常用RAID原理解析

1、RAID是“Redundant Array of Independent Disk”的縮寫，中文意思是獨立冗余磁盤陣列。簡單的說，RAID是一種把多塊獨立的硬盤（物理硬盤）按不同的方式組合起來形成一個硬盤組（邏輯硬盤），從而提供比單個硬盤更高的存儲性能和提供數(shù)據(jù)備份技術。組成磁盤陣列的不同方式成為RAID級別（RAID Levels）。目前比較常用的有RAID0, RAID1, RAID5和RAID10RAID 0：無差錯控制的帶區(qū)組要實現(xiàn)RAID0必須要有兩個以上硬盤驅動器，RAID0實現(xiàn)了帶區(qū)組，數(shù)據(jù)并不是保存在一個硬盤上，而是分成數(shù)據(jù)塊保存在不同驅動器上。因為將數(shù)據(jù)分布在不同驅動器上，所

2、以數(shù)據(jù)吞吐率大大提高，驅動器的負載也比較平衡。如果剛好所需要的數(shù)據(jù)在不同的驅動器上效率最好。它不需要計算校驗碼，實現(xiàn)容易。它的缺點是它沒有數(shù)據(jù)差錯控制，如果一個驅動器中的數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤，即使其它盤上的數(shù)據(jù)正確也無濟于事了。不應該將它用于對數(shù)據(jù)穩(wěn)定性要求高的場合。如果用戶進行圖象（包括動畫）編輯和其它要求傳輸比較大的場合使用RAID0比較合適。同時，RAID可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，比如所需讀取的文件分布在兩個硬盤上，這兩個硬盤可以同時讀取。那么原來讀取同樣文件的時間被縮短為1/2。在所有的級別中，RAID 0的速度是最快的。但是RAID 0沒有冗余功能的，如果一個磁盤（物理）損壞，則所有的數(shù)據(jù)都無法

3、使用。如圖1：RAID 1：鏡象結構 對于使用這種RAID1結構的設備來說，RAID控制器必須能夠同時對兩個盤進行讀操作和對兩個鏡象盤進行寫操作。通過下面的結構圖您也可以看到必須有兩個驅動器。因為是鏡象結構在一組盤出現(xiàn)問題時，可以使用鏡象，提高系統(tǒng)的容錯能力。它比較容易設計和實現(xiàn)。每讀一次盤只能讀出一塊數(shù)據(jù)，也就是說數(shù)據(jù)塊傳送速率與單獨的盤的讀取速率相同。因為RAID1的校驗十分完備，因此對系統(tǒng)的處理能力有很大的影響，通常的RAID功能由軟件實現(xiàn)，而這樣的實現(xiàn)方法在服務器負載比較重的時候會大大影響服務器效率。當您的系統(tǒng)需要極高的可靠性時，如進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，那么使用RAID1比較合適。而且RAID

4、1技術支持“熱替換”，即不斷電的情況下對故障磁盤進行更換，更換完畢只要從鏡像盤上恢復數(shù)據(jù)即可。當主硬盤損壞時，鏡像硬盤就可以代替主硬盤工作。鏡像硬盤相當于一個備份盤，可想而知，這種硬盤模式的安全性是非常高的，RAID 1的數(shù)據(jù)安全性在所有的RAID級別上來說是最好的。但是其磁盤的利用率卻只有50%，是所有RAID級別中最低的。如圖2： RAID5：分布式奇偶校驗的獨立磁盤結構 RAID5清晰圖片從它的示意圖上可以看到，它的奇偶校驗碼存在于所有磁盤上，其中的p0代表第0帶區(qū)的奇偶校驗值，其它的意思也相同。RAID5的讀出效率很高，寫入效率一般，塊式的集體訪問效率不錯。因為奇偶校驗碼在不同的磁盤上

5、，所以提高了可靠性，允許單個磁盤出錯。RAID 5也是以數(shù)據(jù)的校驗位來保證數(shù)據(jù)的安全，但它不是以單獨硬盤來存放數(shù)據(jù)的校驗位，而是將數(shù)據(jù)段的校驗位交互存放于各個硬盤上。這樣，任何一個硬盤損壞，都可以根據(jù)其它硬盤上的校驗位來重建損壞的數(shù)據(jù)。硬盤的利用率為n-1。 但是它對數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿行越鉀Q不好，而且控制器的設計也相當困難。RAID 3 與RAID 5相比，重要的區(qū)別在于RAID 3每進行一次數(shù)據(jù)傳輸，需涉及到所有的陣列盤。而對于RAID 5來說，大部分數(shù)據(jù)傳輸只對一塊磁盤操作，可進行并行操作。在RAID 5中有“寫損失”，即每一次寫操作，將產(chǎn)生四個實際的讀/寫操作，其中兩次讀舊的數(shù)據(jù)及奇偶信息，

6、兩次寫新的數(shù)據(jù)及奇偶信息。 RAID-5的話，優(yōu)點是提供了冗余性（支持一塊盤掉線后仍然正常運行），磁盤空間利用率較高（N-1/N），讀寫速度較快（N-1倍）。RAID5最大的好處是在一塊盤掉線的情況下，RAID照常工作，相對于RAID0必須每一塊盤都正常才可以正常工作的狀況容錯性能好多了。因此RAID5是RAID級別中最常見的一個類型。RAID5校驗位即P位是通過其它條帶數(shù)據(jù)做異或(xor)求得的。計算公式為P=D0xorD1xorD2xorDn，其中p代表校驗塊，Dn代表相應的數(shù)據(jù)塊，xor是數(shù)學運算符號異或。RAID10：高可靠性與高效磁盤結構這種結構無非是一個帶區(qū)結構加一個鏡象結構，因為兩種結構各有優(yōu)缺點，因此可以相互補充，達到既高效又高速還可以互為鏡像的目的。大家可以結合兩種結構的