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RAID 技术

什么是raid
汉字即为独立磁盘冗余阵列, 或简称磁盘阵列。简单说, RAID是一个把多块独立硬盘（物理硬盘）按不一样方法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存放性能和提供数据冗余技术。组成磁盘阵列不一样方法成为RAID等级（RAID Levels）。
    数据冗余功效是在用户数据一旦发生损坏后, 利用冗余信息能够使损坏数据得以恢复, 从而保障了用户数据安全性。
    在用户看起来, 组成磁盘组就像是一个硬盘, 用户能够对它进行分区, 格式化等等。总而言之, 对磁盘阵列操作与单个硬盘一模一样。不一样是, 磁盘阵列存放性能要比单个硬盘高很多, 而且能够提供数据冗余。

Independent还是Inexpensive
细心读者能够注意到, 一部分文章把RAID 解释为 Redundant Array of Inexpensive Disks, 即廉价磁盘冗余阵列。那么, 到底是Independent 还是Inexpensive呢？ 说到这里, 我们要看一看RAID历史了。  
     1988年, 由加州大学Berkeley 分校David A. Patterson等人在原有技术基础上进行了扩充, 提出多个新磁盘组织方法, 目是用多个用于个人电脑上廉价磁盘替换当初数据中心系统普遍采取价格昂贵SLEDs磁盘（Single Large Expensive Disks）。依据这一目, David A. Patterson 等人首次使用了Redundant Array of Inexpensive Disks这一名称。RAID被提出后, 引发了大家极大爱好, 并取得了成功。
     不过伴随存放技术发展, SLEDs磁盘已经成为过去。现在普遍采取磁盘在价格和性能上相差不多, 所以假如再用廉价（Inexpensive）来形容组成RAID磁盘就不适宜了。 为了适应技术发展, 委员会开始普遍把RAID解释为Redundant Array of Independent Disks。

RAID等级:
RAID技术经过不停发展, 现在已拥有了从 RAID 0 到 6 七种基础RAID 等级。另外, 还有部分基础RAID等级组合形式, 如RAID 10（RAID 0与RAID 1组合）, RAID 50（RAID 0与RAID 5组合）等。
    不一样RAID 等级代表着不一样存放性能、 数据安全性和存放成本。下面就针对部分最为常见 RAID等级做简单介绍。

RAID 0 :
    RAID 0又称为Stripe或Striping（条带）, 它代表了全部RAID等级中最高存放性能。RAID 0提升存放性能原理是把连续数据分散到多个磁盘上存取, 这么, 系统有数据请求就能够被多个磁盘并行实施, 每个磁盘实施属于它自己那部分数据请求。这种数据上并行操作能够充足利用总线带宽, 显著提升磁盘整体存取性能。
系统向三个磁盘组成逻辑硬盘（RADI 0 磁盘组）发出I/O数据请求被转化为3项操作, 其中每一项操作都对应于一块物理硬盘。经过建立RAID 0, 原先次序数据请求被分散到全部三块硬盘中同时实施。从理论上讲, 三块硬盘并行操作使同一时间内磁盘读写速度提升了3倍。 但因为总线带宽等多个原因影响, 实际提升速率肯定会低于理论值, 不过, 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缺点是不提供数据冗余, 所以一旦用户数据损坏, 损坏数据将无法得到恢复。
    RAID 0含有特点, 使其尤其适适用于对性能要求较高, 而对数据安全不太在意领域, 如图形工作站等。对于个人用户, RAID 0也是提升硬盘存放性能绝佳选择。

RAID 1:
    RAID 1又称为Mirror或Mirroring, 它宗旨是最大程度确保用户数据可用性和可修复性。 RAID 1操作方法是把用户写入硬盘数据百分之百地自动复制到另外一个硬盘上。如图1所表示:

图1
当读取数据时, 系统先从Disk 0源盘读取数据, 假如读取数据成功, 则系统不去管备份盘上数据; 假如读取源盘数据失败, 则系统自动转而读取备份盘上数据, 不会造成用户工作任务中止。当然, 我们应该立刻地更换损坏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, 造成不可挽回数据损失。
    因为对存放数据进行百分之百备份, 在全部RAID等级中, RAID 1提供最高数据安全保障。一样, 因为数据百分之百备份, 备份数据占了总存放空间二分之一, 所以, Mirror磁盘空间利用率低, 存放成本高。
    Mirror虽不能提升存放性能, 但因为其含有高数据安全性, 使其尤其适适用于存放关键数据, 如服务器和数据库存放等领域。

RAID 0+1:
    正如其名字一样RAID 0+1是RAID 0和RAID 1组合形式, 也称为RAID 10。
以四个磁盘组成RAID 0+1为例, 其数据存放方法如图2所表示:

图2
RAID 0+1是存放性能和数据安全兼顾方案。它在提供与RAID 1一样数据安全保障同时, 也提供了与RAID 0近似存放性能。
    因为RAID 0+1也经过数据100%备份提供数据安全保障, 所以RAID 0+1磁盘空间利用率与RAID 1相同, 存放成本高。
    RAID 0+1特点使其尤其适适用于现有大量数据需要存取, 同时又对数据安全性要求严格领域, 如银行、 金融、 商业超市、 仓储库房、 多种档案管理等。

RAID 5:
    RAID 5 是一个存放性能、 数据安全和存放成本兼顾存放处理方案。 以四个硬盘组成RAID 5为例, 其数据存放方法如图3所表示:

图3
图中, P0为D0, D1和D2奇偶校验信息, 其它以这类推。
    由图中能够看出, RAID 5不对存放数据进行备份, 而是把数据和相对应奇偶校验信息存放到组成RAID5各个磁盘上, 而且奇偶校验信息和相对应数据分别存放于不一样磁盘上。当RAID5一个磁盘数据发生损坏后, 利用剩下数据和对应奇偶校验信息去恢复被损坏数据。
    RAID 5能够了解为是RAID 0和RAID 1折衷方案。RAID 5能够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含有和RAID 0相近似数据读取速度, 只是多了一个奇偶校验信息, 写入数据速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。同时因为多个数据对应一个奇偶校验信息, RAID 5磁盘空间利用率要比RAID 1高, 存放成本相对较低。

IDE RAID与SCSI RAID
IDE和SCSI是计算机两种不一样接口, 前者普遍用于PC计算机, 以后者通常见于Apple Macintosh系统和UNIX操作系统。
    RAID技术问世时是基于SCSI接口, 因其成本高, 所以关键面向服务器等高端应用。一般用户根本无缘拥有RAID。
    伴随计算机大众化, 由此带动PC计算机空前繁荣。对应, 在市场带动下, 用于PC计算机IDE接口设备价格大幅降低, 同时性能大幅提升。以30G 容量硬盘为例, IDE接口硬盘现在只需1000元左右, 而SCSI接口硬盘则需5000到6000元, 而它们性能则相差无几。
    不过, RAID技术仍只基于SCSI接口, 一般PC用户在羡慕RAID技术好处同时, 却无法拥有RAID。
    可喜是, 最近部分厂商看到了 RAID 在低端用户中巨大市场, 开始把RAID技术移植到IDE 接口上, 推出了基于IDE接口RAID应用, 称为IDE RAID。而基于SCSI接口RAID应用则对应称为SCSI RAID。
    与SCSI RAID相比, IDE RAID含有极低价格, 一点也不逊色性能表现, 对应, IDE RAID 处理方案就含有SCSI RAID无法比拟高性价比。所以 IDE RAID自推出后, 受到一般PC用户和一般商业应用普遍欢迎。RAID对于一般用户来说, 再也不是什么奢侈技术了

Raid 3
RAID 3和RAID 5都是校验方法。RAID 3工作方法是用一块磁盘存放校验数据。因为任何数据改变都要修改对应数据校验信息, 存放数据磁盘有好多个且并行工作, 而存放校验数据磁盘只有一个, 这就带来了校验数据存放时瓶颈。RAID 5工作方法是将各个磁盘生成数据校验切成块, 分别存放到组成阵列各个磁盘中去, 这么就缓解了校验数据存放时所产生瓶颈问题, 不过分割数据及控制存放都要付出速度上代价。