RAID

RAID，全称为redundant array of independent disks，是目前商用服务器常见的磁盘管理技术

文章目录

RAID
- RAID的作用
- - 数据冗余
  - 性能提升
- 各级RAID的基本原理
- - RAID0
  - - N块盘的RAID0的特性
  - RAID1
  - - N块盘的RAID1的特性
  - RAID2
  - - N块盘的RAID2的特性
  - RAID3
  - - N块盘的RAID3的特性
  - RAID4
  - - N块盘的RAID4的特性
    - 对比RAID3和RAID4
  - RAID5
  - - N块盘的RAID5的特性
    - 对比RAID4和RAID5
  - RAID6
  - - N块盘的RAID6的特性
    - 对比RAID5和RAID6
  - RAID10
  - - N块盘的RAID10的特性
- 各级RAID的对比
软RAID和硬RAID

RAID的作用

数据冗余

把数据的校验信息存放在冗余的磁盘中，在某些磁盘数据损坏时，能从其他未损坏的磁盘中，重新构建数据。

性能提升

RAID能把多块独立的磁盘组成磁盘阵列，通过把数据切成分片的方式，使得读/写数据能走多块磁盘，从而提升性能

各级RAID的基本原理

根据RAID的冗余信息程度，切分数据的方式等不同，可以把RAID分成不同的级别，一共有7个级别
RAID0 RAID1 RAID2 RAID3 RAID4 RAID5 RAID6

RAID0

RAID0设计的目标是为了提升读写性能，但并不带数据冗余信息
没有考虑数据的可靠性，如果磁盘坏了那么整个RAID就不可用

RAID0会把数据切成块，分别存储在N个磁盘上。当读数据时，如果要读的数据块比较大，分布在多次磁盘上，那么能同时从多块盘读数据；当写数据时，如果要写的数据块比较大，分布式在多块磁盘上，那么同时能从多块盘写数据

N块盘的RAID0的特性

读性能最好情况下是单块盘的N倍
写性能最好情况下是单块盘的N倍
空间利用率为100%
不具有冗余信息，任何一块磁盘损坏，整个RAID不可用

RAID1

RAID1的设计目标是为每份数据都提供一份或多份冗余数据

RAID1中一个磁盘都有一个或多个冗余的镜像盘，所有磁盘的数据是一模一样的
RAID1读数据时，可以利用所有数据盘的带宽；
RAID1写数据时，要同时写入数据盘和镜像盘
因此，需要等待最慢的磁盘写完成，写操作才完成

因此，写性能跟最慢的磁盘相当

对比Gluster的双副本写入，因为要写入两个服务器，所以写入的带宽减半，写入性能瓶颈更多的是在网络带宽上

N块盘的RAID1的特性

读性能最好情况下是原来的N倍
写性能跟最慢的磁盘相当
空间利用率1/2
N块盘，坏掉N-1块，RAID还能正常使用（镜像盘有一块可用）

RAID2

RAID2的设计目标是在RAID0级别的基础上，加了海明纠错码

前面四个盘是数据盘，后面三个盘是纠错码
RAID2读数据时，能同时使用多个数据盘的带宽；
RAID2写数据时，除了写数据盘，还需要写校验盘，写性能会有下降
因为存在数据纠错，所以在坏盘的情况下可以实现数据拯救

N块盘的RAID2的特性

读性能不到原来的N倍，因为还有一部分是校验盘
写性能会有下降，因为每次都要写校验盘，受限于校验盘的数量
空间利用率小于100%，因为海明纠错码需要的冗余盘一般比数据盘的数量少一共7块盘，4块数据盘，3块校验盘，如果数据盘满了，那么校验盘不会满，空间利用率只会利用7分之4
根据海明纠错码位数的不同，能容忍的坏盘数不同，具体信息可以参考海明码

RAID3

RAID3是把数据按照字节分别存在不同的磁盘中，并且最后一个磁盘提供纠错冗余

由于按照字节切分数据，读数据时，一定会同时从多个盘读数据，可以利用所有数据盘的带宽；
写数据时，也会利用所有磁盘的带宽，但所有的写校验数据都会在一个盘，因此，写性能主要受限于校验盘

N块盘的RAID3的特性

读性能是N-1倍，其中一块盘是校验盘
写性能受限于校验盘的写性能
空间利用率为(N-1)/N
坏掉一块盘，RAID还能正常工作

RAID4

RAID4是把数据按照分块分别存在不同的磁盘中，并且最后一个磁盘提供纠错冗余

读数据时，当数据分布在多块盘时，能够利用多块数据盘的带宽；
写数据时，如果数据分布在多快盘时，能利用所有磁盘带宽，但写校验数据只能在一块盘上，因此，写性能主要受限于校验盘

N块盘的RAID4的特性

读性能是N-1倍，其中一块盘是校验盘
写性能受限于校验盘的写性能
空间利用率为(N-1)/N
坏掉一块盘，RAID还能正常工作

对比RAID3和RAID4

在存储结构化数据，写入RAID3会更快写
在存储普通文件数据时候，RAID4更快

RAID5

RAID5是把数据块按照分块分别存在不同的磁盘中，并且冗余信息也会分块分布在多块磁盘中

读数据时，当数据分布在多块盘时，能够利用多块数据盘的带宽；
写数据时，如果数据分布在多块盘时，能利用所有数据盘带宽，同时写校验数据也分散在多块盘上，但因为要额外写入校验数据，因此，写数据的性能略微有所下降

N块盘的RAID5的特性

读性能是N倍
写性能略微弱于RAID0
空间利用率为(N-1)/N
坏掉一块盘，RAID还能正常工作

对比RAID4和RAID5

RAID5可以用N块盘，RAID4可以用N-1块，RAID5利用率更高

RAID6

RAID6是把数据块按照分块分别存在不同的磁盘中，并且冗余信息为两份奇偶校验码，分布在多块磁盘中。

读数据时，当数据分布在多块盘时，能够利用多块数据盘的带宽；
写数据时，如果数据分布在多块盘时，能利用多块数据盘带宽，同时写校验数据也分散在多块盘中，但因为要额外写入两份校验数据，因此，写数据的性能要略微下降。

N块盘的RAID6的特性

读性能是N倍
写性能略微弱于RAID0
空间利用率为(N-2)/N
坏掉两块盘，RAID还能正常工作

对比RAID5和RAID6

存在两份奇偶校验，比RAID5安全性更高

RAID10

为了保证数据安全的同时，又能获取较好的读写性能
可以将磁盘组成RAID1后，再组成RAID0，这样写入时候可以拥有RAID0的速度，同时又拥有RAID1的数据安全性

N块盘的RAID10的特性

读性能最好情况下是原来的N倍
写性能跟N/2倍
空间利用率1/2
N块盘，坏掉N-1块，RAID还能正常使用（镜像盘有一块可用）

各级RAID的对比

RAID0容忍的坏盘数为0，风险太大，一般不常用；
RAID1的信息冗余量很多，适合于对信息安全要求很高并且预算充足的场景；
RAID2的控制器比较复杂，一般不常用；
RAID3和RAID4由于其写入性能差，也不常用；
RAID5由于读写性能、能容忍的坏盘数都比较均衡，因此，一般工业界经常使用的是RAID5；
RAID6对于坏盘数容忍度较高，适合于对信息安全比较高的场景

软RAID和硬RAID

软RAID是使用CPU计算的方式，硬RAID则是需要有单独完成数据校验计算的处理器
对盘没有1对1的映射方式，在出错时，不知道哪一块盘坏了（数据救不活），但是成本比硬RAID低

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