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　　Raid英文名是這個Redundant Array of Independent Disks，獨(dú)立硬盤冗余陣列，簡稱磁盤陣列。其基本思想就是把多個相對便宜的硬盤組合起來，成為一個硬盤陣列組，使性能達(dá)到甚至超過一個價格昂貴、容量巨大的硬盤。先說一下Raid的好處,多個硬盤同時工作讀寫一定會有提升,當(dāng)然這不是像固態(tài)硬盤那樣速度提升而是另外一種方法。其次就是高可用，可以做熱備即使有一塊硬盤壞了,也不用擔(dān)心數(shù)據(jù)的問題。而且根據(jù)選擇的版本不同，RAID比單顆硬盤有以下一個或多個方面的好處：增強(qiáng)數(shù)據(jù)集成度，增強(qiáng)容錯功能，增加處理量或容量。另外，磁盤陣列對于電腦來說，看起來就像一個單獨(dú)的硬盤或邏輯存儲單元。

　　
　　一、基本原理
　　
　　簡單地說， RAID 是由多個獨(dú)立的高性能磁盤驅(qū)動器組成的磁盤子系統(tǒng)，從而提供比單個磁盤更高的存儲性能和數(shù)據(jù)冗余的技術(shù)。 RAID 是一類多磁盤管理技術(shù)，其向主機(jī)環(huán)境提供了成本適中、數(shù)據(jù)可靠性高的高性能存儲。 SNIA 對 RAID 的定義是 ：一種磁盤陣列，部分物理存儲空間用來記錄保存在剩余空間上的用戶數(shù)據(jù)的冗余信息。當(dāng)其中某一個磁盤或訪問路徑發(fā)生故障時，冗余信息可用來重建用戶數(shù)據(jù)。磁盤條帶化雖然與 RAID 定義不符，通常還是稱為 RAID （即 RAID0 ）。RAID 的初衷是為大型服務(wù)器提供高端的存儲功能和冗余的數(shù)據(jù)安全。在整個系統(tǒng)中， RAID 被看作是由兩個或更多磁盤組成的存儲空間，通過并發(fā)地在多個磁盤上讀寫數(shù)據(jù)來提高存儲系統(tǒng)的 I/O 性能。大多數(shù) RAID 等級具有完備的數(shù)據(jù)校驗、糾正措施，從而提高系統(tǒng)的容錯性，甚至鏡像方式，大大增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性， Redundant 也由此而來。
　　
　　二、關(guān)鍵目標(biāo)
　　
　　RAID主要是為了提高數(shù)據(jù)可靠性和 I/O 性能。磁盤陣列中，數(shù)據(jù)分散在多個磁盤中，然而對于計算機(jī)系統(tǒng)來說，就像一個單獨(dú)的磁盤。通過把相同數(shù)據(jù)同時寫入到多塊磁盤（典型地如鏡像），或者將計算的校驗數(shù)據(jù)寫入陣列中來獲得冗余能力，當(dāng)單塊磁盤出現(xiàn)故障時可以保證不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。有些 RAID 等級允許更多地 磁盤同時發(fā)生故障，比如 RAID6 ，可以是兩塊磁盤同時損壞。在這樣的冗余機(jī)制下，可以用新磁盤替換故障磁盤， RAID 會自動根據(jù)剩余磁盤中的數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)重建丟失的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)一致性和完整性。數(shù)據(jù)分散保存在 RAID 中的多個不同磁盤上，并發(fā)數(shù)據(jù)讀寫要大大優(yōu)于單個磁盤，因此可以獲得更高的聚合 I/O 帶寬。當(dāng)然，磁盤陣列會減少全體磁盤的總可用存儲空間，犧牲空間換取更高的可靠性和性能。比如， RAID1 存儲空間利用率僅有 50% ， RAID5 會損失其中一個磁盤的存儲容量，空間利用率為 (n-1)/n 。
　　
　　磁盤陣列可以在部分磁盤（單塊或多塊，根據(jù)實(shí)現(xiàn)而論）損壞的情況下，仍能保證系統(tǒng)不中斷地連續(xù)運(yùn)行。在重建故障磁盤數(shù)據(jù)至新磁盤的過程中，系統(tǒng)可以繼續(xù)正常運(yùn)行，但是性能方面會有一定程度上的降低。一些磁盤陣列在添加或刪除磁盤時必須停機(jī)，而有些則支持熱交換 （ Hot Swapping ），允許不停機(jī)下替換磁盤驅(qū)動器。這種高端磁盤陣列主要用于要求高可能性的應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)不能停機(jī)或盡可能少的停機(jī)時間。一般來說， RAID 不可作為數(shù)據(jù)備份的替代方案，它對非磁盤故障等造成的數(shù)據(jù)丟失無能為力，比如病毒、人為破壞、意外刪除等情形。此時的數(shù)據(jù)丟失是相對操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、卷管理器或者應(yīng)用系統(tǒng)來說的，對于 RAID 系統(tǒng)來身，數(shù)據(jù)都是完好的，沒有發(fā)生丟失。所以，數(shù)據(jù)備份、災(zāi) 備等數(shù)據(jù)保護(hù)措施是非常必要的，與 RAID 相輔相成，保護(hù)數(shù)據(jù)在不同層次的安全性，防止發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。
　　
　　三、關(guān)鍵技術(shù)
　　
　　RAID 中主要有三個關(guān)鍵概念和技術(shù)：鏡像（ Mirroring ）、數(shù)據(jù)條帶（ Data Stripping ）和數(shù)據(jù)校驗（ Data parity ）。
　　
　　1、鏡像
　　
　　將數(shù)據(jù)復(fù)制到多個磁盤，一方面可以提高可靠性，另一方面可并發(fā)從兩個或多個副本讀取數(shù)據(jù)來提高讀性能。顯而易見，鏡像的寫性能要稍低， 確保數(shù)據(jù)正確地寫到多個磁盤需要更多的時間消耗。
　　
　　鏡像是一種冗余技術(shù)，為磁盤提供保護(hù)功能，防止磁盤發(fā)生故障而造成數(shù)據(jù)丟失。對于 RAID 而言，采用鏡像技術(shù) 典型地 將會同時在陣列中產(chǎn)生兩個完全相同的數(shù)據(jù)副本，分布在兩個不同的磁盤驅(qū)動器組上。鏡像提供了完全的數(shù)據(jù)冗余能力，當(dāng)一個數(shù)據(jù)副本失效不可用時，外部系統(tǒng)仍可正常訪問另一副本，不會對應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行和性能產(chǎn)生影響。而且，鏡像不需要額外的計算和校驗，故障修復(fù)非常快，直接復(fù)制即可。鏡像技術(shù)可以從多個副本進(jìn)行并發(fā)讀取數(shù)據(jù)，提供更高的讀 I/O 性能，但不能并行寫數(shù)據(jù)，寫多個副本會會導(dǎo)致一定的 I/O 性能降低。
　　
　　鏡像技術(shù)提供了非常高的數(shù)據(jù)安全性，其代價也是非常昂貴的，需要至少雙倍的存儲空間。高成本限制了鏡像的廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用于至關(guān)重要的數(shù)據(jù)保護(hù)，這種場合下數(shù)據(jù)丟失會造成巨大的損失。另外，鏡像通過 “ 拆分 ” 能獲得特定時間點(diǎn)的上數(shù)據(jù)快照，從而可以實(shí)現(xiàn)一種備份窗口幾乎為零的數(shù)據(jù)備份技術(shù)。
　　
　　2、數(shù)據(jù)條帶
　　
　　將數(shù)據(jù)分片保存在多個不同的磁盤，多個數(shù)據(jù)分片共同組成一個完整數(shù)據(jù)副本，這與鏡像的多個副本是不同的，它通常用于性能考慮。數(shù)據(jù)條帶具有更高的并發(fā)粒度，當(dāng)訪問數(shù)據(jù)時，可以同時對位于不同磁盤上數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作， 從而獲得非?？捎^的 I/O 性能提升 。
　　
　　磁盤存儲的性能瓶頸在于磁頭尋道定位，它是一種慢速機(jī)械運(yùn)動，無法與高速的 CPU 匹配。再者，單個磁盤驅(qū)動器性能存在物理極限， I/O 性能非常有限。 RAID 由多塊磁盤組成，數(shù)據(jù)條帶技術(shù)將數(shù)據(jù)以塊的方式分布存儲在多個磁盤中，從而可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行并發(fā)處理。這樣寫入和讀取數(shù)據(jù)就可以在多個磁盤上同時進(jìn)行，并發(fā)產(chǎn)生非常高的聚合 I/O ，有效提高了整體 I/O 性能，而且具有良好的線性擴(kuò)展性。這對大容量數(shù)據(jù)尤其顯著，如果不分塊，數(shù)據(jù)只能按順序存儲在磁盤陣列的磁盤上，需要時再按順序讀取。而通過條帶技術(shù)，可獲得數(shù)倍與順序訪問的性能提升。
　　
　　數(shù)據(jù)條帶技術(shù)的分塊大小選擇非常關(guān)鍵。條帶粒度可以是一個字節(jié)至幾 KB 大小，分塊越小，并行處理能力就越強(qiáng)，數(shù)據(jù)存取速度就越高，但同時就會增加塊存取的隨機(jī)性和塊尋址時間。實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)數(shù)據(jù)特征和需求來選擇合適的分塊大小，在數(shù)據(jù)存取隨機(jī)性和并發(fā)處理能力之間進(jìn)行平衡，以爭取盡可能高的整體性能。
　　
　　數(shù)據(jù)條帶是基于提高 I/O 性能而提出的，也就是說它只關(guān)注性能， 而對數(shù)據(jù)可靠性、可用性沒有任何改善。實(shí)際上，其中任何一個數(shù)據(jù)條帶損壞都會導(dǎo)致整個數(shù)據(jù)不可用，采用數(shù)據(jù)條帶技術(shù)反而增加了數(shù)據(jù)發(fā)生丟失的概念率。
　　
　　3、數(shù)據(jù)校驗
　　
　　利用冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)錯誤檢測和修復(fù)，冗余數(shù)據(jù)通常采用海明碼、異或操作等算法來計算獲得。利用校驗功能，可以很大程度上提高磁盤陣列的可靠性、魯棒性和容錯能力。不過，數(shù)據(jù)校驗需要從多處讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行計算和對比，會影響系統(tǒng)性能。 不同等級的 RAID 采用一個或多個以上的三種技術(shù)，來獲得不同的數(shù)據(jù)可靠性、可用性和 I/O 性能。至于設(shè)計何種 RAID （甚至新的等級或類型）或采用何種模式的 RAID ，需要在深入理解系統(tǒng)需求的前提下進(jìn)行合理選擇，綜合評估可靠性、性能和成本來進(jìn)行折中的選擇。
　　
　　鏡像具有高安全性、高讀性能，但冗余開銷太昂貴。數(shù)據(jù)條帶通過并發(fā)性來大幅提高性能，然而對數(shù)據(jù)安全性、可靠性未作考慮。數(shù)據(jù)校驗是一種冗余技術(shù)，它用校驗數(shù)據(jù)來提供數(shù)據(jù)的安全，可以檢測數(shù)據(jù)錯誤，并在能力允許的前提下進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)。相對鏡像，數(shù)據(jù)校驗大幅縮減了冗余開銷，用較小的代價換取了極佳的數(shù)據(jù)完整性和可靠性。數(shù)據(jù)條帶技術(shù)提供高性能，數(shù)據(jù)校驗提供數(shù)據(jù)安全性， RAID 不同等級往往同時結(jié)合使用這兩種技術(shù)。
　　
　　采用數(shù)據(jù)校驗時， RAID 要在寫入數(shù)據(jù)同時進(jìn)行校驗計算，并將得到的校驗數(shù)據(jù)存儲在 RAID 成員磁盤中。校驗數(shù)據(jù)可以集中保存在某個磁盤或分散存儲在多個不同磁盤中，甚至校驗數(shù)據(jù)也可以分塊，不同 RAID 等級實(shí)現(xiàn)各不相同。當(dāng)其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)出錯時，就可以對剩余數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)進(jìn)行反校驗計算重建丟失的數(shù)據(jù)。校驗技術(shù)相對于鏡像技術(shù)的優(yōu)勢在于節(jié)省大量開銷，但由于每次數(shù)據(jù)讀寫都要進(jìn)行大量的校驗運(yùn)算，對計算機(jī)的運(yùn)算速度要求很高，必須使用硬件 RAID 控制器。在數(shù)據(jù)重建恢復(fù)方面，檢驗技術(shù)比鏡像技術(shù)復(fù)雜得多且慢得多。
　　
　　海明校驗碼和 異或校驗是兩種最為常用的 數(shù)據(jù)校驗算法。海明校驗碼是由理查德 · 海明提出的，不僅能檢測錯誤，還能給出錯誤位置并自動糾正。海明校驗的基本思想是：將有效信息按照某種規(guī)律分成若干組，對每一個組作奇偶測試并安排一個校驗位，從而能提供多位檢錯信息，以定位錯誤點(diǎn)并糾正?？梢姾Ｃ餍ｒ瀸?shí)質(zhì)上是一種多重奇偶校驗。異或校驗通過異或邏輯運(yùn)算產(chǎn)生，將一個有效信息與一個給定的初始值進(jìn)行異或運(yùn)算，會得到校驗信息。如果有效信息出現(xiàn)錯誤，通過校驗信息與初始值的異或運(yùn)算能還原正確的有效信息。
　　
　　RAID 思想從提出后就廣泛被業(yè)界所接納，存儲工業(yè)界投入了大量的時間和財力來研究和開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。而且，隨著處理器、內(nèi)存、計算機(jī)接口等技術(shù)的不斷發(fā)展， RAID 不斷地發(fā)展和革新，在計算機(jī)存儲領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，從高端系統(tǒng)逐漸延伸到普通的中低端系統(tǒng)。 RAID 技術(shù)如此流行，源于其具有顯著的特征和優(yōu)勢，基本可以滿足大部分的數(shù)據(jù)存儲需求。
　　
　　四、 RAID的優(yōu)勢
　　
　　(1) 大容量
　　
　　這是 RAID 的一個顯然優(yōu)勢，它擴(kuò)大了磁盤的容量，由多個磁盤組成的 RAID 系統(tǒng)具有海量的存儲空間?，F(xiàn)在單個磁盤的容量就可以到 1TB 以上，這樣 RAID 的存儲容量就可以達(dá)到 PB 級，大多數(shù)的存儲需求都可以滿足。一般來說， RAID 可用容量要小于所有成員磁盤的總?cè)萘?。不同等級?RAID 算法需要一定的冗余開銷，具體容量開銷與采用算法相關(guān)。如果已知 RAID 算法和容量，可以計算出 RAID 的可用容量。通常， RAID 容量利用率在 50% ~ 90% 之間。
　　
　　(2) 高性能
　　
　　RAID 的高性能受益于數(shù)據(jù)條帶化技術(shù)。單個磁盤的 I/O 性能受到接口、帶寬等計算機(jī)技術(shù)的限制，性能往往很有 限，容易成為系統(tǒng)性能的瓶頸。通過數(shù)據(jù)條帶化， RAID 將數(shù)據(jù) I/O 分散到各個成員磁盤上，從而獲得比單個磁盤成倍增長的聚合 I/O 性能。
　　
　　(3) 可靠性
　　
　　可用性和可靠性是 RAID 的另一個重要特征。從理論上講，由多個磁盤組成的 RAID 系統(tǒng)在可靠性方面應(yīng)該比單個磁盤要差。這里有個隱含假定：單個磁盤故障將導(dǎo)致整個 RAID 不可用。 RAID 采用鏡像和數(shù)據(jù)校驗等數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，打破了這個假定。 鏡像是最為原始的冗余技術(shù)，把某組磁盤驅(qū)動器上的數(shù)據(jù)完全復(fù)制到另一組磁盤驅(qū)動器上，保證總有數(shù)據(jù)副本可用。 比起鏡像 50% 的冗余開銷 ，數(shù)據(jù)校驗要小很多，它利用校驗冗余信息對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗和糾錯。 RAID 冗余技術(shù)大幅提升數(shù)據(jù)可用性和可靠性，保證了若干磁盤出錯時，不 會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，不影響系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。
　　
　　(4) 可管理性
　　
　　實(shí)際上， RAID 是一種虛擬化技術(shù)，它對多個物理磁盤驅(qū)動器虛擬成一個大容量的邏輯驅(qū)動器。對于外部主機(jī)系統(tǒng)來說， RAID 是一個單一的、快速可靠的大容量磁盤驅(qū)動器。這樣，用戶就可以在這個虛擬驅(qū)動器上來組織和存儲應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)。 從用戶應(yīng)用角度看，可使存儲系統(tǒng)簡單易用，管理也很便利。 由于 RAID 內(nèi)部完成了大量的存儲管理工作，管理員只需要管理單個虛擬驅(qū)動器，可以節(jié)省大量的管理工作。 RAID 可以動態(tài)增減磁盤驅(qū)動器，可自動進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗和數(shù)據(jù)重建，這些都可以 大大簡化管理工作。
　　
　　五、Raid的級別
　　
　　RAID-0 0 條帶卷
　　
　　RAID0的原理就是在數(shù)據(jù)讀寫的時候?qū)⒁粋€數(shù)據(jù)拆分成多個部分,分散到多個磁盤上的。注意這里是沒有備份的,存是分開存,讀也是分開讀然后由控制器拼接到一起的。這里的數(shù)據(jù)拆分單位叫做chunk,這種級別的RAID0特點(diǎn)就是讀寫性能提升,磁盤容量為容量最小硬盤*硬盤個數(shù)。這種設(shè)計沒有容錯能力,所以一旦硬盤出現(xiàn)問題,后果不堪設(shè)想！
　　
　　RAID-1 1 鏡像卷
　　
　　RAID1看名字意思就是給磁盤做了一個鏡像,所以叫做鏡像卷把。它的工作原理就是為單個硬盤配備一塊鏡像硬盤,數(shù)據(jù)存儲時性能是會下降的,但是讀取數(shù)據(jù)時可以并行從兩塊硬盤同時讀取,但是做好不重復(fù)讀才是難點(diǎn)！同時它也具備冗余能力,當(dāng)一塊硬盤壞掉之后另一塊的數(shù)據(jù)與之相同能夠立即投入使用,具備容錯能力。磁盤容量為最小單個硬盤容量。
　　
　　RAID-4
　　
　　RAID4的工作機(jī)制是在數(shù)據(jù)存儲時由平級的三塊硬盤組成,將數(shù)據(jù)分割成chunk1和chunk2 ,硬盤就是由hdd1，hdd2，hdd3組成的,hdd1存儲chunk1的數(shù)據(jù),hdd2存儲chunk2的數(shù)據(jù),hdd3存儲chunk1和chunk2的校驗碼,通常使用chunk1與chunk2對位做亦或運(yùn)算得出校驗碼,可以理解成為1+2=3的形式,意味著得到任意其中兩塊硬盤就能夠計算出第三塊硬盤的數(shù)據(jù)。Raid4的特點(diǎn)就是通過校驗碼具備一定容錯能力,chunk1和chunk2可以并行讀寫,性能是有所提升的。但是通過校驗碼計算出另一塊硬盤數(shù)據(jù)只能做應(yīng)急使用,因為此時會增加其他兩塊hdd的負(fù)載同時Raid4也有一個固有的缺陷就是存放校驗碼的hdd壓力會過高,也是性能瓶頸的短板！
　　
　　RAID-5
　　
　　Raid5對Raid4的工作機(jī)制進(jìn)行了改進(jìn),采用了三塊硬盤輪流作存放校驗碼的硬盤,因為存放校驗碼的盤壓力是高過其他兩塊的，于是這也就實(shí)現(xiàn)了一定意義的上負(fù)載均衡。第一次讀寫時hdd1作存放校驗碼的盤,第二次讀寫時hdd2作存放校驗碼的盤,第三次讀寫時hdd3作存放校驗碼的盤,這樣就能夠讓三塊盤同時分擔(dān)數(shù)據(jù)還原的壓力。它的特性是具備一塊磁盤損壞的容錯能力,讀寫性能有提升,磁盤空間為最小容量磁盤*硬盤數(shù)量-1。
　　
　　RAID-6
　　
　　Riad6又對Raid又對raid5的基礎(chǔ)上做了改進(jìn),為了增加磁盤穩(wěn)定性它使用了兩塊磁盤做校驗盤,于是校驗碼存儲為兩次,為了增加穩(wěn)定性采用兩塊數(shù)據(jù)盤兩塊校驗盤的方式,但是感覺上有點(diǎn)奇怪。企業(yè)中實(shí)際應(yīng)用不會太多,見仁見智把。
　　
　　RAID-10
　　
　　Raid10需要10塊硬盤,兩兩一組,每組做一個鏡像卷,這樣有5組鏡像卷,在此之上做RAID0,就是將數(shù)據(jù)每次分成五個chunk,存取并行讀寫的方式存儲在這五個鏡像卷上的。這種模式有一定容錯能力,也有異步IO能力,但是磁盤利用率只有50%。犧牲了一半的磁盤容量。數(shù)據(jù)進(jìn)來時,先進(jìn)鏡像卷,然后進(jìn)條帶卷。
　　
　　RAID-01
　　
　　Raid01和Raid10十分相似,這次是先做條帶卷，每個數(shù)據(jù)分成5分chunk, 存入由5塊磁盤組成的條帶卷,在此基礎(chǔ)上做該條帶卷的鏡像。