(最新整理)RAID概述

RAID概述
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RAID概述
近年来,硬盘无论在容量、存取速度还是可靠性方面都得到了很大提高，然而这一提高还是跟不上处理器的发展要求，使得硬盘仍然成为计算机系统中的一个瓶颈。

为了解决应用系统对磁盘高速存取的要求，人们采取了多种措施。

1988年，美国加州大学伯克利分校的D.A。

Patterson教授提出的廉价冗余磁盘阵列（Redund ant Array of Inexpensive Disks，简称RAID）就是其中一种。

RAID将普通硬盘组成一个磁盘阵列，在主机写入数据，RAID控制器把主机要写入的数据分解为多个数据块,然后并行写入磁盘阵列；主机读取数据时,RAID控制器并行读取分散在磁盘阵列中各个硬盘上的数据，把它们重新组合后提供给主机.由于采用并行读写操作，从而提高了存储系统的存取程度。

此外，RAID磁盘阵列还可以采用镜像、奇偶校验等措施，来提高系统的容错能力，保证数据的可靠性。

上面所讲的又称硬阵列（Hardware Raid），相对硬阵列的还有一种软阵列（Software Raid），即通过软件程序实现RAID控制器的功能，软阵列需要占用系统的CPU资源，而硬阵列不占用系统的CPU资源,
且稳定可靠，所以服务器往往使用硬阵列。

作为高性能的存储系统,RAID巳经得到了越来越广泛的应用。

RAID的级别从RAID概念的提出到现在，巳经发展了六个级别，其级别分别是0、1、2、3、4、5及后来的RAID0+1。

在这里我们主要介绍一下用户
常接触到的RAID0、RAID1、RAID0+1、RAID3、RAID5。

RAID0
RAID0由两个或两个以上的硬盘组成，其容量是它们每个容量的总和，好处是速度快,缺点是没有容错能力，往往用在要求速度高但对数据安全要求不高的场合。

RAID0其实就是数据分段 (Disk Striping）.RAID0模式一般通过两个以上的硬盘组成一个磁盘阵列来实现。

在磁盘阵列子系统中,几个硬盘并行处理，在存取数据时由几个硬盘分别同时进行操作，读写各自的部分。

数据按系统规定的”段"为单位依次写入多个硬盘，例如数据段1写入硬盘0，段2写入硬盘1，段3写入硬盘2等等.当数据写完最后一个硬盘时，它就重新从盘0的下一可用段开始写入，写数据的全过程按此重复直至数据写完.所以这样整个系统的性能会得以大大的提高。

RAID0这是所有RAID规格中效率最高，不过它有一个致命的缺点—-不具有容错性的方式。

因为它将数据分成区块存储在不同硬盘内,当任何一个磁盘驱动器发生问题时，整个数组皆会受到影响——如果其中有一个硬盘中的数据受到破坏,整个数据便不能被正确读出了。

这种隐患也随着系统中硬盘总数量的增多而加大。

此种数组类型适用于需要高效能的系统，不适合使用在需要高安全性的数据系统中。

对于打算使用RAID 0的朋友，我们建议使用同一个磁盘驱动器以获得更好的效能及数据储存效率，因为磁盘阵列容量等于磁盘驱动器的数量乘以最小的磁盘驱动器容量。

例如:一个 40GB 及一个 60GB 的磁
盘驱动器将形成一个 80GB (40GB x 2）的磁盘阵列。

RAID1
如果说RAID 0是追求性能而放弃安全性的话，那么RAID 1就正好相反。

RAID 1是追求安全性而放弃性能的一种解决方案。

它的做法就是通过系统数据冗余——将数据进行实时的备份来完成。

(提示：数据冗
余的功能指的是在用户数据一旦发生损坏后，利用冗余信息可以使损坏数据得以恢复）
RAID 1又称为Mirror或Mirroring，意译为磁盘镜像，每一个磁盘都具有一个对应的镜像盘。

对任何一个磁盘的数据写入都会被复制镜像盘中；系统可以从一组镜像盘中的任何一个磁盘读取数据。

由于需要空间存入镜像，因此我们所能使用的空间只是所有磁盘容量总和的一半，例如总容量为80GB的两个40GB 的硬盘只拥有40GB的可用储存量.因为如果你使用不同容量的磁盘驱动器，那么在较大的磁盘驱动器中可能会有未使用的容量.显然，这磁盘镜像肯定会提高系统成本.当然被”镜像"的硬盘也可被镜像到其它存储设备上,例如可擦写光盘驱动器，虽然以光盘作镜像盘没有用硬盘的速度快，但这种方法比没有使用镜像盘
毕竟减少了丢失数据的危险性。

RAID 1模式下,任何一块硬盘的故障都不会影响到系统的正常运行。

当一块硬盘失效时,系统会忽略该硬盘,转而使用剩余的镜像盘读写数据。

在RAID 1下，甚至可以在一半数量的硬盘出现问题时系统仍能不
间断的工作.
　通常，我们把出现硬盘故障的RAID系统称为在降级模式下运行。

虽然这时保存的数据仍然可以继续使用，但是RAID系统将不再可靠。

如果剩余的镜像盘也出现问题，那么整个系统就会崩溃。

因此，我们应当及时的更换损坏的硬盘,避免出现新的问题.更换新盘之后,原有好盘中的数据必须被复制到新盘中。

这一操作被称为同步镜像。

同步镜像一般都需要很长时间，尤其是当损害的硬盘的容量很大时更是如此.在同步镜像的进行过程中,外界对数据的访问不会受到影响,但是由于复制数据需要占用一部分的带宽,所以可能会使整
个系统的性能有所下降.
此外,因为RAID 1主要是通过二次读写实现磁盘镜像,所以磁盘控制器的负载也相当大，尤其是在需要频繁写入数据的环境中.为了避免出现性能瓶颈，我们可以使用多个磁盘控制器来解决.(提示：在RAID 1模式下，系统读数据的速度会有微小的提高,但写数据的速度就和单个硬盘没有什么差别，其主要是强调安
全性）
RAID0+1
RAID 1和RAID 0都各有优点,但如果单独使用RAID 1或RAID 0都无法那些追求性能又要确保系统资料安全性的用户的需要。

为了解决这一问题,人们又推出RAID 0+1模式.
RAID 0+1也称之为RAID 10,是磁盘分段及镜像的结合，结合了 RAID 0及 RAID 1最佳的优点.它采用就是2组RAID 0的磁盘阵列互为镜像，也就是它们之间又成为了一个RAID 1的阵列。

在每次写入数据时，磁盘阵列控制器会将数据同时写入两组“大容量阵列硬盘组"(RAID 0)中。

在资源的占用上这种方式同RAID 1一样，虽然其硬盘使用率只有50%，但它却是具有最高效率的划分方式。

此一类型的组态提供最佳的速度及可靠度。

不过你需要两倍的磁盘驱动器数目作为一个 RAID 0，每一端的半数作为镜像用。

在执行 RAID 0+1时至少需要4个磁盘驱动器,所以可以说RAID 0+1的“安全性"和“高
性能”是通过高成本来换取的。

RAID3
RAID3
RAID3是利用一个专门的磁盘存放所有的校验数据,而在剩余的磁盘中创建带区集分散数据的读写操作。

RAID3不仅可以像RAID1那样提供容错功能，而且整体开销从RAID1的50%下降为25%（RAID3+1）.随着所使用磁盘数量的增多,额外成本开销会越来越小。

在不同情况下,RAID3读写操作的复杂程度也不相同.最简单的情况就是从一个完好的RAID3系统中读取数据.这时，只需要在数据存储盘中找到相应的数据块进行读取操作即可，不会增加额外的系统开销。

当向RAID3写入数据时，情况会变得复杂一些。

即使我们只是向一个磁盘写入一个数据块，必须计算与该数据块同处一个带区的所有数据块的校验值,并将新值重新写入到校验块中。

由此我们可以看出，一个写入操作事实上包含了数据读取（读取带区中的关联数据块)，校验值计算，数据块写入和校验块写入4个过程。

系统开销大大增加。

我们可以通过适当设置带区的大小使RAID 系统得到简化.如果某个写入操作的长度恰好等于一个完整带区的大小(全带区写入），那么我们就不必再读取带区中的关联数据块计算校验值。

我们只需要计算整个带区的校验值，然后直接把数据和校验信息写入数据盘和校验盘即可。

到目前为止，我们所探讨的都是正常运行状况的下的数据读写。

下面,我们再来看一下当硬盘出现故障时，RAID系统在降级模式下的运行情况。

RAID3虽然具有容错能力，但是系统性能会受到影响。

当一块磁盘失效时，该磁盘上的所有数据必须使用校验信息重新建立。

如果我们是从好盘中读取数据块，不会有任何变化.但是如果我们所要读取的数据块正好位于已经损坏的磁盘，则必须同时读取同一带区中的所有其它数据块，并根据校验值重新建丢失的数据。

当我们更换了损坏的磁盘之后，系统必须一个数据块一个数据块的重建坏盘中的数据.整个过程包括读取带区、计算丢失的数据块和向新盘写入新的数据块，都是在后台自动进行.重建活动最好是在RAID系统空闲的时候进行，否则整个系统的性能会受到严重的影响.
RAID5
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，RAID 5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，RAID 5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RAID 5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。