RAID是什么？——RAID磁盘阵列介绍磁盘阵列有什么用？——了解RAID的应用价值

本文目录：

• 1、RAID磁盘阵列的介绍
• 2、RAID技术
• 3、磁盘阵列的作用

RAID全称为廉价磁盘冗余阵列（Redundant Arrays of IndependentDisk）,其原理就是：将多个便宜的磁盘组合成一个磁盘阵列组。提升了磁盘的读写性能，通常用在服务器上。RAID分为不同的级别，不同的级别在数据可靠性以及读写性能都不一样。可以根据自己的生产环境来使用不同的级别。常用的RAID有：RAID0，RAID1,RAID5，RAID6，RAID1+0，RAID0+1等等。

RAID0又叫条带卷（strip）将数据分段存储于各个磁盘中，读写操作可以并行执行。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。在RAID0中，数据以chunk方式存储。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。

stripe width是指可被并行写入的 stripe 的个数，即等于磁盘阵列中磁盘的个数。

也可称为block size(chunk size，stripe length，granularity)，指写入每个磁盘的数据块大小。以块分段的RAID通常可允许选择的块大小从 2KB 到 512KB不等，也有更高的，但一定要是2的指数倍。以字节分段的(比如RAID3)一般的stripe size为1字节或者 512字节，并且用户不能调整。 stripesize对性能的影响是很难简单估量的，最好在实际应用中依自己需求多多调整并 观察其影响。通常来说，减少stripesize，文件会被分成更小的块，传输数据会更快，但 是却需要更多的磁盘来保存，增加positioning performance，反之则相反。应该说，没有一个理论上的最优的值。很多时候，也要考虑磁盘控制器的策略，比如有的磁盘控制器会等 等到一定数据量才开始往磁盘写入。

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。

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。

类似RAID5，但是增加了第二个独立的奇偶校验信息块，两个独立的奇偶系统使用不同的算法，数据的可靠性非常高，即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用。但RAID 6需要分配给 奇偶校验信息更大的磁盘空间，相对于RAID5有更大的“写损失”，因此“写性能”非常差。
由图所知，每个硬盘上除了都有同级数据XOR校验区外，还有一个针对每个数据 块的XOR校验区。当然，当前盘数据块的校验数据不可能存在当前盘而是交错存储的。从数学角度来说，RAID 5使用一个方程式解出一个未知变量，而RAID 6则能通过两个独立的线性 方程构成方程组，从而恢复两个未知数据。
伴随着硬盘容量的增长，RAID6已经变得越来越重要。TB级别的硬盘上更容易造成数据丢失，数据重建过程(比如RAID5，只允许一块硬盘损坏)也越来越长，甚至到数周，这是完全不可接受的。而RAID6允许两块硬盘同时发生故障，所以渐渐受到人们的青睐。
伴随CD，DVD和蓝光光盘的问世，存储介质出现了擦除码技术，即使媒介表面出现划痕，仍然可以播放，大多数常见的擦除码算法已经演变为上世纪60年代麻省理工学院林肯实验室开发的Reed-Solomon码。实际情况中，多数RAID6实现都采用了标准的RAID5教校验比特和Reed-Solomon码。而纯擦除码算法的使用使得RAID 6阵列可以失效两块以上的硬盘，保护力度更强，有些实现方法提供了多种级别的保护，甚至允许用户(或存储管理员)指定保护级别。

RAID1+0与RAID0+1相似，但是先做镜像(1)，再做条带(0)
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。

RAID0+1是RAID0和RAID1的结合。先做条带(0)，再做镜像(1)
以四个磁盘组成的RAID 0+1为例，其数据存储方式如图所示：RAID 0+1是存储性能和数据安全兼顾的方案。它在提供与RAID1一样的数据安全保障的同时，也提供了与RAID 0近似的存储性能。
由于RAID 0+1也通过数据的100%备份功能提供数据安全保障，因此RAID 0+1的磁盘空间利用率与RAID 1相同，存储成本高。

参考文档：

RAID磁盘阵列的介绍

RAID是英文Redundant Array of IndependentDisks的缩写，中文简称为独立冗余磁盘阵列。简单的说，RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别（RAIDLevels）。在用户看起来，组成的磁盘组就像是一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等。总之，对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。不同的是，磁盘阵列的存储速度要比单个硬盘高很多，而且可以提供自动数据备份。数据备份的功能是在用户数据一旦发生损坏后，利用备份信息可以使损坏数据得以恢复，从而保障了用户数据的安全性。

RAID技术

RAID，为Redundant Arrays of IndependentDisks的简称，中文为廉价冗余磁盘阵列。RAID阵列技术允许将一系列磁盘分组，以实现为数据保护而必需的数据冗余，以及为提高读写性能而形成的数据条带分布。

RAID 0:
RAID0又称数据分块，即把数据分成若干相等大小的小块，并把它们写到阵列上不同的硬盘上，这种技术又称“Stripping”（即将数据条带化）。把数据分布在多个盘上，在读写时是以并行的方式对各硬盘同时进行操作。从理论上讲，其容量和数据传输率是单个硬盘的N倍。N为构成RAID0的硬盘总数。当然，若阵列控制器有多个硬盘通道时，对多个通道上的硬盘进行RAID0操作，I/O性能会更高。由于没有任何的数据冗余，所以安全性极低，只要RAID里的任何一块磁盘损坏，都会发生所有数据丢失的毁灭性的情况。

RAID1:
RAID 1主要是通过数据镜像实现数据冗余，在两对分离的磁盘上产生互为备份的数据，因此RAID1具有很高的安全性，它甚至可以保证在一半数量的磁盘出现问题时还能不间断地工作，但是整个系统的处理能力会受到影响。不过，由于 RAID1需要通过两次读写来实现磁盘镜像，这样虽然保证了镜像磁盘随时与原磁盘上的数据完全一致，但是磁盘控制器的负载相当大。另外，RAID1的数据空间浪费极其严重，是RAID各种等级中成本最高的一种。它只有一半的磁盘空间利用率，只有当系统需要极高的可靠性时，人们才会选择使用RAID 1.

RAID 2:
RAID2是为大型机和超级计算机开发的带海明码校验磁盘阵列。磁盘驱动器组中的第1个、第2个、第4个……第2的n次幂个磁盘驱动器是专门的校验盘，用于校验和纠错。

RAID3:
RAID3属于单盘容错并行传输。即采用Stripping技术将数据分块，对这些块进行异或校验，校验数据写到最后一个硬盘上。它的特点是有一个盘为校验盘，数据以位或字节的方式存于各盘（分散记录在组内相同扇区的各个硬盘上）。当一个硬盘发生故障，除故障盘外，写操作将继续对数据盘和校验盘进行操作。而读操作是通过对剩余数据盘和校验盘的异或计算重构故障盘上应有的数据来进行的。RAID3的优点是并行I/O传输和单盘容错，具有很高可靠性。

RAID 4:
RAID 4是带奇偶校验码的独立磁盘结构。它和RAID 3很相似，不同的是RAID 4对数据的访问是按数据块进行的。RAID 3是一次一横条，而RAID4一次一竖条。所以RAID 3常须访问阵列中所有的硬盘驱动器，而RAID4只须访问有用的硬盘驱动器。这样读数据的速度大大提高了，但在写数据方面，需将从数据硬盘驱动器和校验硬盘驱动器中恢复出的旧数据与新数据校验，然后再将更新后的数据和检验位写入硬盘驱动器，所以处理时间较RAID3长。

RAID 5:
RAID 5也被叫做带分布式奇偶位的条带。每个条带上都有相当于一个"块"那么大的地方被用来存放奇偶位。与RAID 3不同的是，RAID5把奇偶位信息也分布在所有的磁盘上，而并非一个磁盘上，大大减轻了奇偶校验盘的负担。尽管有一些容量上的损失，RAID5却能提供较为完美的整体性能，因而也是被广泛应用的一种磁盘阵列方案。它适合于输入/输出密集、高读/写比率的应用程序，如事务处理等。为了具有RAID5级的冗余度，我们需要至少三个磁盘组成的磁盘阵列。RAID 5可以通过磁盘阵列控制器硬件实现，也可以通过某些网络操作系统软件实现。

RAID 6:
RAID 6是带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构。它使用了分配在不同的磁盘上的第二种奇偶校验来实现增强型的RAID5。它能承受多个驱动器同时出现故障，但是，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，造成了系统的负载较重，大大降低整体磁盘性能，而且，系统需要一个极为复杂的控制器。当然，由于引入了第二种奇偶校验值，我们所以需要的是N+2个磁盘。

磁盘阵列的作用

磁盘阵列简介
磁盘阵列简称RAID(RedundantpArrayspofpInexpensivepDisks)，有“价格便宜且多余的磁盘阵列”之意。其原理是利用数组方式来作磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性。磁盘阵列主要针对硬盘，在容量及速度上，无法跟上CPU及内存的发展，提出改善方法。磁盘阵列是由很多便宜、容量较小、稳定性较高、速度较慢磁盘，组合成一个大型的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生的加成效果来提升整个磁盘系统的效能。同时，在储存数据时，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。p

磁盘阵列还能利用同位检查(ParitypCheck)的观念，在数组中任一颗硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将故障硬盘内的数据，经计算后重新置入新硬盘中。

磁盘阵列的由来：p

由美国柏克莱大学(UniversitypofpCalifornia-Berkeley)在1987年，发表的文章：“ApCasepforpRedundantpArrayspofpInexpensivepDisks”。文章中，谈到了RAID这个字汇，而且定义了RAID的5层级。柏克莱大学研究其研究目的为，反应当时CPU快速的性能。CPU效能每年大约成长30～50%，而硬磁机只能成长约7%。研究小组希望能找出一种新的技术，在短期内，立即提升效能来平衡计算机的运算能力。在当时，柏克莱研究小组的主要研究目的是效能与成本。p

另外，研究小组也设计出容错(fault-tolerance)，逻辑数据备份(logicalpdatapredundancy)，而产生了RAIDp理论。研究初期，便宜(Inexpensive)的磁盘也是主要的重点，但后来发现，大量便宜磁盘组合并不能适用于现实的生产环境，后来Inexpensive被改为independence，许多独立的磁盘组。p

磁盘阵列，时事所趋：p

自有PC以来，硬盘是最常使用的储存装置。但在整个计算机系统架构中，跟CPU与RAM来比，硬盘的速度是PC中最弱的设备之一。所以，为了加速计算机整体的数据流量，增加储存的吞吐量，进阶改进硬盘数据的安全，磁盘阵列的设计因应而生。p

硬盘随着科技的日新月异，现在其容量已达80GB以上，转速到了2万转，甚至25000转，而且价格实在是很便宜，再加现在企业流行，人力资源规画(EnterprisepResourcepPlanning：ERP)是每个公司建构网络的主要目标。所以，利用局域网络来传递数据，服务器所使用的硬盘显得非常重要，除了容量大、速度快之外，稳定更是基本要求。基于此因，磁盘阵列开始广泛的应用在个人计算机上。p

磁盘阵列其样式有三种，一是外接式磁盘阵列柜、二是内接式磁盘阵列卡，三是利用软件来仿真。外接式磁盘阵列柜最常被使用大型服务器上，具可热抽换(HotpSwap)的特性，不过这类产品的价格都很贵。内接式磁盘阵列卡，因为价格便宜，但需要较高的安装技术，适合技术人员使用操作。另外利用软件仿真的方式，由于会拖累机器的速度，不适合大数据流量的服务器。p

由上述可知，现在IDE磁盘阵列大行其道的道理；IDE接口硬盘的稳定度与效能表现已有很大的提升，加上成本考量，所以采用IDE接口硬盘来作为磁盘阵列的决解方案，可说是最佳的方式

在网络存储中，磁盘阵列是一种把若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体，整个磁盘阵列由阵列控制器管理的系统。磁带库是像自动加载磁带机一样的基于磁带的备份系统，磁带库由多个驱动器、多个槽、机械手臂组成，并可由机械手臂自动实现磁带的拆卸和装填。

它能够提供同样的基本自动备份和数据恢复功能，但同时具有更先进的技术特点。掌握网络存储设备的安装、操作使用也是网管员必须要学会的。

在架构无线局域网时，对无线路由器、无线网络桥接器AP、无线网卡、天线等无线局域网产品进行安装、调试和应用操作。

磁盘阵列的主流结构：
磁盘阵列作为独立系统在主机外直连或通过网络与主机相连。磁盘阵列有多各端口可以被不同主机或不同端口连接。一个主机连接阵列的不同端口可提升传输速度。
和目前PC用单磁盘内部集成缓存一样，在磁盘阵列内部为加快与主机交互速度，都带有一定量的缓冲存储器。主机与磁盘阵列的缓存交互，缓存与具体的磁盘交互数据。
在应用中，有部分常用的数据是需要经常读取的，磁盘阵列根据内部的算法，查找出这些经常读取的数据，存储在缓存中，加快主机读取这些数据的速度，而对于其他缓存中没有的数据，主机要读取，则由阵列从磁盘上直接读取传输给主机。对于主机写入的数据，只写在缓存中，主机可以立即完成写操作。然后由缓存再慢慢写入磁盘。