Raid详解

一．什么是RAID

磁盘阵列全名是『Redundant Arrays of Inexpensive Disks, RAID 』，英翻中的意思是：容错式廉价磁盘阵列。 RAID 可以透过一个技术(软件或硬件)，将多个较小的磁盘整合成为一个较大的磁盘装置；而这个较大的磁盘功能可不止是储存而已，他还具有数据保护的功能呢。RAID可以充分发 挥出多块硬盘的优势，可以提升硬盘速度，增大容量，提供容错功能够确保数据安全性，易于管理的优点，在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作，不会 受到损坏硬盘的影响

二．Raid的级别

1.RAID 0

 RAID 0 又称为 Stripe 或 Striping，它代表了所有 RAID 级别中最高的存储性能。RAID 0 提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取，这样，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能。

如图 1 所示:系统向三个磁盘组成的逻辑硬盘(RADI 0 磁盘组)发出的 I/O 数据请求被转化为 3 项操作，其中的每一项操作都对应于一块物理硬盘。我们从图中可以清楚的看到通过建立 RAID 0，原先顺序的数据请求被分散到所有的三块硬盘中同时执行。

从理论上讲，三块硬盘的并行操作使同一时间内磁盘读写速度提升了 3 倍。 但由于总线带宽等多种因素的影响，实际的提升速率肯定会低于理论值，但是，大量数据并行传输与串行传输比较，提速效果显著显然毋庸置疑。

RAID 0 的缺点是不提供数据冗余，因此一旦用户数据损坏，损坏的数据将无法得到恢复。

RAID 0 具有的特点，使其特别适用于对性能要求较高。（最少两块盘）

2.RAID1

RAID 1 又称为 Mirror 或 Mirroring，它的宗旨是最大限度的保证用户数据的可用性和可修复性。 RAID1 的操作方式是把用户写入硬盘的数据百分之百地自动复制到另外一个硬盘上。当读取数据时，系统先从 RAID 0 的源盘读取数据，如果读取数据成功，则系统不去管备份盘上的数据;如果读取源盘数据失败，则系统自动转而读取备份盘上的数据，不会造成用户工作任务的中断。当然，我们应当及时地更换损坏的硬盘并利用备份数据重新建立 Mirror，避免备份盘在发生损坏时，造成不可挽。

（最少两块盘）

3.Raid 4

Raid4带奇偶校验码的独立磁盘结构

RAID 4是以扇区作数据分段,各磁盘相同位置的分段形成一个校验磁盘分段(parity block),放在校验磁盘。这种方式可在不同的磁盘平行执行不同的读取命今,大幅提高磁盘阵列的读取性能;但写入数据时,因受限于校验磁盘,同一时间只能作一次,启动所有磁盘读取数据形成同一校验分段的所有数据分段,与要写入的数据做好校验计算再写入。但校验磁盘形成RAID 4的瓶颈,降低了性能,因有RAID 5而使得RAID 4较少使用

4.raid 5

RAID 5 是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。 以四个硬盘组成的 RAID 5 为例，其数据存储方式如下图所示:图中，P0 为 D0，D1 和 D2 的奇偶校验信息，其它以此类推。

RAID 5 不对存储的数据进行备份，而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组

成 RAID5 的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。当 RAID5 的一个

磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。

RAID 5 可以理解为是 RAID 0 和 RAID 1 的折衷方案。RAID 5 可以为系统提供数据安全保障，但保障

程度要比 Mirror 低而磁盘空间利用率要比 Mirror 高。RAID 5 具有和 RAID 0 相近似的数据读取速度，只

是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。同时由于多个数据对应一个（最少三块盘）

5.RAID6

RADI6技术是在RAID 5基础上，为了进一步加强数据保护而设计的一种RAID方式，实际上是一种扩展RAID 5等级。与RAID 5的不同之处于除了每个硬盘上都有同级数据XOR校验区外，还有一个针对每个数据块的XOR校验区。当然，当前盘数据块的校验数据不可能存在当前盘而是交错存储的，具体形式见图

RAID-6和RAID-5一样对逻辑盘进行条带化然后存储数据和校验位，只是对每一位数据又增加了一位校验位。这样在使用RAID-6时会有两块硬盘用来存储校验位，增强了容错功能，同时必然会减少硬盘的实际使用容量。以前的raid级别一般只允许一块硬盘坏掉，而RAID-6可以允许坏掉两块硬盘，因此，RAID-6 （要求至少4块硬盘）。

6.RAID 0+1与RAID10

RAID 0 和 RAID 1 的组合称为 RAID 0+1，或称为 RAID 10。如下所述，它具有一些有趣的优越性。通

过将 RAID 0 分块的速度和 RAID 1 镜像的冗余进行组合，结果产生了一个快速、没有写开销、具有极好冗

余性质的子系统。

Raid 0+1

Raid 10：先建立raid1，在建raid0

RAID１+０与RAID０+１的区别：

RAID 1+0是先镜射再分区数据，再将所有硬盘分为两组，视为是RAID 0的最低组合，然后将这两组各自视为RAID 1运作。RAID 0+1则是跟RAID 1+0的程序相反，是先分区再将数据镜射到两组硬盘。它将所有的硬盘分为两组，变成RAID 1的最低组合，而将两组硬盘各自视为RAID 0运作。性能上，RAID 0+1比RAID 1+0有着更快的读写速度。可靠性上，当RAID 1+0有一个硬盘受损，其余三个硬盘会继续运作。RAID 0+1 只要有一个硬盘受损，同组RAID 0的另一只硬盘亦会停止运作，只剩下两个硬盘运作，可靠性较低。因此，RAID 10远较RAID 01常用。

RAID总结：

RAID Level	性能提升	冗余能力	空间利用率	磁盘数量（块）	允许磁盘故障数	优点	缺点
RAID 0	读、写提升	无	100%	至少2	不允许	读写性能，利用率高	缺乏冗余能力
RAID 1	读性能提升，写性能下降	有	50%	至少2	50%	读性能提升，具有冗余	写性能下降，磁盘利用率低
RAID 4	读、写提升	有	n*（n-1）/n	至少3	1	读写性能提升	瓶颈在校验盘上
RAID 5	读、写提升	有	n*（n-1）/n	至少3	1	读写性能提升	仅允许坏一块盘
RAID 6	读、写提升	有	n*（n-2）/n	至少4块	2	读写性能提升	磁盘利用率降低，写入速度没有raid5块
RAID 1+0	读、写提升	有	50%	至少4	50%	读写性能提升	磁盘利用率低
RAID 0+1	读、写提升	有	50%	至少4	50%	读写性能提升	磁盘利用率低，容错性没有raid10好

 

 

整理：

RAID 0的特点：

• 最少需要两块磁盘
• 数据条带式分布
• 可以并行读/写，提供最快的速度。
• 没有冗余，性能最佳(不存储镜像、校验信息)
• 不能应用于对数据安全性要求高的场合

以下为RAID 1的特点：

• 最少需要2块磁盘
• 提供数据块冗余
• 性能好
• 容量减半
• 存储方式：同样的数据同时写入两块磁盘，再ACK
• 读取方式是从两块盘分别读取相应的数据，所以说读取速度慢

RAID 5特点：

• 最少3块磁盘
• 数据条带形式分布
• 以奇偶校验作冗余
• 适合多读少写的情景，是性能与数据冗余最佳的折中方案

RAID 10(又叫RAID 1+0)特点：

• 最少需要4块磁盘
• 先按RAID 0分成两组，再分别对两组按RAID 1方式镜像
• 容量减半
• 兼顾冗余(提供镜像存储)和性能(数据条带形分布)
• 在实际应用中较为常用

 

RAID 0即Data Stripping（数据分条技术）。整个逻辑盘的数据是被分条（stripped）分布在多个物理磁盘上，可以并行读/写，提供最快的速度，但没有冗余能力。要求至少两个磁盘。我们通过RAID 0可以获得更大的单个逻辑盘的容量，且通过对多个磁盘的同时读取获得更高的存取速度。RAID 0首先考虑的是磁盘的速度和容量，忽略了安全，只要其中一个磁盘出了问题，那么整个阵列的数据都会不保了。

问：RAID0至少几块盘？

答：RAID0最少要两块硬盘才能实现。 

RAID 1

RAID 1，又称镜像方式，也就是数据的冗余。在整个镜像过程中，只有一半的磁盘容量是有效的（另一半磁盘容量用来存放同样的数据）。同RAID 0相比，RAID 1首先考虑的是安全性，容量减半、速度不变。

问：RAID1至少几块盘？

答：RAID1最少要两块硬盘才能实现。 

RAID 0+1(RAID 10)

为了达到既高速又安全，出现了RAID 10（或者叫RAID 0+1），可以把RAID 10简单地理解成由多个磁盘组成的RAID 0阵列再进行镜像。

问：RAID0+1至少几块硬盘才能实现？

答：RAID0+1至少需要4块盘。 

RAID 3和RAID 5

RAID 3和RAID 5都是校验方式。RAID 3的工作方式是用一块磁盘存放校验数据。由于任何数据的改变都要修改相应的数据校验信息，存放数据的磁盘有好几个且并行工作，而存放校验数据的磁盘只有一个，这就带来了校验数据存放时的瓶颈。RAID 5的工作方式是将各个磁盘生成的数据校验切成块，分别存放到组成阵列的各个磁盘中去，这样就缓解了校验数据存放时所产生的瓶颈问题，但是分割数据及控制存放都要付出速度上的代价。

问：RAID5需要几块硬盘?为什么损失一个盘的容量?

答：至少3块。

RAID5把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上，其中任意N-1块磁盘上都存储完整的数据，也就是说有相当于一块磁盘容量的空间用于存储奇偶校验信息。因此当RAID5的一个磁盘发生损坏后，不会影响数据的完整性，从而保证了数据安全。当损坏的磁盘被替换后，RAID还会自动利用剩下奇偶校验信息去重建此磁盘上的数据，来保持RAID5的高可靠性。