磁碟陣列（RAID）簡介

資料

RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks 廉價磁碟冗餘陣列)即磁碟陣列，磁碟陣列是由多個價格比較便宜的磁碟組合成的一個容量巨大的磁碟組，其原理是利用數組方式來製作磁碟組，配合數據分散排列的設計，配合數據分散排列的設計，提升數據的安全性。它把數據分別存放在多個硬碟上，輸入輸出操作能以平衡的方式交疊，改良性能，因為有多個硬碟，增加了平均故障間隔時間，儲存了冗餘數據，增加了容錯機制。

磁碟陣列(RAID)

1.RAID 0：無差錯控制的帶區組

2.RAID 1：鏡象結構

3.RAID 10 與 RAID 01

4. RAID 5：分布式奇偶校驗的獨立磁碟結構

5.其餘RAID

RAID2：帶海明碼校驗

RAID3：帶奇偶校驗碼的並行傳送

RAID4：帶奇偶校驗碼的獨立磁碟結構

RAID6：帶有兩種分布存儲的奇偶校驗碼的獨立磁碟結構

RAID7：優化的高速數據傳送磁碟結構

RAID10：高可靠性與高效磁碟結構

1.RAID 0：無差錯控制的帶區組

RAID 0連續以位或位元組為單位分割數據，並行讀/寫於多個磁碟上，因此具有很高的數據傳輸速率，但沒有數據冗餘，因此並不能算是真正的RAID結構。 RAID 0 只是單純提高性能。並沒有為數據的可靠性提供保證，而且其中的一個磁碟失效將影響所有的數據。因此 RAID 0 不能應用於數據安全性要求高的場合。組成 RAID 0 最少需要一塊硬碟。圖中 RAID 0 中的block1至block8是一組數據，按照順序存儲在兩個硬碟中，從圖中可以看到數據存儲並沒有冗餘，如其中一塊磁碟出現故障將有部分數據丟失。

2.RAID 1：鏡象結構

RAID 1通過磁碟數據鏡像實現數據冗餘，在成對的獨立磁碟上產生互為備份的數據。當原始數據繁忙時，可直接從鏡像拷貝中讀取數據，因此 RAID 1 可以提高讀取性能。 RAID 1 是磁碟陣列中單位成本最高的，，但它提供了很高的數據安全性的可用性。當一個磁碟失效時，系統可以自動切換到鏡像磁碟上讀寫，溫柔不需要重組失效的數據，組成 RAID 1 最少需要兩塊硬碟。圖中 RAID 1 分別在Disk1和Disk2中存儲了相同兩份數據，如果其中一個出現故障，數據將不會丟失，更換新盤後將自動複製一份到新盤中。

3.RAID 10 與 RAID 01

根據組合分為 RAID 10 與 RAID 01 ，其實是將 RAID 0 與 RAID 1 標準結合的產物。在連續的以位或位元組為單位分割數據並且並行讀/寫多個磁碟的同時，為每一塊磁碟製作磁碟鏡像進行冗餘。它的優點是同時擁有 RAID 0 的超凡速度與 RAID 1 數據高可靠性，但是CPU佔用率也同樣很高，而且磁碟利用率比較低。 RAID 1+0 是先鏡像再條帶化數據，再將所有硬碟分為兩組，視為是 RAID 0 的最低組合，然後將這兩組各視為 RAID1 運作。 RAID 0+1 與 RAID 1+0 正好相反，是先條帶再將數據鏡像到兩組硬碟。它將所有的硬碟分為兩組，變成 RAID 1 的最低組合，而將兩組硬碟各自視為 RAID 0 運作。性能上， RAID 0+1 比 RAID 1+0 擁有更快的讀寫速度。可靠性上，當 RAID 1+0 有一塊硬碟受損時，其餘三塊硬碟會繼續運作。而 RAID 0+1 只要有一塊硬碟受損，同組的另一塊硬碟亦會停止運作，可靠性較低。

4. RAID 5：分布式奇偶校驗的獨立磁碟結構

RAID 5不單獨指定奇偶盤，而是在所有磁碟上交叉地存取數據及奇偶校驗信息。在 RAID 5 上，讀/寫指針可以同時對陣列設備進行操作，提供了更高的數據流量。 RAID 5 更適合於小數據塊和隨機讀寫的數據。 RAID 5 中有「寫損失」，即每一次寫操作將產生四個實際的讀/寫操作，其中兩次讀取舊的數據及奇偶信息，兩次寫入新的數據及奇偶信息。組成 RAID 5 至少需要三塊磁碟。圖中 block 1a 、 block 2a 、 block 3a 表示一組數據， parity 是這組的校驗數據，如 block 2a 所在的磁碟 diak 2 出現故障，可以通過 block 1a 、 block 3a 及 parity 數據來推算 block 2a 的結構並進行重構，如一塊磁碟出現故障並不會導致數據丟失，連續兩塊磁碟出現故障將導致數據丟失。

從概念上講，RAID 2 同RAID 3類似，兩者都是將數據條塊化分布於不同的硬碟上，條塊單位為位或位元組。然而RAID 2 使用一定的編碼技術來提供錯誤檢查及恢復。這種編碼技術需要多個磁碟存放檢查及恢複信息，使得RAID 2技術實施更複雜。因此，在商業環境中很少使用。下圖左邊的各個磁碟上是數據的各個位，由一個數據不同的位運算得到的海明校驗碼可以保存另一組磁碟上，具體情況請見下圖。由於海明碼的特點，它可以在數據發生錯誤的情況下將錯誤校正，以保證輸出的正確。 已被淘汰

RAID3：帶奇偶校驗碼的並行傳送

這種校驗碼與RAID2不同，只能查錯不能糾錯。它訪問數據時一次處理一個帶區，這樣可以提高讀取和寫入速度,它象RAID 0一樣以並行的方式來存放數，但速度沒有RAID 0快。校驗碼在寫入數據時產生並保存在另一個磁碟上。需要實現時用戶必須要有三個以上的驅動器，寫入速率與讀出速率都很高，因為校驗位比較少，因此計算時間相對而言比較少。用軟體實現RAID控制將是十分困難的，控制器的實現也不是很容易。它主要用於圖形(包括動畫)等要求吞吐率比較高的場合。不同於RAID 2，RAID 3使用單塊磁碟存放奇偶校驗信息。如果一塊磁碟失效，奇偶盤及其他數據盤可以重新產生數據。如果奇偶盤失效，則不影響數據使用。RAID 3對於大量的連續數據可提供很好的傳輸率，但對於隨機數據，奇偶盤會成為寫操作的瓶頸。利用單獨的校驗盤來保護數據雖然沒有鏡像的安全性高，但是硬碟利用率得到了很大的提高，為n-1。

RAID4：帶奇偶校驗碼的獨立磁碟結構

RAID4和RAID3很象，不同的是，它對數據的訪問是按數據塊進行的，也就是按磁碟進行的，每次是一個盤。在圖上可以這麼看，RAID3是一次一橫條，而RAID4一次一豎條。它的特點的RAID3也挺象，不過在失敗恢復時，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設計難度也要大許多，而且訪問數據的效率不怎麼好。

RAID6：帶有兩種分布存儲的奇偶校驗碼的獨立磁碟結構

名字很長，但是如果看到圖，大家立刻會明白是為什麼，請注意p0代表第0帶區的奇偶校驗值，而pA代表數據塊A的奇偶校驗值。它是對RAID5的擴展，主要是用於要求數據絕對不能出錯的場合。當然了，由於引入了第二種奇偶校驗值，所以需要N+2個磁碟，同時對控制器的設計變得十分複雜，寫入速度也不好，用於計算奇偶校驗值和驗證數據正確性所花費的時間比較多，造成了不必須的負載。我想除了軍隊沒有人用得起這種東西。

RAID7：優化的高速數據傳送磁碟結構

RAID7所有的I/O傳送均是同步進行的，可以分別控制，這樣提高了系統的並行性，提高系統訪問數據的速度;每個磁碟都帶有高速緩衝存儲器，實時操作系統可以使用任何實時操作晶元，達到不同實時系統的需要。允許使用SNMP協議進行管理和監視，可以對校驗區指定獨立的傳送信道以提高效率。可以連接多台主機，因為加入高速緩衝存儲器，當多用戶訪問系統時，訪問時間幾乎接近於0。由於採用並行結構，因此數據訪問效率大大提高。需要注意的是它引入了一個高速緩衝存儲器，這有利有弊，因為一旦系統斷電，在高速緩衝存儲器內的數據就會全部丟失，因此需要和UPS一起工作。當然了，這麼快的東西，價格也非常昂貴。

RAID10：高可靠性與高效磁碟結構

這種結構無非是一個帶區結構加一個鏡象結構，因為兩種結構各有優缺點，因此可以相互補充，達到既高效又高速還可以的目的。大家可以結合兩種結構的優點和缺點來理解這種新結構。這種新結構的價格高，可擴充性不好。主要用於容量不大，但要求速度和差錯控制的資料庫中。