“拆”解RAID工作原理

一、什么是RAID

RAID:Redundant Arrays of Inexpensive（Independent）Disks，廉价（独立）的冗余磁盘阵列。1988年由加利福尼亚大学伯克利分校提出。使用多个相对便宜的磁盘通过某种方式组合成一个“阵列”，来提供更好的性能、冗余，或两者同时提供。

性能提高：

         磁盘并行读写，可提高I/O能力。

稳定性提高：

         磁盘冗余来实现。

RAID实现的方式：

         外接式磁盘阵列：通过扩展卡提供适配能力。

         内接式磁盘阵列：主板集成RAID控制器。安装OS前在BIOS里配置

         软件RAID：通过OS实现。

RAID有级别之分，不同的级别仅代表磁盘组织工作的方式不同，并未有优劣之分。

常用的RAID级别有：

RAID-0：条带卷

RAID-1：镜像卷

RAID-5：单磁盘分布式奇偶校验

RAID-6：双磁盘双分布式奇偶校验

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级别详解

         RAID-0：条带化

                   存储时，把数据条带化，并切成块（chunk），分散存入磁盘阵列下的不同磁盘中。

图示RAID-0可以看出，数据在条带化后被分隔存储，读取时再分别从不同的磁盘中读取数据进行组合。这样就能实现并行读写，大大提升I/o能力。但没有磁盘备份数据，所以无容错性，任何一块磁盘损坏，都会导致数据损坏，从而使业务中止。

总结：RAID-0

1、读写能力明显提升；

2、实际可用空间：N*min(S1,S2…)   （N为组成磁盘阵列的磁盘数。下同。）

3、无容错能力；

4、磁盘阵列最小使用磁盘数：2。

         RAID-1：镜像卷

                   存储时，每块磁盘设备中都存储了完整的数据块。由于数据被存储了两次，所以写性能是有所下降的，但读取时可以分散读取，所有读性能是有提升的。两块磁盘中存储的数据完全相同，这就意味当有一块设备坏掉的时候，另一块设备是完全不受影响的，业务也就不会终止。

总结：RAID-1

1、  读性能提升、写性能略有下降；

2、  实际可用空间：1*min（S1,S2…）；

3、  有容错能力；

4、  最少磁盘数：2。

RAID-5：单磁盘分布式奇偶校验

         其实，还存在一种RAID-4的排列方式，类似于RAID-0，只是额外多了一块硬盘用来存储数据的校验为。并且数据的读写也不是简单的分散存储以及合并读取了。而是通过把两块（chunk）数据进行异或运算得到一个校验位，把校验位一并存储到第三块磁盘中。当其中一块数据盘损坏时，就可以通过把校验位与另一块数据盘的数据异或运算，得到缺失的数据。

         但人们发现把校验位集中存放在同一个设备上，导致该设备的读写负担过重，该磁盘经常损坏，所以在RAID-4的基础上设计了RAID-5。AID-5不再区分数据盘和校验盘，而是把校验位循环分散存储到各个磁盘上。RAID-5如图所示（x代表校验位。），校验位也可以左对齐排列。这样一来便分散了校验盘的负担。

总结：RAID-5

1、  同样实现数据的分散并行存储，提高了读、写性能

2、  存在校验位，有容错能力，但只允许一块磁盘损坏。

3、  实际可用空间：校验位占用了一个磁盘，所以 (N-1)*min(S1,S2…)

4、  最少磁盘数：3。

RARD-6：双磁盘分布式奇偶校验

         RAID-6类似与RAID-5的工作方式，在RAID-5的基础上再添一块校验位硬盘，即存在两个校验位。大家都知道，一个方程组中，两个方程式可以求出两个未知数，同样的两个校验位也可以算出两个缺失的数据。因此，RAID-6最大可以允许两块磁盘损坏。

总结：RAID-6

1、  读、写性能提升

2、  有容错能力：最多允许坏两块磁盘

3、  可用空间：(N-2)*min(S1,S2…)

4、  最少磁盘数：4。

RAID-10：RAID-1嵌套在RAID-0中使用

         如图：可以看出，从底层往上，先用四个磁盘，两两一组做成RAID-1镜像组，把两组RAID-1做成RAID-0条带卷。这样简单的组合便可以把RAID-1和RAID-0的优势组合起来利用。

总结：RAID-10

1、  读、写性能提升

2、  有容错能力：每组镜像最多只能坏一块

3、  实际空用空间：N*min(S1,S2…)/2

4、  最少磁盘数：4。

RAID-01 ：RAID-0嵌套在RAID-1中使用

         与RAID-10原理相似，只是顺序颠倒，先组成RAID-0，再把RAID-0组成RAID-1。

个人认为其实RAID-01较RAID-10来说更有优势，RAID-10只允许每个条带组中最多有一个磁盘损坏，而RAID-01还可以允许其中一整个镜像组损坏。

总结：RAID-01

1、  读、写性能提升

2、  有容错能力：可以允许整个镜像组的磁盘全数损坏；

3、  实际空用空间：N*min(S1,S2…)/2

4、  最少磁盘数：4。

三、注意：

        RAID磁盘阵列不同于备份，只是为日常业务的高效稳定运行提供了更多的保障机制，并不能替代备份。因为所有的冗余磁盘在读写时都是同步进行的，一个文件改了就全改了，删了也就全删了。所以，RAID并不能替代日常的备份工作。