RAID各级别的特性

RAID：
Redundant Arrays of Inexpensive Disks（廉价磁盘冗余阵列）
Independent独立磁盘冗余阵列

Berkeley：A case for RedundentArrays of Inexpensive Disks RAID

多个独立的物理硬盘按照不同的方式组合起来，形成一个虚拟的硬盘，来提升性能和冗余性；

能解决什么问题：
提高IO能力
多个磁盘并行读写来实现；RAID控制器高级产品有专用RAID内存、独立电源；
提高耐用性
磁盘冗余来实现；

RAID的优势
RAID在容量和管理上有优势
易于灵活容量扩容；
“虚拟化”使可管理性极大增强；
RAID在性能上的优势
“磁盘分块”技术带来性能的提高；
RAID在可靠性和可用性上的优势
通过冗余技术和热备、热换提升了可靠性；

RAID实现的方式：
外接式磁盘阵列；通过扩展卡提供适配能力，扩展卡称为Adapter适配器；
内接式RAID：主板集成RAID控制器
Software RAID：
RAID级别：仅用来标识磁盘组织形式
不同的RAID级别，多块磁盘组织在一起的工作方式有所不同；
不同的存储性能
RAID-0：0级别，条带卷，strip；
RAID-1：1级别，镜像卷，mirror；
...
RAID-5：
RAID-6：
RAID10：
RAID01：

RAID机制中也把文件划分为块，这里的块称为chunk；存储形式是把数据分散保存在不同的硬盘中

RAID-0的工作原理
是以条带形式将数据均匀分布在阵列的各个磁盘上；



特点：
磁盘数：最低2个；
优点：读、写性能提升，不存在校验，不会占太多cpu资源，设计、使用和配置比较简单；
缺点：无冗错能力，不能用于对数据安全性要求高的环境；
可用空间：N（硬盘个数）*min（S1,S2...取决于最小的硬盘的空间）
适用领域：视频生成和编辑、图形编辑，其它需要大的传输带宽的操作；

RAID-1工作原理：
以镜像为冗余方式，对虚拟磁盘上的数据做多份拷贝，放在成员磁盘上；



特点：
磁盘数：最低2个，2n个，n大于等于1
优点：读性能提升、写性能略有下降，具有100%数据冗余，提供最高的数据安全保障理论上可实现2倍的读取效率设计和使用较简单；
缺点：开销大，空间利用率只有50%，在写性能方面提示不大；
有冗余能力
可用空间：1*min（S1，S2...由最小硬盘的空间决定）
适用领域：财务、金融等高可用、高安全的数据存储环境；

RAID-2
采用校验冗余
把数据分散为位或块，加入汉明码，间隔写入到磁盘阵列的每个磁盘中
在成员磁盘上的地址都一样
采用并行存取的方式
花费大，成本昂贵

RAID-3的工作原理
数据块被分为更小的块，并行传输到各个成员磁盘上，同时计算xor校验数据存放到专用的校验磁盘上；
xor算法：异或
相同为假，不同为真



特点：
磁盘数：最低3个
优点：读写性能都较好，当磁盘损坏时，对整体吞吐量影响较小，减少了开销；
缺点：控制器设计复杂，采用并行的存取方式，主轴同步时吞吐量没有提高，校验磁盘的写性能有瓶颈；
适用领域：视频生成和图像、视频编辑等；需要高吞吐量的应用环境；

RAID-4：
最少需要3块硬盘；
数据交叉存储在2块硬盘中，再由第3块硬盘存储数据的校验码；
校验码是由2块硬盘中的chunk块按位进行异或运算后的值而得；
其中1块硬盘坏了不影响文件数据读写操作，数据还可以恢复，但就是有些慢；即使坏了1块硬盘仍然继续在线工作时，称为降级模式，此时数据没有保障，风险较大；所以要马上用新硬盘替换坏硬盘，暂定业务，用2块可用盘进行计算，按位校验恢复数据到新硬盘即可，当所有数据都恢复到新硬盘后，就能继续正常工作了；但是万一在恢复过程中也是有风险的；
RAID4还有一个固有缺点：用单块盘作为存放校验码，无论前面哪块盘访问数据，校验盘都得被访问；即集中存放校验码的校验盘访问压力过大，很容易造成性能瓶颈；所以，尽早发现坏盘损坏，就能尽早更换；可以在接1块新硬盘当做空闲备用盘。
异或运算，存储校验码：
例如：1101,0110按位校验，校验码为：1011

RAID-5的工作原理
采用独立存取的阵列方式，校验信息被均匀的分散到阵列的各个磁盘上；
相对于RAID-4把校验码存放在一块硬盘上，而RAID-5是将3块盘循环轮流作存放校验码。左对称即校验码存放各盘的顺序是先在前2块盘存数据，第3块盘存校验码，依次类推，右对称相反。



特点：
磁盘数：最低3个
优点：读性能较高，中等的写性能，校验信息的分布方式存取，避免出现写操作的瓶颈；
缺点：控制器设计复杂，磁盘重建的过程比较复杂；
可用空间：（N-1）*min（S1，S2，...其中的最小空间）
有容错能力：1块磁盘
适用领域：文件服务器、email服务器、web服务器等环境，数据库应用；

RAID-6：用2块盘做校验盘，校验码存两次；
读、写性能提升；
可用空间：（N-2）*min（S1，S2，...其中最小空间）
有容错能力：2块磁盘；
最少磁盘数：4,4+

组合不同级别的RAID
组合不同级别的RAID的目的
从RAID0到RAID6，不同级别的RAID在性能、冗余、价格等方面做了不同传递的折中；
重点介绍：
RAID-10、RAID-01、RAID-50

RAID-10的工作原理
RAID10结合RAID1和RAID0，先镜像，再条带化；



特点：
磁盘数：最低4个，2n个，n大于等于2；
优点：读性能很高，写性能比较好，数据安全性好，允许同时有N个磁盘失效；
缺点：利用率只有50%，开销大；
可用空间：N*min（S1，S2，...其中最小空间）/2；
有容错能力：每组镜像最多只能坏一块；
适用领域：多用于要求高可用性和高安全性的数据库应用；

RAID-01：
先分成两组做成RAID-0，再把组成的RAID-0做成RAID-1；不符合常用方法，每一组有一块坏的硬盘可能性大；

RAID-50的工作原理
是RAID5和RAID0的结合，先实现RAID5，再条带化；（先做RAID-5在做RAID-0，最少6块盘，每组允许坏1块盘，空间利用率灵活）、RAID7（某家公司的私有技术，实际是文件服务器）



特点：
磁盘数：最低6个；
优点：比RAID5有更好的读性能，比相同容量的RAID5重建时间更短，可以容许N个磁盘同时失效；
缺点：设计复杂，比较难实现；同一个RAID5组内的两个磁盘失效会导致整个阵列失效；
适用领域：大型数据库服务器、应用服务器、文件服务器等应用；

JBOD：Just a Bunch ofDisks
将多块磁盘空间合并成一个大的连续空间使用；
可用空间：sum（S1+S2+，...磁盘空间之和）

常用RAID级别的比较：RAID-0，RAID-1，RAID-5，RAID-10，RAID-50，JBOD
RAID-0性能最好；
RAID-1冗余度最高；
相同可用容量下，RAID-1和RAID-10开销最高；