RAID介紹

RAID

    RAID，Redundant Arrays of Inexpensive（Independent）Disks，是多個磁碟合成一個“陣列”來提供更好的性能、冗餘，或者兩者都提供。
    獨立磁碟冗餘陣列(RAID, Redundant Array of Independent Disks)，在早期也稱為廉價磁碟冗餘陣列，簡稱為磁碟列。
    Raid就是將兩個以上的物理磁碟在邏輯上捆綁在一起，數據以條帶式的形式順序保存在各個磁碟上，對外作為一個邏輯的設備提供服務。
    磁碟陣列中可包含配置成Raid的磁碟和用於後備的磁碟。
    簡單來說，RAID把多個物理硬碟組合成為一個邏輯磁碟，因此，操作系統只會把一個raid陣列當作一個硬碟。
    RAID常被用在伺服器電腦上，並且常使用完全相同的硬碟作為組合。
    由於硬碟價格的不斷下降與RAID功能更加有效地與主板集成，它也成為了一個選擇，特別是需要大容量存儲空間的工作。
    最初的RAID分成了不同的等級，每種等級都有其理論上的優缺點，不同的等級在兩個目標間取得平衡，分別是增加數據可靠性以及增加存儲器（集群）讀寫性能。
    常見RAID級別分為RAID-0，RAID-1，RAID-5，RAID-6，RAID-1E，RAID-10，RAID-50，RAID-60。
    Raid可以按照不同的標準進行分類，按照其實現方法分類可分為硬體Raid和軟體Raid。
    硬體Raid的主要特點是其I/O處理有專門的IOP(IO處理器)來執行，軟體Raid的I/O指令從主機的CPU獲得。
    根據不同的鏈接方式，Raid又可分為外接式和內置式。
    RAID可提高I/O 能力，由磁碟並行讀寫來實現。
    RAID可提高耐用性，由磁碟冗餘來實現。
    RAID的級別是由多塊磁碟組織在一起的工作方式的不同來決定的。

RAID 實現的方式：

    外接式磁碟陣列：
        通過擴展卡提供適配能力
    內接式RAID ：
        主板集成RAID 控制器，安裝OS前在BIOS里配置
    軟體RAID ：
        通過OS實現

RAID-0

1）
    將多個磁碟合併成一個大的磁碟，不具有冗餘，並行I/O，速度最快，RAID-0亦稱為帶區集，它是將多個磁碟併列起來，成為一個大磁碟。
    在存放數據時，其將數據按磁碟的個數來進行分段，然後同時將這些數據寫進這些盤中，所以在所有的級別中，RAID-0的速度是最快的。
    但是RAID 0沒有冗餘功能，如果一個磁碟（物理）損壞，則所有的數據都會丟失，危險程度與JBOD相當。
    理論上越多的磁碟性能就等於“單一磁碟性能”ד磁碟數”，但實際上受限於匯流排I/O瓶頸及其它因素的影響，RAID性能會隨邊際遞減。
    也就是說，假設一個磁碟的性能是50MB每秒，兩個磁碟的RAID-0性能約96MB每秒，三個磁碟的RAID 0也許是130MB每秒而不是150MB每秒。
    可使用容量是硬碟總數乘以單塊硬碟的最小容量：Size=（N）*min（S1，S2，S3…Sn）.
2）
    RAID-0:
        讀、寫性能提升；
        可用空間：N*min(S1,S2,...)
        無容錯能力
        最少磁碟數：2, 2
        兩塊磁碟都用作讀寫，壞一塊RAID就壞了。

RAID-1

1）
    RAID-1是將一個兩塊硬碟所構成RAID磁碟陣列，其容量僅等於一塊硬碟的容量，因為另一塊只是當作數據“鏡像”。
    RAID-1磁碟陣列顯然是最可靠的一種陣列，因為它總是保持一份完整的數據備份。
    它的性能自然沒有RAID-0磁碟陣列那樣好，但其數據讀取確實較單一硬碟來的快，因為數據會從兩塊硬碟中較快的一塊中讀出。
    RAID-1磁碟陣列的寫入速度通常較慢，因為數據得分別寫入兩塊硬碟中並做比較。
    RAID-1磁碟陣列一般支持“熱交換”，就是說陣列中硬碟的移除或替換可以在系統運行時進行，無須中斷退出系統。
    RAID-1磁碟陣列是十分安全的，不過也是較貴一種RAID磁碟陣列解決方案，因為兩塊硬碟僅能提供一塊硬碟的容量。
    RAID-1磁碟陣列主要用在數據安全性很高，而且要求能夠快速恢復被破壞的數據的場合。
2）
    RAID-1：
        讀性能提升、寫性能略有下降；
        可用空間：1*min(S1,S2,...)
        有冗餘能力
        最少磁碟數：2, 2N
        兩塊或兩塊的倍數，用一半作為讀寫，一半作為備用校驗，同時壞了主備兩個RAID就壞了。

RAID-5

1）
    RAID-5是一種儲存性能、數據安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案，它使用的是Disk Striping技術。
    RAID-5至少需要三顆硬碟，它不是對存儲的數據進行備份，而是把數據和相對應的奇偶校驗信息存儲到組成RAID-5的各個磁碟上，並且奇偶校驗信息和相對應的數據分別存儲於不同的磁碟上。
    當RAID-5的一個磁碟數據發生損壞後，可以利用剩下的數據和相應的奇偶校驗信息去恢復被損壞的數據。
    RAID-5可以理解為是RAID-0和RAID-1的折衷方案。
    RAID-5可以為系統提供數據安全保障，但保障程度要比鏡像低而磁碟空間利用率要比鏡像高。
    RAID-5具有和RAID-0相近似的數據讀取速度，只是因為多了一個奇偶校驗信息，寫入數據的速度相對單獨寫入一塊硬碟的速度略慢，若使用“回寫高速緩存”可以讓性能改善不少。
    同時由於多個數據對應一個奇偶校驗信息，RAID-5的磁碟空間利用率要比RAID=1高，存儲成本相對較便宜。 
    可使用的容量為硬碟總數減去1的差，乘以單塊硬碟的最小容量，公式為Size=（N-1）*min（S1，S2，S3…Sn）。
2）
    RAID-5： 
        讀、寫性能提升
        可用空間：(N-1)*min(S1,S2,...)
        有容錯能力：允許最多1塊磁碟損壞，帶奇偶校驗的條帶機 
        最少磁碟數：3, 3+
        其他的同RAID4一樣，唯一不同的是校驗位不是放在一個盤上，每個盤都是校驗盤，允許最多壞一塊硬碟。

RAID-6

1）
    與RAID-5相比，RAID-6增加了第二個獨立的奇偶校驗信息塊。
    兩個獨立的奇偶系統使用不同的演算法，數據的可靠性非常高，即使兩塊磁碟同時失效也不會影響數據的使用。
    但RAID-6需要分配給奇偶校驗信息更大的磁碟空間，相對於RAID-5有更大的“寫損失”，因此“寫性能”非常差。
    較差的性能和複雜的實作方式使得RAID-6很少得到實際應用，同一數組中最多容許兩個磁碟損壞。
    更換新磁碟後，數據將會重新算出並寫入新的磁碟中，依照設計理論，RAID-6必須具備四個以上的磁碟才能生效。
    可使用的容量為硬碟總數減去2的差，乘以單塊硬碟的最小容量，公式為Size=（N-2）*min（S1，S2，S3…Sn）。
2）
    RAID-6： 
        讀、寫性能提升
        可用空間：(N-2)*min(S1,S2,...)
        有容錯能力：允許最多2塊磁碟損壞
        最少磁碟數：4, 4+
        有兩個校驗位，且又添加了一塊備用硬碟，允許最多2塊硬碟損壞

RAID-10和RAID-01

1）
    RAID-10是RAID-1與RAID-0的組合，先作RAID-1，再作RAID-0，也就是對多組RAID-1彼此構成Stripe訪問。
    由於RAID-10是以RAID-1為基礎，而RAID-1至少需要2塊硬碟，因此要以多組RAID-1構成RAID-10，至少需要4塊硬碟。
    以RAID-10最小的4台硬碟組態為例，先把4台硬碟分為2組，每組2台構成RAID-1，如此就得到兩組RAID-1，然後再把兩組RAID-1構成RAID-0。
    RAID-10在底層的任一組或多組RAID-1中出現1台硬碟損壞時，仍能維持運作，不過如果任一組RAID-1中的兩塊硬碟損毀，整組RAID-10就會失效。
    RAID-10由於在上層把多組RAID-1構成Stripe，容量利用率是50%，例如：4塊硬碟做的raid10的總容量是兩塊硬碟的容量。
    先是RAID-1，然後集合同配為RAID-0，某個RAID-1壞了，整體就壞了。
2）
    RAID-01是RAID-0與RAID-1的結合，先是RAID-0，然後集合同配為RAID-1，同時壞2個RAID-0，整體就壞了。
    RAID-01的特點使其特別適用於既有大量數據需要存取，同時又對數據安全性要求嚴格的領域。
    RAID-01是存儲性能和數據安全兼顧的方案，它在提供與RAID 1一樣的數據安全保障的同時，也提供了與RAID 0近似的存儲性能。

RAID-50

    RAID-5與RAID-0的組合，先作RAID-5，再作RAID-0，也就是對多組RAID-5彼此構成Stripe訪問。
    由於RAID-50是以RAID-5為基礎，而RAID-5至少需要3台硬碟，因此要以多組RAID-5構成RAID-50，至少需要6台硬碟。
    以RAID-50最小的6台硬碟組態為例，先把6台硬碟分為2組，每組3台構成RAID-5，如此就得到兩組RAID-5，然後再把兩組RAID-5構成RAID-0。
    RAID-50在底層的任一組或多組RAID-5中出現1台硬碟損壞時，仍能維持運作，不過如果任一組RAID-5中出現2台或兩台以上硬碟損毀，整組RAID-50就會失效。
    RAID-50由於在上層把多組RAID-5構成Stripe，性能比起單純的RAID-5高，容量利用率比RAID-5要低。
    比如同樣9塊硬碟，RAID-50則3個RAID-5組成RAID-0，每個RAID-5會損失一塊硬碟的容量，利用率為(1-3/9)，RAID-5則為(1-1/9)。

RAID-60

    RAID-6與RAID-0的組合，先作RAID-6，再作RAID-0。
    換句話說，就是對兩組以上的RAID-6作Stripe訪問。
    RAID-6至少需具備4塊硬碟，所以RAID-60的最小需求是8塊硬碟。
    由於底層是以RAID-6組成，所以RAID-60可以容許任一組RAID-6中損毀最多2塊硬碟，而系統仍能維持運作。
    不過只要底層任一組RAID-6中損毀3塊硬碟，整組RAID-60就會失效，當然這種情況的機率相當低。
    比起單純的RAID-6，RAID-60的上層通過結合多組RAID-6構成Stripe訪問，因此性能較高。
    不過使用門檻高，而且容量利用率低是較大的問題

RAID7和JBOD

RAID7
    可以理解為一個獨立存儲電腦，自身帶有操作系統和管理工具，可以獨立運行，理論上性能最高的RAID 模式。
JBOD ：Just a Bunch Of Disks
    功能是將多塊磁碟的空間合併一個大的連續空間使用
    可用空間：sum(S1,S2,...)