RAID是英文Redundant Array of Inexpensive Disks的縮寫(xiě)，中文譯作廉價(jià)冗余磁盤(pán)陣列，簡(jiǎn)稱(chēng)磁盤(pán)陣列。簡(jiǎn)單的說(shuō)，RAID是一種把多塊獨立的硬盤(pán)(物理硬盤(pán))按不同方式組合起來(lái)形成一個(gè)硬盤(pán)組(邏輯硬盤(pán))，從而提供比單個(gè)硬盤(pán)更高 的存儲性能和提供數據冗余的技術(shù)。在這一組硬盤(pán)中，數據按照不同的算法分別存儲于每塊硬盤(pán)上從而達到不同的效果這樣就形成了不同的RAID級別(RAID LEVEL)。

　　按照RAID級別劃分，常見(jiàn)的有RAID0，RAID1，RAID3，RAID5， RAID10，RAID50還有不常用的RAID2， RAID4，RAID6，RAID7以及硬件廠(chǎng)商自己定義的RAID如惠普Smart Array陣列卡實(shí)現的RAID ADG和IBM的RAID 5E。

一常用磁盤(pán)陣列模式

01RAID 0

　　RAID 0是由一塊以上的硬盤(pán)組成，每塊硬盤(pán)被等分成容量相同的條帶集，數據也被分割成條帶，在同一時(shí)間內向多塊磁盤(pán)寫(xiě)入。

　　優(yōu)勢：讀寫(xiě)性能快，弱點(diǎn)：數據安全性差。

　　如果是四塊硬盤(pán)做RAID0，系統向邏輯設備發(fā)出的I/O指令會(huì )被轉化為4項操作，其中的每一項操作都對應于一塊硬盤(pán)，通過(guò)建立帶區集，原先順序寫(xiě)入的數據被分散到所有的四塊硬盤(pán)中同時(shí)進(jìn)行讀寫(xiě)。四塊硬盤(pán)的并行操作使同一時(shí)間內磁盤(pán)讀寫(xiě)的速度提升了4倍。四塊硬盤(pán)組合在一起形成一個(gè)獨立的邏輯驅動(dòng)器，容量相當于任何一塊單獨硬盤(pán)的4倍。

　　需要注意的是：這種 RAID 級別不具有容錯性能，如果陣列中的任何一塊磁盤(pán)出現故障，整個(gè)陣列中的數據都將會(huì )受到破壞，無(wú)法繼續使用。從上面這個(gè)例子來(lái)說(shuō)，此時(shí)使用RAID 0方式的安全性?xún)H相當于單獨使用一塊硬盤(pán)的1/4(因為本例中RAID 0使用了4塊硬盤(pán))。

02RAID 1

　　RAID 1又被稱(chēng)為磁盤(pán)鏡像，由兩個(gè)以上偶數個(gè)硬盤(pán)組成，每一個(gè)磁盤(pán)都具有一個(gè)對應的鏡像盤(pán)，對寫(xiě)入任何一個(gè)磁盤(pán)的數據都會(huì )被復制鏡像盤(pán)中，同時(shí)系統可以從這一組鏡像盤(pán)中的任何一個(gè)磁盤(pán)讀取數據。

　　優(yōu)勢：數據安全性高，弱點(diǎn)：磁盤(pán)利用率較低。

　　RAID 1下，任何一塊硬盤(pán)的故障都不會(huì )影響到系統的正常運行，而且只要能夠保證任何一對鏡像盤(pán)中至少有一塊磁盤(pán)可以使用，RAID 1甚至可以在一半數量的硬盤(pán)出現問(wèn)題時(shí)不間斷的工作。當一塊硬盤(pán)失效時(shí)，系統會(huì )忽略該硬盤(pán)，轉而使用剩余的鏡像盤(pán)讀寫(xiě)數據。

　　顯然，磁盤(pán)鏡像肯定會(huì )提高系統成本。因為我們所能使用的空間只是所有磁盤(pán)容量總和的一半。

03RAID 3

　　RAID3至少由三塊以上硬盤(pán)組成，以其中一塊特定的硬盤(pán)來(lái)存放數據的奇偶校驗位(由真實(shí)數據通過(guò)一定的算法得出)，真實(shí)數據則分段存儲于其余硬盤(pán)中。

　　優(yōu)勢：有冗余，硬盤(pán)利用率高，弱點(diǎn)：讀寫(xiě)性能差。

　　如果數據盤(pán)(物理)損壞，只要將壞硬盤(pán)換掉，RAID控制系統則會(huì )根據校驗盤(pán)的數據校驗位在新盤(pán)中重建壞盤(pán)上的數據。利用單獨的校驗盤(pán)來(lái)保護數據雖然沒(méi)有鏡像的安全性高，但是硬盤(pán)利用率得到了很大的提高，為(N-1)/N 其中N為RAID中硬盤(pán)的個(gè)數。

　　當向RAID 3寫(xiě)入數據時(shí)，情況會(huì )變得復雜一些。即使我們只是向一個(gè)磁盤(pán)寫(xiě)入一個(gè)數據塊，也必須計算與該數據塊同處一個(gè)帶區的所有數據塊的校驗值，并將新值重新寫(xiě)入到校驗塊中。由此我們可以看出，一個(gè)寫(xiě)入操作事實(shí)上包含了數據讀取(讀取帶區中的關(guān)聯(lián)數據塊)，校驗值計算，數據塊寫(xiě)入和校驗塊寫(xiě)入四個(gè)過(guò)程。讀寫(xiě)性能尤其是寫(xiě)性能大大降低。

　　RAID 3所存在的最大一個(gè)不足同時(shí)也是導致RAID 3很少被人們采用的原因就是校驗盤(pán)很容易成為整個(gè)系統的瓶頸。我們已經(jīng)知道RAID 3會(huì )把數據的寫(xiě)入操作分散到多個(gè)磁盤(pán)上進(jìn)行，然而不管是向哪一個(gè)數據盤(pán)寫(xiě)入數據，都需要同時(shí)重寫(xiě)校驗盤(pán)中的相關(guān)信息。因此，對于那些經(jīng)常需要執行大量寫(xiě)入操作的應用來(lái)說(shuō)，校驗盤(pán)的負載將會(huì )很大，無(wú)法滿(mǎn)足程序的運行速度，從而導致整個(gè)RAID系統性能的下降。鑒于這種原因，RAID 3更加適合應用于那些寫(xiě)入操作較少，讀取操作較多的應用環(huán)境，例如數據庫和WEB服務(wù)器等。

04RAID 5

　　RAID5是在RAID 3的基礎上進(jìn)行了一些改進(jìn)，同樣也是由三塊以上的硬盤(pán)組成，也是以數據的校驗位來(lái)保證數據的安全，但它不是以特定硬盤(pán)來(lái)存放數據的校驗位，而是將數據段的校驗位交互存放于各個(gè)硬盤(pán)上。

　　優(yōu)勢：克服RAID3校驗盤(pán)性能問(wèn)題，有冗余，硬盤(pán)利用率高，弱點(diǎn)：讀寫(xiě)性能差。

　　如果數據盤(pán)(物理)損壞，只要將壞硬盤(pán)換掉，RAID控制系統則會(huì )根據校驗盤(pán)的數據校驗位在新盤(pán)中重建壞盤(pán)上的數據。利用單獨的校驗盤(pán)來(lái)保護數據，雖然沒(méi)有鏡像的安全性高，但是硬盤(pán)利用率得到了很大的提高，為(N-1)/N 其中N為RAID中硬盤(pán)的個(gè)數。

　　當向RAID 5寫(xiě)入數據時(shí)，情況會(huì )變得復雜一些。即使我們只是向一個(gè)磁盤(pán)寫(xiě)入一個(gè)數據塊，也必須計算與該數據塊同處一個(gè)帶區的所有數據塊的校驗值，并將新值重新寫(xiě)入到校驗塊中。由此我們可以看出，一個(gè)寫(xiě)入操作事實(shí)上包含了數據讀取(讀取帶區中的關(guān)聯(lián)數據塊)，校驗值計算，數據塊寫(xiě)入和校驗塊寫(xiě)入四個(gè)過(guò)程，讀寫(xiě)性能尤其是寫(xiě)性能大大降低。

二不常用磁盤(pán)陣列模式

01RAID 10

　　RAID10也被稱(chēng)為鏡像陣列條帶，由至少四塊硬盤(pán)組成，像RAID0一樣，數據被分割成條帶，在同一時(shí)間內向多塊磁盤(pán)寫(xiě)入;像RAID1一樣，每個(gè)磁盤(pán)都有一個(gè)鏡像磁盤(pán)。其目的是在保證數據安全的情況下，提高數據的讀寫(xiě)性能。

02RAID 50

　　RAID50也被稱(chēng)為鏡像陣列條帶由至少六塊硬盤(pán)組成，像RAID0一樣，數據被分割成條帶，在同一時(shí)間內向多塊磁盤(pán)寫(xiě)入;像RAID5一樣，也是以數據的校驗位來(lái)保證數據的安全。其目的在于提高RAID5的讀寫(xiě)性能。

03RAID 2

　　RAID2又被稱(chēng)為帶海明碼校驗磁盤(pán)陣列，是為大型機和超級計算機開(kāi)發(fā)的。磁盤(pán)驅動(dòng)器組中的第一個(gè)、第二個(gè)、第四個(gè)……第2的n次冪個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器是專(zhuān)門(mén)的校驗盤(pán)，用于校驗和糾錯，例如七個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器的RAID2，第一、二、四個(gè)磁盤(pán)驅動(dòng)器是糾錯盤(pán)，其余的用于存放數據。使用的磁盤(pán)驅動(dòng)器越多，校驗盤(pán)在其中占的百分比越少。RAID2對大數據量的輸入輸出有很高的性能，但少量數據的輸入輸出時(shí)性能不好。RAID2很少實(shí)際使用。

　　由于海明碼的特點(diǎn)，它可以在數據發(fā)生錯誤的情況下將錯誤校正，以保證輸出的正確。它的數據傳送速率相當高，如果希望達到比較理想的速度，那最好提高保存校驗碼ECC碼的硬盤(pán)，對于控制器的設計來(lái)說(shuō)，它又比RAID3，4或5要簡(jiǎn)單。但是利用海明碼校驗必須要付出數據冗余的代價(jià)。

04RAID 4

　　RAID4和RAID3很相似，不同的是RAID4對數據的訪(fǎng)問(wèn)是按數據塊進(jìn)行的，也就是按磁盤(pán)進(jìn)行的，每次是一個(gè)盤(pán)。 RAID3是一次一橫條，而RAID4一次一豎條。所以RAID3常須訪(fǎng)問(wèn)陣列中所有的硬盤(pán)驅動(dòng)器，而RAID4只須訪(fǎng)問(wèn)有用的硬盤(pán)驅動(dòng)器。這樣讀數據的速度大大提高了，但在寫(xiě)數據方面，需將從數據硬盤(pán)驅動(dòng)器和校驗硬盤(pán)驅動(dòng)器中恢復出的舊數據與新數據通過(guò)異或運算，然后再將更新后的數據和檢驗位寫(xiě)入硬盤(pán)驅動(dòng)器，所以處理時(shí)間較RAID3長(cháng)。

05RAID 6

　　幾乎沒(méi)有進(jìn)行商用，它使用一種分配在不同的驅動(dòng)器上的第二種奇偶方案，擴展了RAID 5。它能承受多個(gè)驅動(dòng)器同時(shí)出現故障，但是，性能尤其是寫(xiě)操作卻很差，而且，系統需要一個(gè)極為復雜的控制器。當然由于引入了第二種奇偶校驗值，所以需要N+2個(gè)磁盤(pán)，同時(shí)對控制器的設計變得十分復雜，用于計算奇偶校驗值和驗證數據正確性所花費的時(shí)間比較多，造成了不必要的負載。

三自定義陣列模式

01IBM RAID 5E

　　RAID 5E是在 RAID 5級別基礎上的改進(jìn)，與RAID 5類(lèi)似，數據的校驗信息均勻分布在各硬盤(pán)上，但是，在每個(gè)硬盤(pán)上都保留了一部分未使用的空間，這部分空間沒(méi)有進(jìn)行條帶化，最多允許兩塊物理硬盤(pán)出現故障?？雌饋?lái)，RAID 5E和RAID 5加一塊熱備盤(pán)好像差不多，其實(shí)由于RAID 5E是把數據分布在所有的硬盤(pán)上，性能會(huì )比RAID5 加一塊熱備盤(pán)要好。當一塊硬盤(pán)出現故障時(shí)，有故障硬盤(pán)上的數據會(huì )被壓縮到其它硬盤(pán)上未使用的空間，邏輯盤(pán)保持RAID 5級別。

---