“拆”解RAID工作原理

一、什么是RAID

RAID:Redundant Arrays of Inexpensive（Independent）Disks，廉價（獨立）的冗余磁盤陣列。1988年由加利福尼亞大學伯克利分校提出。使用多個相對便宜的磁盤通過某種方式組合成一個“陣列”，來提供更好的性能、冗余，或兩者同時提供。

性能提高：

         磁盤并行讀寫，可提高I/O能力。

穩定性提高：

         磁盤冗余來實現。

RAID實現的方式：

         外接式磁盤陣列：通過擴展卡提供適配能力。

         內接式磁盤陣列：主板集成RAID控制器。安裝OS前在BIOS里配置

         軟件RAID：通過OS實現。

RAID有級別之分，不同的級別僅代表磁盤組織工作的方式不同，并未有優劣之分。

常用的RAID級別有：

RAID-0：條帶卷

RAID-1：鏡像卷

RAID-5：單磁盤分布式奇偶校驗

RAID-6：雙磁盤雙分布式奇偶校驗

RAID-10：RAID-1嵌套在RAID-0中使用

RAID-01：RAID-0嵌套在RAID-1中使用

二、RAID級別詳解

         RAID-0：條帶化

                   存儲時，把數據條帶化，并切成塊（chunk），分散存入磁盤陣列下的不同磁盤中。

圖示RAID-0可以看出，數據在條帶化后被分隔存儲，讀取時再分別從不同的磁盤中讀取數據進行組合。這樣就能實現并行讀寫，大大提升I/o能力。但沒有磁盤備份數據，所以無容錯性，任何一塊磁盤損壞，都會導致數據損壞，從而使業務中止。

總結：RAID-0

1、讀寫能力明顯提升；

2、實際可用空間：N*min(S1,S2…)   （N為組成磁盤陣列的磁盤數。下同。）

3、無容錯能力；

4、磁盤陣列最小使用磁盤數：2。

         RAID-1：鏡像卷

                   存儲時，每塊磁盤設備中都存儲了完整的數據塊。由于數據被存儲了兩次，所以寫性能是有所下降的，但讀取時可以分散讀取，所有讀性能是有提升的。兩塊磁盤中存儲的數據完全相同，這就意味當有一塊設備壞掉的時候，另一塊設備是完全不受影響的，業務也就不會終止。

總結：RAID-1

1、  讀性能提升、寫性能略有下降；

2、  實際可用空間：1*min（S1,S2…）；

3、  有容錯能力；

4、  最少磁盤數：2。

RAID-5：單磁盤分布式奇偶校驗

         其實，還存在一種RAID-4的排列方式，類似于RAID-0，只是額外多了一塊硬盤用來存儲數據的校驗為。并且數據的讀寫也不是簡單的分散存儲以及合并讀取了。而是通過把兩塊（chunk）數據進行異或運算得到一個校驗位，把校驗位一并存儲到第三塊磁盤中。當其中一塊數據盤損壞時，就可以通過把校驗位與另一塊數據盤的數據異或運算，得到缺失的數據。

         但人們發現把校驗位集中存放在同一個設備上，導致該設備的讀寫負擔過重，該磁盤經常損壞，所以在RAID-4的基礎上設計了RAID-5。AID-5不再區分數據盤和校驗盤，而是把校驗位循環分散存儲到各個磁盤上。RAID-5如圖所示（x代表校驗位。），校驗位也可以左對齊排列。這樣一來便分散了校驗盤的負擔。

總結：RAID-5

1、  同樣實現數據的分散并行存儲，提高了讀、寫性能

2、  存在校驗位，有容錯能力，但只允許一塊磁盤損壞。

3、  實際可用空間：校驗位占用了一個磁盤，所以 (N-1)*min(S1,S2…)

4、  最少磁盤數：3。

RARD-6：雙磁盤分布式奇偶校驗

         RAID-6類似與RAID-5的工作方式，在RAID-5的基礎上再添一塊校驗位硬盤，即存在兩個校驗位。大家都知道，一個方程組中，兩個方程式可以求出兩個未知數，同樣的兩個校驗位也可以算出兩個缺失的數據。因此，RAID-6最大可以允許兩塊磁盤損壞。

總結：RAID-6

1、  讀、寫性能提升

2、  有容錯能力：最多允許壞兩塊磁盤

3、  可用空間：(N-2)*min(S1,S2…)

4、  最少磁盤數：4。

RAID-10：RAID-1嵌套在RAID-0中使用

         如圖：可以看出，從底層往上，先用四個磁盤，兩兩一組做成RAID-1鏡像組，把兩組RAID-1做成RAID-0條帶卷。這樣簡單的組合便可以把RAID-1和RAID-0的優勢組合起來利用。

總結：RAID-10

1、  讀、寫性能提升

2、  有容錯能力：每組鏡像最多只能壞一塊

3、  實際空用空間：N*min(S1,S2…)/2

4、  最少磁盤數：4。

RAID-01 ：RAID-0嵌套在RAID-1中使用

         與RAID-10原理相似，只是順序顛倒，先組成RAID-0，再把RAID-0組成RAID-1。

個人認為其實RAID-01較RAID-10來說更有優勢，RAID-10只允許每個條帶組中最多有一個磁盤損壞，而RAID-01還可以允許其中一整個鏡像組損壞。

總結：RAID-01

1、  讀、寫性能提升

2、  有容錯能力：可以允許整個鏡像組的磁盤全數損壞；

3、  實際空用空間：N*min(S1,S2…)/2

4、  最少磁盤數：4。

三、注意：

        RAID磁盤陣列不同于備份，只是為日常業務的高效穩定運行提供了更多的保障機制，并不能替代備份。因為所有的冗余磁盤在讀寫時都是同步進行的，一個文件改了就全改了，刪了也就全刪了。所以，RAID并不能替代日常的備份工作。