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一、RAID技術介紹

RAID：redundant array of independent disks，獨立硬盤冗余陣列，也被稱為RAID

RAID技術出現的初衷是把多個小容量的硬盤組合起來，以獲得更大的存儲容量。當前我們所說的RAID技術更多則是與數據保護相關，換言之，當物理設備失效時，RAID能夠用來防止數據的丟失。

RAID技術的主要功能：

通過對硬盤上的數據進行條帶化，實現對數據成塊存取，減少硬盤的機械尋道時間，提高了數據存取速度。

通過對一陣列中的幾塊硬盤同時讀取（并行訪問），減少了硬盤的機械尋道時間，提高了數據存取速度。

通過鏡像或者存儲奇偶校驗信息的方式，實現了對數據的冗余保護。

隨著陣列技術的發展，已經產生了很多不同類型的RAID，但現在只有少數幾種RAID仍在使用。在這個章節中，我們將討論最常用的RAID類型，也會學習RAID的其它相關功能，比數據保護等，同時，選擇不同的RAID類型意味著不同的性能/成本。

在存儲設備中，可以通過2種方式實現RAID功能：硬件RAID和軟件RAID。

硬件RAID使用專用的RAID適配器、硬盤控制器或存儲處理器。RAID控制器有自己的處理器，I/O處理芯片，和內存，用來提高資源利用率和數據傳輸速度。RAID控制器管理路由、緩沖區，控制主機與RAID間數據流。硬件RAID通常在服務器中使用。

軟件實現的RAID沒有它自己的處理器或I/O處理芯片，而是完全依賴于主機處理器。因此，低速CPU不能滿足RAID實施的要求。軟件RAID通常在企業級存儲設備上使用。

二、RAID數據保護的方式

方法一：在另一塊冗余的硬盤上保存數據的副本。

方法二：奇偶校驗算法 (XOR)。

XOR運算廣泛地使用在數字電子和計算機科學中。

XOR校驗的算法——相同為假，相異為真：

0⊕0= 0； 0⊕1= 1； 1⊕0= 1； 1⊕1= 0；

三、常見RAID級別介紹

1、RAID 0

在所有RAID級別中，RAID 0（也被稱為條帶化RAID）具有最高的存儲性能。RAID 0使用條帶化技術將數據分布存儲在RAID組的所有硬盤中。

一個RAID 0包含至少2個成員盤。RAID 0組將數據分為大小不等的從512個字節至兆字節的數據塊（通常是512字節的倍數），并行將其寫入到不同的硬盤中。如圖所示的兩個硬盤（驅動器）構成的RAID中：前兩塊數據被寫入到分條0上，其中，第一個數據塊被寫在硬盤1的條帶0上，第二個數據塊并行存放在硬盤2的條帶0上；這時，再下一個數據塊被寫到硬盤1上的下一個條帶（條帶1）上，以此類推。以這種方式，I/O的負載平衡分布在RAID中的所有硬盤上，由于數據傳輸總線上的速度遠大于硬盤讀寫速度，因此，RAID組上的硬盤可以認為在同時進行讀寫。

一個RAID 0的硬盤組中的硬盤必須具有相同的大小，轉速。如果一個RAID0的由4個硬盤組成，則讀寫速率理論上可達單個硬盤的4倍（實際上可能有系統損耗），容量為單個硬盤的4倍。RAID 0 中硬盤的容量大小不同，可用容量是最小的硬盤的容量的4倍，速度也是最小硬盤速度的4倍。

RAID 0像是提供了一個單一的大容量的硬盤，還同時具有非常快速I/O的特點。在RAID 0技術使用之前，類似RAID 0的一種技術被稱為JBOD。一個JBOD（Just a Bundle Of Disks，簡稱一堆硬盤）是一組硬盤組合成一個虛擬的大硬盤。與RAID 0最大的區別是，一個JBOD的數據塊不是同時并行寫入不同硬盤的。在JBOD中，只有將第一塊硬盤的存儲空間使用完，才會使用第二塊硬盤。所以JBOD總的可用容量是所有個硬盤容量的總和，但性能是單個硬盤的性能！

2、RAID 1

RAID 1（也被稱為鏡像結構的硬盤陣列）旨在建立一個高安全性的RAID級別。RAID1使用2個相同的硬盤系統，并設置了鏡像。當數據寫入到一個硬盤上時，數據的副本會同時存儲在鏡像硬盤上。當源硬盤（物理）失敗時，鏡像硬盤從源硬盤接管服務，保證服務的連續性。鏡像盤作為備份，提供高數據可靠性。

一個RAID 1組存儲的數據量只是單個硬盤的容量，另一硬盤保存的是數據的副本，相當于每一G字節的數據存儲占用了2G字節的硬盤空間，所以說兩個硬盤組成的RAID 1的空間利用率是50%。

RAID 1的兩個硬盤必須具有相同的大小。如果兩個硬盤的容量大小不同，可用容量是最小的硬盤的容量。

3、RAID 5

RAID 5是改進版的RAID 3，使用條帶化并計算奇偶校驗信息。在RAID 3中有一塊專用硬盤負責奇偶校驗數據的寫入和讀取，這導致了我們前面提到的性能瓶頸問題。RAID 5使用的是分布式奇偶校驗，每個成員硬盤將用于存儲用戶數據和奇偶校驗數據。所以RAID 5沒有瓶頸或熱點。

假定一個RAID 5的硬盤數為N，其中有效用戶數據存儲容量為N-1個硬盤的容量。與其他RAID一樣，RAID 5陣列中的成員盤的容量和轉速應該是相同的。

在RAID 3級別和RAID 5級別的硬盤陣列中，如果一個硬盤失效，該硬盤組將從在線（正常）狀態轉變為降級狀態，直到完成重構失效硬盤。如果RAID中的另一個硬盤也出現故障，則硬盤組的數據將丟失。