磁头|磁盘驱动器_服务器的RAID

篇首语：本文由编程笔记#小编为大家整理，主要介绍了服务器的RAID相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、RAID的由来

1.1什么是RAID

        磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Drives）又称RAID，有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意。

1.2 为什么做RAID

        提到RAID 就不可避免要说说硬盘，硬盘的类型从IDE硬盘到SATA硬盘、SAS硬盘继而到现在的SSD硬盘，各种性能都在提升，速度也在不断提高。但是在类似机场这种大型的生产环境下，单块甚至几块硬盘已经无法发挥作用，就需要另辟蹊径找到更佳的提升磁盘性能的方法，于是IT人创造了磁盘阵列这一概念。磁盘阵列就是将很多单块的磁盘组合在一起，构成一个磁盘组。磁盘阵列的诞生，不仅再一次解决了数据访问速度的难题，同时还降低了部分硬盘损坏影响整个系统的风险。

二、RAID级别详解

2.1 RAID 0（条带化技术）

        为了提高传输速率，RAID 0实现了通过在多个磁盘上并行操作来大幅提高访问速度这一功能，其原理是让很多磁盘驱动器同时读写数据。举个例子：假如有2块磁盘，没有RAID技术之前是先写满一块磁盘然后再继续写下一块磁盘，而RAID 0技术的实现使得多块磁盘同时读写成为现实，那么2块硬盘的并行操作在同一时间内磁盘读写的速度就提升了2倍。所以用RAID 0可以达到单个磁盘驱动器几倍的速率。如下图所示：

        虽然RAID 0可以提供更多的空间和更好的性能，但是RAID 0没有冗余和错误修复能力，因此整个系统是非常不可靠的，如果出现故障，无法进行任何补救。所以，不提倡用RAID 0,只是在那些对数据安全性要求不高的情况下才被人们使用。

 2.2 RAID 1（镜像）

        RAID 1称为磁盘镜像，原理是把一个磁盘的数据同时也要放到另一个磁盘上。镜像技术的实现，大大提高了系统的冗余能力，这种情况下，某块磁盘出现问题，因为数据的双份存储，系统仍旧可以正常运行。如下图所示：

        虽然这样对数据来讲绝对安全，但是成本也会明显增加.假设一个系统实际需要存储400G,每块硬盘容量100G,四块足矣，但是现实却是需要8块硬盘，这可以说是镜像技术的一大硬伤。

        有一点要特别注意，就是在实际生产中，一旦出现硬盘故障，虽然由于镜像的存在系统仍旧可用，但是已经不再安全，不要抱有任何侥幸思想，应当及时的更换损坏的硬盘，否则剩余的镜像盘也可能出现问题，那么整个系统就会崩溃。更换新盘后原有数据会需要很长时间同步镜像，外界对数据的访问不会受到影响，只是这时整个系统的性能有所下降，这就是降效。

2.3 RAID 10

        RAID 1+0 也被称为RAID 10标准，实际是将RAID 1和RAID 0进行结合，即先进行镜像然后进行条带化。以下图为例进行讲解，首先创建2个独立的Raid1，磁盘1 和磁盘2做RAID 1，磁盘3和磁盘4也做成RAID 1。然后将这两个独立的Raid1组成一个Raid0，当往这个逻辑Raid中写数据时，数据会按顺序写入两个Raid1中。这里一定是按顺序的，因为要保证先分别在两个RAID 1中做镜像，最后整体做RAID 0，比如写在硬盘1上的数据1、3、5、7，写在硬盘2中则为数据1、3、5、7，硬盘3中的数据为0、2、4、6，硬盘4中的数据则为0、2、4、6，因此数据在这四个硬盘上组合成Raid10，且具有raid0和raid1两者的特性。如下图所示：

Raid 10 和 Raid01的区别：

        RAID 01是先做两个RAID 0，然后整体在做一个RAID 1，所以RAID01虽然可以坏多快 盘，但是只能坏在同一个RAID 0 里，不允许两个RAID 0内都有坏盘，否则就会造成 数据缺失。

        RAID 10恰恰相反，是先做两个RAID 1，再整体做一个RAID 0，所以RAID 10也允许 坏多块盘，前提是坏的这两块盘不是一对镜像盘。

接下来用数据证明RAID 10 优于RAID 01.

         假设，此时Disk0故障，那么在RAID 01 中，左边的条带就无法读取了，剩下的两块磁盘坏了任何一块，系统都会over，所以故障率为2/3；同样是Disk0 损坏，发生在RAID10中时，只有当Disk1损坏时，整个系统才会over，此时故障率为1/3.综上所述，RAID 10 优于RAID 01 。

2.4 RAID 3

         RAID 3是把数据分成多个“块”，然后按照奇偶校验方式，将校验信息存放在第N个硬盘上，这块盘被称为校验盘，而实际数据是被存储在另外N-1块磁盘上，当这N个硬盘中的其中一个硬盘出现故障时，通过校验其它N-1个硬盘中的数据也可以恢复原始数据， 如下图所示：

        上面提到的校验实际上就是奇偶校验，而奇偶校验值的计算是以各个硬盘的相对应位进行异或的逻辑运算，然后将结果写入奇偶校验硬盘。



拓展：XOR的校验原理如下表：

        这里的A与B值就代表了两个位，从中可以发现，A与B一样时，XOR结果为0，A与B不一样时，XOR结果就是1，而且知道XOR结果和A与B中的任何一个数值，就可以反推出另一个数值。比如A为1，XOR结果为1，那么B肯定为0，如果XOR结果为0，那么B肯定为1。这就是XOR编码与校验的基本原理。

        RAID3的系统中，当一块硬盘失效时，该硬盘上的所有数据块必须使用校验信息重新建立。如果是从好盘中读取数据块，不会有任何变化；但是如果要读取的数据块正好位于已经损坏的硬盘上，则必须同时读取同一带区中的所有其它数据块（磁头同步扫磁盘）。某些情况下，要找的数据在一块磁盘上，那么此时如果依旧是所有磁盘都参与同步去扫，就是一种资源浪费，为了避免这种磁头同步扫描磁盘的现象，又有了RAID 5的产生。

2.5 RAID 5

        RAID5（分布式奇偶校验的独立磁盘结构）。它的奇偶校验码存在于所有磁盘上（磁头异步扫描磁盘），与RAID 3有所区别，RAID 3的校验盘是最后一块盘。其中的pn代表第n带区的奇偶校验值，其它的意思也相同。RAID5的读出效率很高，写入效率一般，因为独读出数据时是单个磁盘异步操作，而读入时之所以慢是因为每块盘上都有校验，需要计算。RAID 3 与RAID 5相比，重要的区别在于RAID 3每进行一次数据传输，需涉及到所有的阵列盘。而对于RAID 5来说，大部分数据传输只对一块磁盘操作，可进行并行操作。

总结

        各种RAID级别都有自己的优势，没有哪一种是最好的，也没有哪一种是最差的，只有根据生产情况去选择最合适的