各類磁盤陣列全面詳解

磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），全稱獨(dú)立磁盤冗余陣列。

磁盤陣列是由很多廉價(jià)的磁盤，組合成一個(gè)容量巨大的磁盤組，利用個(gè)別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生加成效果提升整個(gè)磁盤系統(tǒng)效能。利用這項(xiàng)技術(shù)，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個(gè)硬盤上。

利用同位檢查（ParityCheck）的觀念，在數(shù)組中任意一個(gè)硬盤故障時(shí)，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)，將數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后重新置入新硬盤中。

相同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)硬盤的不同的地方的方法。通過(guò)把數(shù)據(jù)放在多個(gè)硬盤上（冗余），輸入輸出操作能以平衡的方式交疊，改良性能。因?yàn)槎鄠€(gè)硬盤增加了平均故障間隔時(shí)間（MTBF），儲(chǔ)存冗余數(shù)據(jù)也增加了容錯(cuò)。

分類：

一是外接式磁盤陣列柜、二是內(nèi)接式磁盤陣列卡，三是利用軟件實(shí)現(xiàn)。

RAID實(shí)現(xiàn)的方式：

RAID 0，RAID 1， RAID2， RAID 3，RAID 4，RAID 5，RAID 6，RAID 7，RAID 01，RAID 10，RAID50，RAID 53。

常見(jiàn)的有：RAID 0，RAID 1，RAID 5，RAID 6，RAID 01，RAID 10。

原理剖析：

RAID 0：

RAID 0又稱為Stripe或Striping，中文稱之為條帶化存儲(chǔ)，它代表了所有RAID級(jí)別中最高的存儲(chǔ)性能。

原理：

是把連續(xù)的數(shù)據(jù)分散到多個(gè)磁盤上存取，系統(tǒng)有數(shù)據(jù)請(qǐng)求就可以被多個(gè)磁盤并行的執(zhí)行，每個(gè)磁盤執(zhí)行屬于它自己的那部分?jǐn)?shù)據(jù)請(qǐng)求。這種數(shù)據(jù)上的并行操作可以充分利用總線的帶寬，顯著提高磁盤整體存取性能。

磁盤空間 = 磁盤總量 = 100%

需要的磁盤數(shù) ≥ 2

讀寫性能= 優(yōu)秀 = 磁盤個(gè)數(shù)(n)*I/O速度 = n*100%

塊大小 = 每次寫入的塊大小 = 2的n次方 = 一般為2~512KB

優(yōu)點(diǎn)：

1、 充分利用I/O總線性能使其帶寬翻倍，讀/寫速度翻倍。

2、 充分利用磁盤空間，利用率為100%。

缺點(diǎn)：

1、 不提供數(shù)據(jù)冗余。

2、 無(wú)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，不能保證數(shù)據(jù)的正確性。

3、 存在單點(diǎn)故障。

應(yīng)用場(chǎng)景：

1、 對(duì)數(shù)據(jù)完整性要求不高的場(chǎng)景，如：日志存儲(chǔ)，個(gè)人娛樂(lè)

2、 要求讀寫效率高，安全性能要求不高，如圖像工作站

架構(gòu)圖：

RAID 1：

RAID 1又稱為Mirror或者M(jìn)irroring，中文稱之為鏡像存儲(chǔ)。RAID 1是磁盤陣列中單位成本最高的，磁盤利用率最低，但提供了很高的數(shù)據(jù)安全性和可用性。

原理：

將一個(gè)兩塊硬盤所構(gòu)成RAID磁盤陣列，其容量?jī)H等于一塊硬盤的容量，因?yàn)榱硪粔K只是當(dāng)作數(shù)據(jù)“鏡像”通過(guò)鏡像實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，成對(duì)的獨(dú)立磁盤上產(chǎn)生互為備份的數(shù)據(jù)。當(dāng)原始數(shù)據(jù)繁忙時(shí)，可直接從鏡像拷貝中讀取數(shù)據(jù)，因此RAID 1可以提高讀取性能。當(dāng)一個(gè)磁盤失效時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到鏡像磁盤上讀寫，而不需要重組失效的數(shù)據(jù)。最大允許互為鏡像內(nèi)的單個(gè)磁盤故障，如果出現(xiàn)互為鏡像的兩塊磁盤故障則數(shù)據(jù)丟失。

。

磁盤空間 = 磁盤總量/2 = 50%

需要的磁盤數(shù)(n) ≥ 2*n

讀性能= 優(yōu)秀 = I/O性能*n = 200%

寫性能 = 正常 = I/O性能 = 100%

優(yōu)點(diǎn)：

1、 提供數(shù)據(jù)冗余，數(shù)據(jù)雙倍存儲(chǔ)。

2、 提供良好的讀性能

缺點(diǎn)：

1、 無(wú)數(shù)據(jù)校驗(yàn)

2、 磁盤利用率低，成本高

應(yīng)用場(chǎng)景：

1、 存放重要數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域

架構(gòu)圖：

RAID 2：

RAID 0 的優(yōu)化版本

原理：

每次讀寫需要全組磁盤聯(lián)動(dòng)，，提供漢明碼錯(cuò)誤校驗(yàn)機(jī)制，將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼后分區(qū)為獨(dú)立的位，并將數(shù)據(jù)分別寫入硬盤中。因?yàn)樵跀?shù)據(jù)中加入了錯(cuò)誤修正碼，輸出數(shù)據(jù)的速率與驅(qū)動(dòng)器組中速度最慢的相等。

磁盤空間 ≤ 磁盤總量

需要的磁盤數(shù) ≥ 3

數(shù)據(jù)單位 = 字節(jié)

優(yōu)點(diǎn)：

1、 有數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制

2、 磁盤的尋道時(shí)間減少

缺點(diǎn)：

1、 目前應(yīng)用場(chǎng)景不多，基本被淘汰。

2、 成本高

應(yīng)用場(chǎng)景：

影像處理或者CAD/CAM的工作站

架構(gòu)圖：

RAID 3：

類似于RAID 2 ，

原理：

采用Bit－interleaving（數(shù)據(jù)交錯(cuò)存儲(chǔ)）技術(shù)，它需要通過(guò)編碼再將數(shù)據(jù)位分區(qū)后分別存在硬盤中，而將同位檢查后單獨(dú)存在一個(gè)硬盤中，但由于數(shù)據(jù)內(nèi)的位分散在不同的硬盤上，因此就算要讀取一小段數(shù)據(jù)資料都可能需要所有的硬盤進(jìn)行工作，所以這種規(guī)格比較適于讀取大量數(shù)據(jù)時(shí)使用。

磁盤空間 = n-1

需要的磁盤數(shù) ≥ n+1

數(shù)據(jù)單位 = 字節(jié)

寫性能 = 一般

讀性能 = 良好

優(yōu)點(diǎn)：

1、有數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制

缺點(diǎn)：

1、校驗(yàn)盤很容易成為整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸

應(yīng)用場(chǎng)景：

1、 寫操作較少，讀操作較多的應(yīng)用環(huán)境，如：數(shù)據(jù)庫(kù)、WEB服務(wù)器等。

2、 適合大文件類型且安全性要求較高的應(yīng)用，如視頻編輯、硬盤播出機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)等。

架構(gòu)圖：

RAID 4：

與RAID 3 類似

原理：

RAID4和RAID3很象，數(shù)據(jù)都是依次存儲(chǔ)在多個(gè)硬盤之上，奇偶校驗(yàn)碼存放在獨(dú)立的奇偶校驗(yàn)盤上，唯一不同的是，在數(shù)據(jù)分割上RAID3對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)是按位進(jìn)行的，RAID4是以數(shù)據(jù)塊為單位。

磁盤空間 = n-1

需要的磁盤數(shù) ≥ n+1

寫性能 = 差

讀性能 = 正常

數(shù)據(jù)單位 = 塊（扇區(qū)）

優(yōu)點(diǎn)：

1、 按塊存儲(chǔ)可以保證塊的完整

2、 有校驗(yàn)機(jī)制

缺點(diǎn)：

1、 寫效率差，每次寫入需要生成校驗(yàn)

2、 硬盤損耗高

應(yīng)用場(chǎng)景：

對(duì)數(shù)據(jù)安全性能高的環(huán)境，通RAID3

架構(gòu)圖和RAID 3一致：

RAID 5：

奇偶校驗(yàn)（XOR），RAID 0和RAID 1的折中方案。

原理：

數(shù)據(jù)以塊分段條帶化存儲(chǔ)。校驗(yàn)信息交叉地存儲(chǔ)在所有的數(shù)據(jù)盤上。數(shù)據(jù)和相對(duì)應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息存儲(chǔ)到組成RAID5的各個(gè)磁盤上，并且奇偶校驗(yàn)信息和相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)于不同的磁盤上，其中任意N-1塊磁盤上都存儲(chǔ)完整的數(shù)據(jù)

磁盤空間 = n-1

需要的磁盤數(shù) ≥ 3

讀寫性能≈ 優(yōu)秀 = 磁盤個(gè)數(shù)(n)*I/O速度 = n*100%

優(yōu)點(diǎn)：

1、 讀寫性能高

2、 有校驗(yàn)機(jī)制

3、 磁盤空間利用率高

缺點(diǎn)：

1、磁盤越多安全性能越差

應(yīng)用場(chǎng)景：

安全性高，如金融、數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)等。

架構(gòu)圖：

RAID 6：

與RAID 5相比，RAID 6增加了第二個(gè)獨(dú)立的奇偶校驗(yàn)信息塊。雙重奇偶校驗(yàn)

原理：

兩個(gè)獨(dú)立的奇偶系統(tǒng)使用不同的算法，數(shù)據(jù)的可靠性非常高，即使兩塊磁盤同時(shí)失效也不會(huì)影響數(shù)據(jù)的使用。但RAID 6需要分配給奇偶校驗(yàn)信息更大的磁盤空間，寫性能比RAID5差。

磁盤空間 = n-2

需要的磁盤數(shù) ≥ 4

優(yōu)點(diǎn)：

1、 良好的隨機(jī)讀性能

2、 有校驗(yàn)機(jī)制

缺點(diǎn)：

1、 寫入速度差

2、 成本高

應(yīng)用場(chǎng)景：

對(duì)數(shù)據(jù)安全級(jí)別要求比較高的企業(yè)

架構(gòu)圖：

RAID 7：

RAID 7并非公開(kāi)的RAID標(biāo)準(zhǔn)，而是Storage ComputerCorporation公司的專利硬體產(chǎn)品名稱。是一個(gè)完整的存儲(chǔ)陣列。RAID 7有自身的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)用來(lái)管理陣列。

原理：

1、 物理上RAID 7主要包括兩部分：一個(gè)運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的控制器；二.多個(gè)Channel磁盤組。

2、 邏輯上 RAID 7類似于RAID3和RAID4。磁盤分布于多個(gè)Channel，一個(gè)Channel包含一組磁盤，校驗(yàn)盤可以分布于任意Channel。Channel之間通過(guò)X-BUS連接。

3、 異步IO。IO讀寫操作以及奇偶校驗(yàn)都直接在緩存里面完成?？刂破髫?fù)責(zé)數(shù)據(jù)從緩存寫入磁盤。

4、 可以根據(jù)需求，將部分磁盤配置為Hot Standy模式。

5、 提供SNMP遠(yuǎn)程監(jiān)控管理功能。

優(yōu)點(diǎn)：

1、 性能好，IO延遲低

缺點(diǎn)：

1、成本高

應(yīng)用場(chǎng)景：

對(duì)存儲(chǔ)性能要求高且沒(méi)有高端技術(shù)團(tuán)隊(duì)的公司

架構(gòu)圖：

RAID 01：

RAID 0和RAID 1的組合形式

原理：

先做RAID 0再將RAID 0組合成RAID 1，擁有兩種RAID的特性。

磁盤空間= n/2 = 50%

4 ≥ 需要的磁盤數(shù) ≥ 2*n

讀寫性能 = RAID0

優(yōu)點(diǎn)：

1、 較高的IO性能

2、 有數(shù)據(jù)冗余

3、 無(wú)單點(diǎn)故障

缺點(diǎn)：

1、 成本稍高

2、 安全性比RAID 10 差

應(yīng)用場(chǎng)景：

特別適用于既有大量數(shù)據(jù)需要存取，同時(shí)又對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求嚴(yán)格的領(lǐng)域，如銀行、金融、商業(yè)超市、倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房、各種檔案管理等。

架構(gòu)圖：

RAID 10：

RAID 0和RAID 1的組合形式

原理：

先做RAID 1再將RAID 1組合成RAID 0，擁有兩種RAID的特性，安全性能高。

磁盤空間= n/2 = 50%

4 ≤ 需要的磁盤數(shù) ≥ 2*n

優(yōu)點(diǎn)：

1、RAID10的讀性能將優(yōu)于RAID01

2、較高的IO性能

3、有數(shù)據(jù)冗余

4、無(wú)單點(diǎn)故障

5、安全性能高

缺點(diǎn)：

1、 成本稍高

應(yīng)用場(chǎng)景：

特別適用于既有大量數(shù)據(jù)需要存取，同時(shí)又對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求嚴(yán)格的領(lǐng)域，如銀行、金融、商業(yè)超市、倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房、各種檔案管理等。

架構(gòu)圖：

RAID 50：

RAID50也被稱為鏡象陣列條帶

原理：

先做RAID 5再將RAID 5組合成RAID 0，擁有兩種RAID的特性。

需要的磁盤數(shù) ≥ 6

RAID 53：

一個(gè)鏡射條帶數(shù)組，硬盤里其中一個(gè)條帶就是一個(gè)是由3組以上的RAID 5組成RAID 3硬盤陣列

原理：

先做RAID 5再將RAID 5組合成RAID 3，擁有兩種RAID的特性。

需要的磁盤數(shù) ≥ 6+1