping

的实现允许管理者通过调节两个关键的参数来定义数据分段及写入磁盘的方式，这两个参数对RAID0的性能有很重要的影响

RAID1

镜像存储(mirroring)，没有数据校验。数据被同等地写入两个或多个磁盘中，可想而知，写入速度会比较慢，但读取速度会比较快。读取速度可以接近所有磁盘吞吐量的总和，写入速度受限于最慢的磁盘。 RAID1也是磁盘利用率最低的一个。如果用两个不同大小的磁盘建立RAID1，可以用空间较小 的那一个，较大的磁盘多出来的部分可以作他用，不会浪费。



RAID2

RAID0的改良版，加入了汉明码(Hanmming Code)错误校验



汉明码能够检测最多两个同时发生的比特错误，并且能够更正单一比特的错误。汉明码的位 数与数据的位数有一个不等式关系，即:

2^P ≥ P + D +1

P代表汉明码的个数，D代表数据位的个数，比如4位数据需要3位汉明码，7位数据需要4位汉 明码，64位数据时就需要7位汉明码。RAID2是按1bit来分割数据写入的，而P:D就代表了数据盘与校验盘的个数。所以如果数据位宽越大，用于校验的盘的比例就越小。由于汉明码能够 纠正单一比特的错误，所以当单个磁盘损坏时，汉明码便能够纠正数据。

RAID 2 因为每次读写都需要全组磁盘联动，所以为了最大化其性能，最好保证每块磁盘主轴同步，使同一时刻每块磁盘磁头所处的扇区逻辑编号都一致，并存并取，达到最佳性能。 如果不能同步，则会产生等待，影响速度。

与RAID0相比，RAID2的传输率更好。因为RAID0一般

stripe size

相对于RAID2的1bit来说 实在太大，并不能保证每次都是多磁盘并行。而RAID2每次IO都能保证是多磁盘并行，为了 发挥这个优势，磁盘的寻道时间一定要减少(寻道时间比数据传输时间要大几个数量级)，所 以RAID2适合于连续IO，大块IO(比如视频流服务)的情况。

RAID3

类似于RAID2，数据条带化(stripe)存储于不同的硬盘，数据以字节为单位，只是RAID3使用单块磁盘存储简单的奇偶校验信息，所以最终磁盘数量为 N+1 。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，当更换一个新硬盘后，系统可以重新恢复完整 的校验容错信息。



由于在一个硬盘阵列中，多于一个硬盘同时出现故障率的几率很小，所以一般情况下，使用 RAID3，安全性是可以得到保障的。RAID 3会把数据的写入操作分散到多个磁盘上进行，不管是向哪一个数据盘写入数据， 都需要同时重写校验盘中的相关信息。因此，对于那些经常需要执行大量写入操作的应用来 说，校验盘的负载将会很大，无法满足程序的运行速度，从而导致整个RAID系统性能的下降。 鉴于这种原因，RAID 3更加适合应用于那些写入操作较少，读取操作较多的应用环境

RAID4

与RAID3类似，但RAID4是按块(扇区)存取。无须像RAID3那样，哪怕每一次小I/O操作也要涉 及全组，只需涉及组中两块硬盘（一块数据盘，一块校验盘）即可，从而提高了小量数据 I/O速度




RAID5

奇偶校验(XOR)，数据以块分段条带化存储。校验信息交叉地存储在所有的数据盘上。



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。

RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以为系统提供数据安全保障，但 保障程度要比镜像低而磁盘空间利用率要比镜像高。RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取 速度，只是因为多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度相对单独写入一块硬盘的速度略慢。

RAID01

是RAID0和RAID1的结合，先做带条(0),再做镜像(1)



RAID10

是RAID0和RAID1的结合，先做镜像(1),再做带条(0)



RAID01和RAID10非常相似，二者在读写性能上没有什么差别。但是在安全性上RAID10要好于 RAID01。如图中所示，假设DISK0损坏，在RAID10中，在剩下的3块盘中，只有当DISK1故障， 整个RAID才会失效。但在RAID01中，DISK0损坏后，左边的条带将无法读取，在剩下的3快盘 中，只要DISK2或DISK3两个盘中任何一个损坏，都会导致RAID失效。

RAID10和RAID5也是经常用来比较的两种方案，二者都在生产实践中得到了广泛的应用。 RAID10安全性更高，但是空间利用率低。至于读写性能，与cache有很大关联，最好根据实 际情况测试比较选择。

RAID10和RAID5也是经常用来比较的两种方案，二者都在生产实践中得到了广泛的应用。 RAID10安全性更高，但是空间利用率低。至于读写性能，与cache有很大关联，最好根据实 际情况测试比较选择。