【原创分享】存储可靠技术之RAID

一、RAID技术介绍

RAID：redundant array of independent disks，独立硬盘冗余阵列，也被称为RAID

RAID技术出现的初衷是把多个小容量的硬盘组合起来，以获得更大的存储容量。当前我们所说的RAID技术更多则是与数据保护相关，换言之，当物理设备失效时，RAID能够用来防止数据的丢失。

RAID技术的主要功能：

通过对硬盘上的数据进行条带化，实现对数据成块存取，减少硬盘的机械寻道时间，提高了数据存取速度。

通过对一阵列中的几块硬盘同时读取（并行访问），减少了硬盘的机械寻道时间，提高了数据存取速度。

通过镜像或者存储奇偶校验信息的方式，实现了对数据的冗余保护。

随着阵列技术的发展，已经产生了很多不同类型的RAID，但现在只有少数几种RAID仍在使用。在这个章节中，我们将讨论最常用的RAID类型，也会学习RAID的其它相关功能，比数据保护等，同时，选择不同的RAID类型意味着不同的性能/成本。

在存储设备中，可以通过2种方式实现RAID功能：硬件RAID和软件RAID。

硬件RAID使用专用的RAID适配器、硬盘控制器或存储处理器。RAID控制器有自己的处理器，I/O处理芯片，和内存，用来提高资源利用率和数据传输速度。RAID控制器管理路由、缓冲区，控制主机与RAID间数据流。硬件RAID通常在服务器中使用。

软件实现的RAID没有它自己的处理器或I/O处理芯片，而是完全依赖于主机处理器。因此，低速CPU不能满足RAID实施的要求。软件RAID通常在企业级存储设备上使用。

二、RAID数据保护的方式

方法一：在另一块冗余的硬盘上保存数据的副本。

方法二：奇偶校验算法 (XOR)。

XOR运算广泛地使用在数字电子和计算机科学中。

XOR校验的算法——相同为假，相异为真：

0⊕0= 0； 0⊕1= 1； 1⊕0= 1； 1⊕1= 0；

三、常见RAID级别介绍

1、RAID 0

在所有RAID级别中，RAID 0（也被称为条带化RAID）具有最高的存储性能。RAID 0使用条带化技术将数据分布存储在RAID组的所有硬盘中。

一个RAID 0包含至少2个成员盘。RAID 0组将数据分为大小不等的从512个字节至兆字节的数据块（通常是512字节的倍数），并行将其写入到不同的硬盘中。如图所示的两个硬盘（驱动器）构成的RAID中：前两块数据被写入到分条0上，其中，第一个数据块被写在硬盘1的条带0上，第二个数据块并行存放在硬盘2的条带0上；这时，再下一个数据块被写到硬盘1上的下一个条带（条带1）上，以此类推。以这种方式，I/O的负载平衡分布在RAID中的所有硬盘上，由于数据传输总线上的速度远大于硬盘读写速度，因此，RAID组上的硬盘可以认为在同时进行读写。

一个RAID 0的硬盘组中的硬盘必须具有相同的大小，转速。如果一个RAID0的由4个硬盘组成，则读写速率理论上可达单个硬盘的4倍（实际上可能有系统损耗），容量为单个硬盘的4倍。RAID 0 中硬盘的容量大小不同，可用容量是最小的硬盘的容量的4倍，速度也是最小硬盘速度的4倍。

RAID 0像是提供了一个单一的大容量的硬盘，还同时具有非常快速I/O的特点。在RAID 0技术使用之前，类似RAID 0的一种技术被称为JBOD。一个JBOD（Just a Bundle Of Disks，简称一堆硬盘）是一组硬盘组合成一个虚拟的大硬盘。与RAID 0最大的区别是，一个JBOD的数据块不是同时并行写入不同硬盘的。在JBOD中，只有将第一块硬盘的存储空间使用完，才会使用第二块硬盘。所以JBOD总的可用容量是所有个硬盘容量的总和，但性能是单个硬盘的性能！

2、RAID 1

RAID 1（也被称为镜像结构的硬盘阵列）旨在建立一个高安全性的RAID级别。RAID1使用2个相同的硬盘系统，并设置了镜像。当数据写入到一个硬盘上时，数据的副本会同时存储在镜像硬盘上。当源硬盘（物理）失败时，镜像硬盘从源硬盘接管服务，保证服务的连续性。镜像盘作为备份，提供高数据可靠性。

一个RAID 1组存储的数据量只是单个硬盘的容量，另一硬盘保存的是数据的副本，相当于每一G字节的数据存储占用了2G字节的硬盘空间，所以说两个硬盘组成的RAID 1的空间利用率是50%。

RAID 1的两个硬盘必须具有相同的大小。如果两个硬盘的容量大小不同，可用容量是最小的硬盘的容量。

3、RAID 5

RAID 5是改进版的RAID 3，使用条带化并计算奇偶校验信息。在RAID 3中有一块专用硬盘负责奇偶校验数据的写入和读取，这导致了我们前面提到的性能瓶颈问题。RAID 5使用的是分布式奇偶校验，每个成员硬盘将用于存储用户数据和奇偶校验数据。所以RAID 5没有瓶颈或热点。

假定一个RAID 5的硬盘数为N，其中有效用户数据存储容量为N-1个硬盘的容量。与其他RAID一样，RAID 5阵列中的成员盘的容量和转速应该是相同的。

在RAID 3级别和RAID 5级别的硬盘阵列中，如果一个硬盘失效，该硬盘组将从在线（正常）状态转变为降级状态，直到完成重构失效硬盘。如果RAID中的另一个硬盘也出现故障，则硬盘组的数据将丢失。

图文并茂，把RAID的概念和常用的基本模式讲得很透彻。
其实RAID的模式还有很多：RAID0、1、2、3、4、5、6、7、10、53。
这些模式中，有的是速度慢，有的是成本高，所以就剩下我们最常见的几种模式了。

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多谢楼主的分析，十分的详细了。对于RAID的介绍。

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