什么是RAID？硬盤組建RAID有什么用？本文就來詳細(xì)說說磁盤陣列RAID相關(guān)知識(shí)和組建方法。

RAID是“Redundant Array of Independent Disk”的縮寫，中文意思是獨(dú)立冗余磁盤陣列。冗余磁盤陣列技術(shù)誕生于1987年，由美國加州大學(xué)伯克利分校提出。

RAID最初的研制目的是為了組合小的廉價(jià)磁盤來代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的費(fèi)用，同時(shí)也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤失效時(shí)不會(huì)使對數(shù)據(jù)的訪問受損失，從而開發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)，并且能適當(dāng)?shù)奶嵘龜?shù)據(jù)傳輸速度。

早期的RAID方案主要針對SCSI硬盤系統(tǒng)，系統(tǒng)成本比較昂貴。1993年，HighPoint公司推出了第一款I(lǐng)DE-RAID控制芯片，能夠利用相對廉價(jià)的IDE 硬盤來組建RAID系統(tǒng)，從而大大降低了RAID的“門檻”。從此，個(gè)人用戶也開始關(guān)注這項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)橛脖P是現(xiàn)代個(gè)人計(jì)算機(jī)中發(fā)展最為“緩慢”和最缺少安全性的設(shè)備，而用戶存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)卻常常遠(yuǎn)超計(jì)算機(jī)的本身價(jià)格。在花費(fèi)相對較少的情況下，RAID技術(shù)可以使個(gè)人用戶也享受到成倍的磁盤速度提升和更高的數(shù)據(jù)安全性。目前，IDE/SATA接口標(biāo)準(zhǔn)的硬盤都可以支持RAID技術(shù)，不過一般主板芯片組支持的主板只能支持SATA硬盤組建RAID。

早期一般都是SCSI卡提供SCSI RAID的支持

那么為何叫做冗余磁盤陣列呢？冗余的漢語意思即多余，重復(fù)。而磁盤陣列說明不僅僅是一個(gè)磁盤，而是一組磁盤。這時(shí)你應(yīng)該明白了，它是利用重復(fù)的磁盤來處理數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性得到提高。

磁盤陣列RAID實(shí)現(xiàn)原理

RAID如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高穩(wěn)定性呢？我們不妨來看一下它的工作原理。RAID按照實(shí)現(xiàn)原理的不同分為不同的級別，不同的級別之間工作模式是有區(qū)別的。整個(gè)的RAID結(jié)構(gòu)是一些磁盤結(jié)構(gòu)，通過對磁盤進(jìn)行組合達(dá)到提高效率，減少錯(cuò)誤的目的，不要因?yàn)檫@么多名詞而被嚇壞了，它們的原理實(shí)際上十分簡單。問了便于說明，下面示意圖中的每個(gè)圓餅代表一個(gè)磁盤，豎的叫塊或磁盤陣列，橫稱之為帶區(qū)。

簡單點(diǎn)說，RAID的功能就是把多個(gè)硬盤組合成為一個(gè)邏輯磁區(qū)，因此，操作系統(tǒng)只會(huì)把它當(dāng)作一個(gè)硬盤。RAID系統(tǒng)的類型有多種方式，如RAID-0，RAID-1，RAID-2,RAID-3，RAID-4,RAID-5,RAID-6，RAID-10,RAID-53等。下面我們分別來看看這些RAID類型的區(qū)別以及用途：

RAID 0

將多個(gè)磁盤合并成一個(gè)大的磁盤，不具有冗余，并行I/O，速度最快。RAID 0亦稱為帶區(qū)集。它是將多個(gè)磁盤并列起來，成為一個(gè)大磁盤。在存放數(shù)據(jù)時(shí)，其將數(shù)據(jù)按磁盤的個(gè)數(shù)來進(jìn)行分段，然后同時(shí)將這些數(shù)據(jù)寫進(jìn)這些盤中。 所以，在所有的級別中，RAID 0的速度是最快的。但是RAID 0沒有冗余功能，如果一個(gè)磁盤（物理）損壞，則所有的數(shù)據(jù)都會(huì)丟失。

RAID 1

兩組以上的N個(gè)磁盤相互作鏡像，速度沒有提高，但是允許N-1個(gè)磁盤損壞，可靠性最高。RAID 1就是鏡像。其原理為在主硬盤上存放數(shù)據(jù)的同時(shí)也在鏡像硬盤上寫一樣的數(shù)據(jù)。當(dāng)主硬盤（物理）損壞時(shí)，鏡像硬盤則代替主硬盤的工作。因?yàn)橛戌R像硬盤做數(shù)據(jù)備份，所以RAID 1的數(shù)據(jù)安全性在所有的RAID級別上來說是最好的。但無論用多少磁盤做RAID 1，僅算其中一半磁盤的容量， 是所有RAID上磁盤利用率最低的一個(gè)級別。

RAID 2

這是RAID 0的改良版，以漢明碼（en:Hamming Code）的方式將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼后分割為獨(dú)立的位元，并將數(shù)據(jù)分別寫入硬盤中。因?yàn)樵跀?shù)據(jù)中加入了錯(cuò)誤修正碼（ECC，Error Correction Code），所以數(shù)據(jù)整體的容量會(huì)比原始數(shù)據(jù)大一些，RAID2最少要三臺(tái)硬盤方能運(yùn)作。

RAID 3

采用Bit－interleaving(數(shù)據(jù)交錯(cuò)存儲(chǔ))技術(shù),它需要通過編碼再將數(shù)據(jù)位元分割后分別存在硬盤中，而將同位元檢查后單獨(dú)存在一個(gè)硬盤中，但由于數(shù)據(jù)內(nèi)的位元分散在不同的硬盤上，因此就算要讀取一小段數(shù)據(jù)資料都可能需要所有的硬盤進(jìn)行工作，所以這種規(guī)格比較適于讀取大量數(shù)據(jù)時(shí)使用。

RAID 4

它與RAID 3不同的是它在分割時(shí)是以區(qū)塊為單位分別存在硬盤中，但每次的數(shù)據(jù)存取都必須從同位元檢查的那個(gè)硬盤中取出對應(yīng)的同位元數(shù)據(jù)進(jìn)行核對，由于過于頻繁的使用，所以對硬盤的損耗可能會(huì)提高 (Block interleaving)。

RAID 5

RAID Level 5 是一種存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全和存儲(chǔ)成本兼顧的存儲(chǔ)解決方案。它使用的是Disk Striping(硬盤分割)技術(shù)。RAID 5 至少需要三顆硬盤， RAID 5不對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，而是把數(shù)據(jù)和相對應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息存儲(chǔ)到組成RAID5的各個(gè)磁盤上，并且奇偶校驗(yàn)信息和相對應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)于不同的磁盤上。當(dāng)RAID5的一個(gè)磁盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后，利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息去恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。 RAID 5可以理解為是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全保障，但保障程度要比Mirror低而磁盤空間利用率要比Mirror高。RAID 5具有和RAID 0相近似的數(shù)據(jù)讀取速度，只是多了一個(gè)奇偶校驗(yàn)信息，寫入數(shù)據(jù)的速度比對單個(gè)磁盤進(jìn)行寫入操作稍慢。同時(shí)由于多個(gè)數(shù)據(jù)對應(yīng)一個(gè)奇偶校驗(yàn)信息，RAID 5的磁盤空間利用率要比RAID 1高，存儲(chǔ)成本相對較低廉。

RAID 6

同一陣列中容許兩個(gè)硬盤同時(shí)失效(或是當(dāng)一個(gè)失效后還來不及更換便有第二個(gè)失效)后.更換新硬盤時(shí)再由另兩個(gè)正常硬盤將備份的資料建立在新的硬盤中.所以至少必須具備四或四個(gè)以上硬盤才能生效。

RAID 10、RAID 53和RAID 0+1

這種RAIDxy的類型實(shí)際上就是RAID x與RAID y的組合方式。比如說RAID 10就是RAID 1+0，即先組建兩組RAID 1鏡像，然后再將兩組RAID 1鏡像組建成為RAID 0；而RAID 53實(shí)際上就是RAID 5+3模式，很好理解。需要注意到是，RAID 10并不等于RAID 0+1，實(shí)現(xiàn)的順序不一樣，功能也是不一樣的。

JBOD

嚴(yán)格的說，JBOD并不屬于RAID的范疇，只是將多個(gè)磁盤空間合并成一個(gè)大的邏輯磁盤,不具有錯(cuò)誤冗余機(jī)制。資料的存放機(jī)制是由第一顆磁盤開始依序往后存放，即操作系統(tǒng)看到的是一個(gè)大磁盤(由許多小磁盤組成)。但如果磁盤損毀，則該顆硬盤上的所有資料將無法救回。若第一顆硬盤損壞，通常無法作救援(因大部分檔案系統(tǒng)將檔案表存在磁盤前端，即第一顆)，失去檔案表即失去一切資料。

JBOD在組建過程中，一般用英文Spanned。

在實(shí)際的應(yīng)用中，RAID2~4并不存在,因?yàn)镽AID5已經(jīng)涵蓋了所需的功能。因此RAID2~4目前只有在研究領(lǐng)域有實(shí)作,而在實(shí)際應(yīng)用上則以RAID 0、1、0+1、5或RAID6為主。但是對于我們普通用戶來說，用的最多的也就是RAID 0、1、0+1和RAID 5，所以本文我們將重點(diǎn)對這幾個(gè)RAID類型進(jìn)行講解。

RAID 0——提高性能，無空間損失

RAID 0是最基本的RAID模式，它的功能是將兩塊/多塊硬盤合并成一塊邏輯磁盤。比如兩塊500GB的硬盤組建RAID 0，那么在系統(tǒng)中我們可以看到有一塊1TB的邏輯磁盤，而并不能看到是兩塊物理硬盤。

RAID 0最大的優(yōu)勢就在于“便于分區(qū)管理”和“提高數(shù)據(jù)傳輸速度”：“便于分區(qū)管理”很容易理解，比如說兩塊500GB的硬盤組建RAID0，你不用考慮分區(qū)的時(shí)候單獨(dú)分區(qū)只能小于500GB，也就是說你可以分兩個(gè)區(qū)，第一個(gè)區(qū)800GB，第二個(gè)區(qū)200GB（硬盤實(shí)際容量有損失，在這里我們不做討論）。

當(dāng)然，RAID 0主要是為了提升數(shù)據(jù)傳輸速度而生的，它的原理是當(dāng)系統(tǒng)下達(dá)指令后，會(huì)同時(shí)從每塊硬盤調(diào)用/寫入數(shù)據(jù)。這樣就可以利用每塊塊硬盤傳輸通道所提供的帶寬。相信看到這里大家都明白了，組建RAID 0系統(tǒng)的時(shí)候，理論上硬盤數(shù)量越多，傳輸速度提升就越大。但是在實(shí)際使用中受限于系統(tǒng)IO總線和其他因素的一些影響，還是有一些衰減的，比如一個(gè)磁盤的效能是50MB/秒，兩個(gè)磁盤的RAID 0效能約96MB/秒，三個(gè)磁盤的RAID 0也許是130MB/秒而不是150MB/秒。所以，兩個(gè)磁盤的RAID 0最能明顯感受到效能的提升。

實(shí)際上，我們組建RAID系統(tǒng)的時(shí)候，并不一定要兩塊/多塊容量相等的硬盤，可以用一塊大硬盤和一塊相對容量較小的硬盤組建RAID系統(tǒng)，很多JS都說需要兩塊一樣大小的硬盤組建RAID實(shí)際上并不正確。但是當(dāng)硬盤容量不一樣時(shí)，會(huì)按照容量最小的硬盤來計(jì)算，并且速度上也會(huì)以最小硬盤為標(biāo)準(zhǔn)。比如說一塊5400RPM的60G硬盤與一塊7200RPM的80G硬盤組建RAID 0系統(tǒng)，結(jié)果的總?cè)萘渴?0×2=120GB，而理論速度只會(huì)達(dá)到5400RPM硬盤的兩倍。所以說，如果條件允許，我們還是建議使用兩塊同型號的硬盤組建RAID系統(tǒng)。

雖然RAID 0可以提供更多的空間和更好的性能，但是整個(gè)系統(tǒng)是非常不可靠的，如果出現(xiàn)故障，無法進(jìn)行任何補(bǔ)救。所以，RAID 0一般只是在那些對數(shù)據(jù)安全性要求不高的情況下才被人們使用。

一般來說，RAID 0在組建的時(shí)候，英文名為Striped。

對于數(shù)據(jù)的安全性要求較高的用戶，都會(huì)選擇RAID 1陣列方式。

RAID 1的主要功能是讓數(shù)據(jù)更加安全，它的實(shí)現(xiàn)原理是在往一塊硬盤寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候，同時(shí)也向另一塊硬盤寫入數(shù)據(jù)，也就是鏡像功能。組建RAID 1陣列的時(shí)候需要2塊以上的硬盤，并且數(shù)量只能是偶數(shù)。如2塊、4塊、6塊、8塊等，因?yàn)樾枰�用做備份，在�?shù)據(jù)的安全性方面是最好的，但是只能利用到磁盤總?cè)萘康囊话搿?/p>

舉例來說，使用兩塊80GB的SATA硬盤組建RAID 1系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)下顯示的總?cè)萘咳匀皇?0GB，因?yàn)榱硗獾?0GB硬盤用做備份了。如果這兩塊硬盤中的一塊物理損壞，仍然可以從第二塊備份硬盤中恢復(fù)回來。同理，如果使用6塊硬盤組建RAID 1系統(tǒng)，其中有3塊用于存放數(shù)據(jù)，另外三塊用于備份數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，RAID 1仍然可以支持兩塊容量不一樣的磁盤組建陣列，和RAID 0一樣，都是按照容量較小的那一塊做標(biāo)準(zhǔn)。比如使用一塊100GB和120GB的硬盤組建RAID 1，最后得到的總?cè)萘渴?00GB。

由于RAID 1主要的功能是對數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像，所以在寫入數(shù)據(jù)時(shí)磁盤的數(shù)據(jù)傳輸性能是沒有提升的。但是在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，仍然會(huì)有提升，因?yàn)樗�可以同時(shí)從兩個(gè)硬盤里讀取數(shù)據(jù)，也就是說有兩個(gè)供應(yīng)源供應(yīng)數(shù)據(jù)。RAID 1在我們普通用戶中的使用率相對較小，因?yàn)橐话愕挠脩舳忌岵坏脫p失一半的硬盤容量。

RAID 1在組建過程中，一般用英文“Mirror”來代替。

說到這里，想必大家已經(jīng)明白了RAID 10與RAID 0+1是什么意思了，不過目前主板集成的南橋芯片一般都只能支持RAID 0+1，也就是Striped Mirror陣列方式。

RAID 5——性價(jià)比解決方案

RAID 0可以大幅度的提高性能，RAID 1可以保證數(shù)據(jù)的安全性。那么如果既想提高性能，又能保證安全性，最廉價(jià)的解決方案是什么呢？那就是RAID 5！

RAID 5使用至少三塊硬盤來實(shí)現(xiàn)陣列，它既能實(shí)現(xiàn)RAID 0的加速功能也能夠?qū)崿F(xiàn)RAID 1的備份數(shù)據(jù)功能，在陣列當(dāng)中有三塊硬盤的時(shí)候，它將會(huì)把所需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)按照用戶定義的分割大小分割成文件碎片存儲(chǔ)到兩塊硬盤當(dāng)中，此時(shí)，陣列當(dāng)中的第三塊硬盤不接收文件碎片，它接收到的是用來校驗(yàn)存儲(chǔ)在另外兩塊硬盤當(dāng)中數(shù)據(jù)的一部分?jǐn)?shù)據(jù)，這部分校驗(yàn)數(shù)據(jù)是通過一定的算法產(chǎn)生的，可以通過這部分?jǐn)?shù)據(jù)來恢復(fù)存儲(chǔ)在另外兩個(gè)硬盤上的數(shù)據(jù)。另外，這三塊硬盤的任務(wù)并不是一成不變的，也就是說在這次存儲(chǔ)當(dāng)中可能是1號硬盤和2好硬盤用來存儲(chǔ)分割后的文件碎片，那么在下次存儲(chǔ)的時(shí)候可能就是2號硬盤和3號硬盤來完成這個(gè)任務(wù)了�？梢哉f，在每次存儲(chǔ)操作當(dāng)中，每塊硬盤的任務(wù)是隨機(jī)分配的，不過，肯定是兩塊硬盤用來存儲(chǔ)分割后的文件碎片另一塊硬盤用來存儲(chǔ)校驗(yàn)信息。這個(gè)校驗(yàn)信息一般是通過RAID控制器運(yùn)算得出的，通常這些信息是需要一個(gè)RAID控制器上有一個(gè)單獨(dú)的芯片來運(yùn)算并決定將此信息發(fā)送到哪塊硬盤存儲(chǔ)。  

RAID 5同時(shí)會(huì)實(shí)現(xiàn)RAID 0的高速存儲(chǔ)讀取并且也會(huì)實(shí)現(xiàn)RAID 1的數(shù)據(jù)恢復(fù)功能，也就是說在上面所說的情況下，RAID 5能夠利用三塊硬盤同時(shí)實(shí)現(xiàn)RAID 0的速度加倍功能也會(huì)實(shí)現(xiàn)RAID 1的數(shù)據(jù)備份功能，并且當(dāng)RAID 5當(dāng)中的一塊硬盤損壞之后，加入一塊新的硬盤同樣可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的還原。   
    
下面來分析一下RAID 5如何實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的還原，舉個(gè)例子來說，使用3塊硬盤來構(gòu)成一個(gè)RAID 5陣列，用戶定義的分割文件大小為64K，此時(shí)需要存儲(chǔ)的文件大小為128K。首先，當(dāng)RAID控制器接收到這部分?jǐn)?shù)據(jù)之后利用一定的算法得出校驗(yàn)信息，然后將這128K的文件分割成兩個(gè)大小為64K大小的文件碎片，然后將這兩個(gè)文件碎片同時(shí)分別放往1號硬盤和2號硬盤，最后校驗(yàn)信息被發(fā)往3號硬盤。如果這個(gè)陣列當(dāng)中某個(gè)硬盤損壞了，還是可以恢復(fù)原來的數(shù)據(jù)：如果上面用來存儲(chǔ)校驗(yàn)信息的3號硬盤損壞了，可以通過1號和2號硬盤來重新生成校驗(yàn)信息；如果損壞的是1號或者2號硬盤，可以利用3號硬盤上存儲(chǔ)的校驗(yàn)信息重新生成原來的文件碎片。   
    
RAID 5模式并不是一些都好，如果陣列當(dāng)中某塊硬盤上的信息發(fā)生了改變的話，那么就需要重新計(jì)算文件分割碎片，并且，校驗(yàn)信息也需要重新計(jì)算，這時(shí)，三個(gè)硬盤都需要重新調(diào)用。   
    
同樣，如果要做RAID 5陣列的話，最好使用相同容量相同速度的硬盤，RAID 5模式的有效容量是陣列中容量最小的硬盤容量乘上陣列中硬盤數(shù)目減去一后的數(shù)，這里硬盤數(shù)目要減去一是因?yàn)槠渲杏幸粔K硬盤用來存放校驗(yàn)信息。舉例來說，三塊80GB硬盤組成的RAID 5系統(tǒng)，總?cè)萘繒?huì)成為160GB。
    
RAID 5既能夠?qū)崿F(xiàn)速度上的加倍，同時(shí)也能夠保證數(shù)據(jù)的安全性，所以在很多高端系統(tǒng)當(dāng)中都使用這種RAID模式。