[Linux 运维 -- 存储] RAID入门

[Linux 运维 -- 存储] RAID入门

RAID是什么：独立硬盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks）。有多块廉价磁盘组成的冗余阵列。人们在开发RAID时主要是基于以下设想，即几块小容量硬盘的价格总和要低于一块大容量的硬盘。虽然目前这一设想还没有成为现实，RAID在节省成本方面的作用还不是很明显，但是RAID可以充分发挥出多块硬盘的优势，实现远远超出任何一块单独硬盘的速度和吞吐量。除了性能上的提高之外，RAID还可以提供良好的容错能力，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。不同的RAID技术对应不同的速度，安全性和性价比

常用的RAID类型有：

RAID0：

RAID 0 并不是真正的RAID结构，没有数据冗余，没有数据校验的磁盘陈列。实现RAID 0至少需要两块以上的硬盘，它将两块以上的硬盘合并成一块，数据连续地分割在每块盘上。 因为带宽加倍，所以读/写速度加倍， 但RAID 0在提高性能的同时，并没有提供数据保护功能，只要任何一块硬盘损坏就会丢失所有数据。因此RAID 0 不可应用于需要数据高可用性的关键领域。

如图所示：

核心点：

• 至少两块盘
• 非常好的性能
• 没有冗余（无备份，无校验）
• 不要用在重要的系统里面

RAID1

RAID 1通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上产生互 为备份的数据。当原始数据繁忙时，可直接从镜像拷贝中读取数据，因此RAID 1可以提高读取性能。RAID 1是磁盘阵列中单位成本最高的，但提供了很高的数据安全性和可用性。当一个磁盘失效时，系统可以自动切换到镜像磁盘上读写，而不需要重组失效的数据。

如图所示：

核心点：

• 至少两块盘
• 良好的性能（无校验，无strip）
• 优良的冗余性（有备份盘）

RAID 2

RAID 2是RAID 0的改良版，以汉明码（Hamming Code）的方式将数据进行编码后分割为独立的位元，并将数据分别写入硬盘中。因为在数据中加入了错误修正码（ECC，Error Correction Code），所以数据整体的容量会比原始数据大一些。RAID存放数据的级别是Bit 级别，而不是block级别。同时还需要使用一块额外的盘存放校验的信息。

如图所示：

核心点：

• 使用bit级别的striping，而不是block
• 在上图中，b1,b2,b3是bits，E1,E2,E3是错误校验码。
• 你需要两组盘，一组存放数据，一组存放校验码
• 使用的hamming ECC（error correction code），并且将信息存放在额外的盘上。
• 写数据的同时，计算ECC，写ECC
• 读数据的时候，会同时读ECC，然后对比数据一致性，如果不一致会更新新的ECC
• 这里数据盘和校验盘的比例搭配有很多种，常用的配置有：（1）10个data 盘 + 4个ECC盘 （2）4个data盘 + 3个ECC盘
• RAID2已经怎么用了，昂贵同时实现比较复杂，并且现在ECC已经是多余的了，因为硬盘本身可以做到这些。

RAID 3

RAID 3是把数据分成多个“块”，按照一定的容错算法，存放在N+1个硬盘上，实际数据占用的有效空间为N个硬盘的空间总和，而第N+1个硬盘上存储的数据是校验容错信息，当这N+1个硬盘中的其中一个硬盘出现故障时，从其它N个硬盘中的数据也可以恢复原始数据，这样，仅使用这N个硬盘也可以带伤继续工作（如采集和回放素材），当更换一个新硬盘后，系统可以重新恢复完整的校验容错信息。由于在一个硬盘阵列中，多于一个硬盘同时出现故障率的几率很小，所以一般情况下，使用RAID3，安全性是可以得到保障的。

如图所示：

核心点：

• 使用byte级别的striping，而不是block
• 在上图中，B1,B2,B3是biye，p1,p2,p3是校验
• 使用多个data 盘，一个专用的盘来存放奇偶校验
• 获取数据的时候磁盘需要同步旋转
• 连续的读写性能很好
• 随机读写性能很差
• 不怎么常用

RAID 4

RAID 4和RAID 3很类似，只不过数据分割是block来的。

如图所示：

核心点：

• 使用的是block数据分割
• 上图中，B1,B2,B3是block，p1,p2,p3是校验
• 至少三块盘（2个数据盘，一个校验盘）
• 很好的随机读性能，因为数据是按block分割的
• 很差的随机读性能，因为每次写的时候，都要去写单独的校验盘
• 和RAID 3，RAID 5很像
• 和RAID 3像是因为使用的都是一个专用的校验盘，不同的是使用的分割方式
• 和RAID 5像是因为使用的都是block 分割，但是RAID 4是使用一个单独的校验盘
• 不怎么常用

RAID 5

RAID5和RAID4一样，数据以块为单位分布到各个硬盘上。RAID 5不对数据进行备份，而是把数据和与其相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。当RAID5的一个磁盘数据损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。

如图所示：

核心点：

• 至少3块盘
• 很好的性能，因为block strip
• 很好的冗余性，因为校验信息是分散在各个盘上
• 性能和冗余性都很好。可以应该在DB读比较多的场景，但是写会比较慢。

RAID 6

RAID6技术是在RAID 5基础上，为了进一步加强数据保护而设计的一种RAID方式，实际上是一种扩展RAID 5等级。与RAID 5的不同之处于除了每个硬盘上都有同级数据XOR校验区外，还有一个针对每个数据块的XOR校验区。当然，当前盘数据块的校验数据不可能存在当前盘而是交错存储的，具体形式见图。这样一来，等于每个数据块有了两个校验保护屏障（一个分层校验，一个是总体校验），因此RAID 6的数据冗余性能相当好。但是，由于增加了一个校验，所以写入的效率较RAID 5还差，而且控制系统的设计也更为复杂，第二块的校验区也减少了有效存储空间。

如图所示：

核心点：

• 使用block striping，但是使用的双校验
• 在上图中，A,B,C是blocks，p1,p2...是校验
• 对每一个block会创建两个校验block
• 可以允许两个盘挂掉
• 这个实现复杂，因为要去计算每个block的两个校验

RAID 10（1 + 0）

Raid 10是一个Raid 0与Raid1的组合体，它是利用奇偶校验实现条带集镜像，所以它继承了Raid0的快速和Raid1的安全。我们知道，RAID 1在这里就是一个冗余的备份阵列，而RAID 0则负责数据的读写阵列。其实，图6只是一种RAID 10方式，更多的情况是从主通路分出两路，做Striping操作，即把数据分割，而这分出来的每一路则再分两路，做Mirroring操作，即互做镜像。

如图所示：

核心点：

• 至少4块盘
• 又称为 “strip of mirror” 镜象阵列条带
• 优秀的冗余性（每个block都有mirror）
• 优秀的性能（block是strip的）
• 如果你有票子，这个是最佳的选择，尤其在数据库的应用场景中

参考：

（1） http://www.thegeekstuff.com/2011/10/raid10-vs-raid01/
（2）http://www.thegeekstuff.com/2010/08/raid-levels-tutorial/
（3）http://www.golinuxhub.com/2014/04/raid-levels-0-1-2-3-4-5-6-01-10.html