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2024-09-19 15:38:56

1.令硬盘速度翻倍还更安全：Raid到底是啥？

RAID是英文Redundant Array of Independent Disks的缩写，翻译成中文意思是“独立磁盘冗余阵列”，有时也简称磁盘阵列（Disk Array）。

什么是RAID呢简单的说,RAID是一种把多块独立的硬盘(物理硬盘)按不同的方式组合起来形成一个硬盘组(逻辑硬盘),从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术.

组成磁盘阵列的不同方式成为RAID级别(RAID Levels).数据备份的功能是在用户数据一旦发生损坏后,利用备份信息可以使损坏数据得以恢复,从而保障了用户数据的安全性.在用户看起来,组成的磁盘组就像是一个硬盘,用户可以对它进行分区,格式化等等.总之,对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样.不同的是,磁盘阵列的存储速度要比单个硬盘高很多,而且可以提供自动数据备份.

RAID技术的两大特点:一是速度,二是安全,由于这两项优点,RAID技术早期被应用于高级服务器中的SCSI接口的硬盘系统中,随着近年计算机技术的发展,PC机的CPU的速度已进入GHz 时代.IDE接口的硬盘也不甘落后,相继推出了ATA66和ATA100硬盘.这就使得RAID技术被应用于中低档甚至个人PC机上成为可能.RAID通常是由在硬盘阵列塔中的RAID控制器或电脑中的RAID卡来实现的.

RAID级别的选择有三个主要因素:可用性(数据冗余),性能和成本.如果不要求可用性,选择RAID0以获得最佳性能.如果可用性和性能是重要的而成本不是一个主要因素,则根据硬盘数量选择RAID 1.如果可用性,成本和性能都同样重要,则根据一般的数据传输和硬盘的数量选择RAID3,RAID5.

RAID,为Redundant Arrays of Independent Disks的简称,中文为廉价冗余磁盘阵列. 磁盘阵列其实也分为软阵列 (Software Raid)和硬阵列 (Hardware Raid) 两种. 软阵列即通过软件程序并由计算机的 CPU提供运行能力所成. 由于软件程式不是一个完整系统故只能提供最基本的 RAID容错功能. 其他如热备用硬盘的设置, 远程管理等功能均一一欠奉. 硬阵列是由独立操作的硬件提供整个磁盘阵列的控制和计算功能. 不依靠系统的CPU.

由于硬阵列是一个完整的系统, 所有需要的功能均可以做进去. 所以硬阵列所提供的功能和性能均比软阵列好. 而且, 如果你想把系统也做到磁盘阵列中, 硬阵列是唯一的选择. 故我们可以看市场上 RAID 5 级的磁盘阵列均为硬阵列. 软阵列只适用于 Raid 0 和 Raid 1. 对于我们做镜像用的镜像塔, 肯定不会用 Raid 0或 Raid 1.作为高性能的存储系统,巳经得到了越来越广泛的应用.RAID的级别从RAID概念的提出到现在,巳经发展了六个级别, 其级别分别是0,1,2,3,4,5等.但是最常用的是0,1,3,5四个级别.下面就介绍这四个级别.

RAID 0:将多个较小的磁盘合并成一个大的磁盘,不具有冗余,并行I/O,速度最快.RAID 0亦称为带区集.它是将多个磁盘并列起来,成为一个大硬盘.在存放数据时,其将数据按磁盘的个数来进行分段,然后同时将这些数据写进这些盘中. 所以,在所有的级别中,RAID 0的速度是最快的.但是RAID 0没有冗余功能的,如果一个磁盘(物理)损坏,则所有的数据都无法使用.

RAID 0是的一种最简单的实现方式就是把几块硬盘串联在一起创建一个大的卷集.磁盘之间的连接既可以使用硬件的形式通过智能磁盘控制器实现,也可以使用操作系统中的磁盘驱动程序以软件的方式实现,我们把4块磁盘组合在一起形成一个独立的逻辑驱动器,容量相当于任何任何一块单独硬盘的4倍.

RAID 1:

首先它有个别名就是磁盘镜像,每一个磁盘都具有一个对应的镜像盘.对任何一个磁盘的数据写入都会被复制镜像盘中;系统可以从一组镜像盘中的任何一个磁盘读取数据.显然,磁盘镜像肯定会提高系统成本.

另外,两组相同的磁盘系统互作镜像,速度没有提高,但是允许单个磁盘错,可靠性最.RAID 1就是镜像.其原理为在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据.当主硬盘(物理)损坏时,镜像硬盘则代替主硬盘的工作.因为有镜像硬盘做数据备份,所以RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的.但是其磁盘的利用率却只有50%, 是所有RAID上磁盘利用率最低的一个级别.

RAID Level 3: RAID 3存放数据的原理和RAID0,RAID1不同.RAID 3是以一个硬盘来存放数据的奇偶校验位,数据则分段存储于其余硬盘中.它象RAID 0一样以并行的方式来存放数,但速度没有RAID 0快.如果数据盘(物理)损坏,只要将坏硬盘换掉,RAID

控制系统则会根据校验盘的数据校验位在新盘中重建坏盘上的数据.不过,如果校验盘(物理)损坏的话,则全部数据都无法使用.利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安全性高,但是硬盘利用率得到了很大的提高,为n-1.

这种使用一个专门的磁盘存放所有的校验数据,而在剩余的磁盘中创建带区集分散数据的读写操作显然显得有点简单.例如,在一个由5块硬盘构成的RAID 3系统中,4块硬盘将被用来保存数据,第五块硬盘则专门用于校验.这种配置方式可以用4+1的形式表示

第五块硬盘中的每一个校验块所包含的都是其它4块硬盘中对应数据块的校验信息.

RAID 3的成功之处就在于不仅可以象RAID 1那样提供容错功能,而且整体开销从RAID 1的50%下降为25%(RAID 3+1).随着所使用磁盘数量的增多,成本开销会越来越小.举例来说,如果我们使用7块硬盘,那么总开销就会将到12.5%(1/7).

RAID 5:向阵列中的磁盘写数据,奇偶校验数据存放在阵列中的各个盘上,允许单个磁盘出错.RAID 5也是以数据的校验位来保证数据的安全,但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位,而是将数据段的校验位交互存放于各个硬盘上.这样, 任何一个硬盘损坏,都可以根据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据.硬盘的利用率为n-1.

和RAID比较的话,首先 RAID 5和RAID 3几乎完全相同,也是由同一带区内的几个数据块共享一个校验块.

而RAID 5和RAID 3的最大区别在于RAID 5不是把所有的校验块集中保存在一个专门的校验盘中,而是分散到所有的数据盘中.RAID 5使用了一种特殊的算法,可以计算出任何一个带区校验块的存放位置.

RAID 0-1:顾名思义,就是把RAID0和RAID1结合起来,同时具有RAID 0和RAID 1的优点,它是个没有冗余的磁盘集合

而把这两部分统一起来看,它们又互为镜像,所以又融合了RAID1的特点.

这样一来两者的长处都得到了发挥.

总的来说,这几种模式都给有特点,优点缺点都有,但是如只是从安全性来考虑的话 RAID5和RAID1是最好的选择.

参考资料：

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令硬盘速度翻倍还更安全：Raid到底是啥？

一．Raid定义

RAID(Redundant Array of Independent Disk 独立冗余磁盘阵列)技术是加州大学伯克利分校1987年提出，最初是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，同时希望磁盘失效时不会使对数据的访问受损失而开发出一定水平的数据保护技术。RAID就是一种由多块廉价磁盘构成的冗余阵列，在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。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的几种工作模式

1、RAID0

即Data Stripping数据分条技术。RAID 0可以把多块硬盘连成一个容量更大的硬盘群，可以提高磁盘的性能和吞吐量。RAID 0没有冗余或错误修复能力，成本低，要求至少两个磁盘，一般只是在那些对数据安全性要求不高的情况下才被使用。

（1）、RAID 0最简单方式

就是把x块同样的硬盘用硬件的形式通过智能磁盘控制器或用操作系统中的磁盘驱动程序以软件的方式串联在一起，形成一个独立的逻辑驱动器，容量是单独硬盘的x倍,在电脑数据写时被依次写入到各磁盘

中，当一块磁盘的空间用尽时，数据就会被自动写入到下一块磁盘中，它的好处是可以增加磁盘的容量.速度与其中任何一块磁盘的速度相同，如果其中的任何一块磁盘出现故障，整个系统将会受到破坏，可靠性是单独使用一块硬盘的1/n。

（2）、RAID 0的另一方式

是用n块硬盘选择合理的带区大小创建带区集，最好是为每一块硬盘都配备一个专门的磁盘控制器,在电脑数据读写时同时向n块磁盘读写数据,速度提升n倍。提高系统的性能。

2、RAID 1

RAID 1称为磁盘镜像：把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，在不影响性能情况下最大限度的保证系统的可靠性和可修复性上，具有很高的数据冗余能力，但磁盘利用率为50%，故成本最高，多用在保存关键性的重要数据的场合。RAID 1有以下特点：

（1）、RAID 1的每一个磁盘都具有一个对应的镜像盘，任何时候数据都同步镜像，系统可以从一组镜像盘中的任何一个磁盘读取数据。

（2）、磁盘所能使用的空间只有磁盘容量总和的一半，系统成本高。

（3）、只要系统中任何一对镜像盘中至少有一块磁盘可以使用，甚至可以在一半数量的硬盘出现问题时系统都可以正常运行。

（4）、出现硬盘故障的RAID系统不再可靠，应当及时的更换损坏的硬盘，否则剩余的镜像盘也出现问题，那么整个系统就会崩溃。

（5）、更换新盘后原有数据会需要很长时间同步镜像，外界对数据的访问不会受到影响，只是这时整个系统的性能有所下降。

（6）、RAID 1磁盘控制器的负载相当大，用多个磁盘控制器可以提高数据的安全性和可用性。

3、RAID0+1

把RAID0和RAID1技术结合起来，数据除分布在多个盘上外，每个盘都有其物理镜像盘，提供全冗余能力，允许一个以下磁盘故障，而不影响数据可用性，并具有快速读/写能力。RAID0+1要在磁盘镜像中建立

带区集至少4个硬盘。

4、RAID2

电脑在写入数据时在一个磁盘上保存数据的各个位，同时把一个数据不同的位运算得到的海明校验码

保存另一组磁盘上，由于海明码可以在数据发生错误的情况下将错误校正，以保证输出的正确。但海明码

使用数据冗余技术，使得输出数据的速率取决于驱动器组中速度最慢的磁盘。RAID2控制器的设计简单。

5、RAID3：带奇偶校验码的并行传送

RAID 3使用一个专门的磁盘存放所有的校验数据，而在剩余的磁盘中创建带区集分散数据的读写操作

。当一个完好的RAID 3系统中读取数据，只需要在数据存储盘中找到相应的数据块进行读取操作即可。但

当向RAID 3写入数据时，必须计算与该数据块同处一个带区的所有数据块的校验值，并将新值重新写入到

校验块中，这样无形虽增加系统开销。当一块磁盘失效时，该磁盘上的所有数据块必须使用校验信息重新

建立，如果所要读取的数据块正好位于已经损坏的磁盘，则必须同时读取同一带区中的所有其它数据块，

并根据校验值重建丢失的数据，这使系统减慢。当更换了损坏的磁盘后，系统必须一个数据块一个数据块

的重建坏盘中的数据，整个系统的性能会受到严重的影响。RAID 3最大不足是校验盘很容易成为整个系统

的瓶颈，对于经常大量写入操作的应用会导致整个RAID系统性能的下降。RAID 3适合用于数据库和WEB服

务器等。

6、 RAID4

RAID4即带奇偶校验码的独立磁盘结构，RAID4和RAID3很象，它对数据的访问是按数据块进行的，也

就是按磁盘进行的，每次是一个盘，RAID4的特点和RAID3也挺象，不过在失败恢复时，它的难度可要比

RAID3大得多了，控制器的设计难度也要大许多，而且访问数据的效率不怎么好。

7、 RAID5

RAID 5把校验块分散到所有的数据盘中。RAID 5使用了一种特殊的算法，可以计算出任何一个带区校

验块的存放位置。这样就可以确保任何对校验块进行的读写操作都会在所有的RAID磁盘中进行均衡，从而

消除了产生瓶颈的可能。RAID5的读出效率很高，写入效率一般，块式的集体访问效率不错。RAID 5提高

了系统可靠性，但对数据传输的并行性解决不好，而且控制器的设计也相当困难。

8、RAID6

RAID6即带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构，它是对RAID5的扩展，主要是用于要求数据

绝对不能出错的场合，使用了二种奇偶校验值，所以需要N+2个磁盘，同时对控制器的设计变得十分复杂

，写入速度也不好，用于计算奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时间比较多，造成了不必须的负载，

很少人用。

9、 RAID7

RAID7即优化的高速数据传送磁盘结构，它所有的I/O传送均是同步进行的，可以分别控制，这样提高

了系统的并行性和系统访问数据的速度；每个磁盘都带有高速缓冲存储器，实时操作系统可以使用任何实

时操作芯片，达到不同实时系统的需要。允许使用SNMP协议进行管理和监视，可以对校验区指定独立的传

送信道以提高效率。可以连接多台主机，当多用户访问系统时，访问时间几乎接近于0。但如果系统断电

，在高速缓冲存储器内的数据就会全部丢失，因此需要和UPS一起工作，RAID7系统成本很高。

10、 RAID10

RAID10即高可靠性与高效磁盘结构它是一个带区结构加一个镜象结构，可以达到既高效又高速的目的。这

种新结构的价格高，可扩充性不好。

11、 RAID53

RAID7即高效数据传送磁盘结构，是RAID3和带区结构的统一，因此它速度比较快，也有容错功能。但价格

十分高，不易于实现。

三、应用RAID技术

要使用磁盘RAID主要有两种方式，第一种就是RAID适配卡，通过RAID适配卡插入PCI插槽再接上硬盘

实现硬盘的RAID功能。第二种方式就是直接在主板上集成RAID控制芯片，让主板能直接实现磁盘RAID。这

种方式成本比专用的RAID适配卡低很多。

此外还可以用2k or xp or linux系统做成软raid.

个人使用磁盘RAID主要是用RAID0、 RAID1或RAID0＋1工作模式。

刘宗元

学号19021210731

嵌牛导读我们来聊一聊Raid是怎么回事、有什么作用、有哪些优缺点、如何实现等等。

嵌牛鼻子 Raid、硬盘

嵌牛提问Raid是什么

嵌牛正文何为Raid

我们首先来认识一下这个概念，Raid全称为Redundant Arrays of Independent Drives，中文名称为磁盘阵列，直译为“冗余独立驱动器阵列”。简单来说就是多个硬盘组成的逻辑阵列。组Raid就是将多块独立的硬盘组合行成单一的逻辑阵列，当做一个整体来使用，用以实现提高传输速度、安全性等功能，多用于文件服务器或NAS。

Raid的种类

下面我们依次介绍较常见的Raid0/1/10/5/6和更高级一些的Raidz/z2，并分别介绍它们的工作原理和优缺点。不常见的Raid2/3/4和各种奇奇怪怪的组合如Raid100/30/50/60等就不多说了，理解了基础的，组合自然就明白了。如果没有标注，默认不同硬盘的容量相同。

1、Raid0

Raid0需要最少两块。

以两块硬盘为例，组Raid后容量为两者之和，读写数据时，同时对两块硬盘进行读写。

优点是带宽翻倍，理论上读写速度也翻倍。但缺点也是致命的，由于是将整体数据同时分别写在两块硬盘上，读取时也要同时读出才能得到完整的数据，所以只要阵列中一块硬盘损坏，整个阵列中的所以数据全部丢失。

总结来讲，速度×N，风险×N，利用率100%。

2、Raid1

Raid1最少也需要两块硬盘。

同样以两块硬盘为例，容量相当于最小的一块，多块同理。写入数据时，同时在所有硬盘上写入相同的数据，相当于做了镜像或备份，读取时如果一块硬盘损坏，还可以从阵列中其他的硬盘中读出完整数据。

优点是冗余性和安全性翻倍，缺点是利用率低。

总结，速度×1，风险×1/N，利用率1/N。

3、Raid10

顾名思义，就是Raid1+0，是Raid1和Raid0的结合，让两者取长补短。最少需要四块硬盘，或者m×n块的灵活组合都可，正是因为其是两种Raid模式的结合。

以四块硬盘为例，其中两块用作备份盘，两块用作增速盘。

先提一下Raid10的特殊实现方式，叫Raid10而不叫Raid01是有道理的，需要先把四块硬盘分为两组，组内先进行类似Raid1的组合，互为镜像，称作“做镜像”，再对两个“Raid1阵列”进行类似Raid0的组合，称为“做条带”。所以在读写时，同时对四块硬盘进行读写，其中每组写入不同数据（原数据中不同位置的数据，有可能相同，如1101中的前两个1，下同），每组中两块硬盘写入相同的数据。

优点是兼顾传输速度与安全性，缺点是性能开销大，而且……额……贵，权且当作方案的缺点吧。

总结，以四块硬盘为例，速度×2，风险×?，利用率50%。

同理，Raid01的原理大家可以反过来理解，先做条带，再做镜像。

4、Raid5

Raid5最少需要三块硬盘，其中需要拿出相当于一块硬盘的容量来存校验码，校验码用奇偶校验方式算出，校验码不可全部在一块硬盘，其余用来存数据。用来存校验码的容量由从所有硬盘中不同位置取出相同的容量组成，加起来等于一块硬盘的容量，以三块硬盘为例，三块硬盘中各取出?的容量，被取出的容量在三块硬盘中不全在同一位置。

写入数据时，同时在两块硬盘上分别写入不同数据，最后一块硬盘写入算出的校验码，下一次写入的校验码不可与上一次的校验码存于同一块硬盘。如果某一块硬盘损坏，则只需要替换掉损坏的硬盘，通过均匀分布在各硬盘中的数据和校验码，就可以恢复重建损坏硬盘中的数据。

优点是一定程度上兼顾了传输速度和安全性。缺点是现实中数据恢复速度和成功率并不十分理想。还有不得不提的局限性，不管阵列中有多少块硬盘，同时损坏两块都是无法恢复的，整个阵列中的数据全部丢失。

总结，速度×(N-1)，风险不会算，改天去请教一下理学院的学长……可以肯定的是风险比Raid1大，利用率为(N-1)/N。

另外，如果硬盘容量不同，Raid5会在每块硬盘中都取容量最小的硬盘的容量来使用，其余的都不用，但群辉的SHR技术可以将浪费的容量利用起来，感兴趣的朋友可以去了解一下。

5、Raid6

Raid6可以说是Raid5的升级版，最少需要四块硬盘，其中两块硬盘的容量用以存储两位奇偶校验码，校验码分配方式与Raid5类似。

同理，同时损坏三块硬盘，整个阵列无法恢复。

总结，速度×(N-2)，风险不会算但比Raid5小比Raid1大，利用率为(N-2)/N。

6、Raidz/Raidz2

这两种“Raid模式”分别可以看做Raid5和Raid6的改进，虽然名叫“Raid”但并不是同一回事。

Raidz/z2基于更先进的ZFS文件系统，拥有更加先进的冗余机制，解决了Raid5/6“全盘重写”的问题。这个不是一时半会可以讲完的，为了篇幅和不喧宾夺主的考虑，暂且留个坑吧。

实现方式