磁盤陣列RAID原理、種類及性能優缺點對比

磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID）

1. 存儲的數據必定分片；

2. 分基於軟件的軟RAID（如mdadm）和基於硬件的硬RAID（如RAID卡）；

3. RAID卡如同網卡同樣有集成板載的也有獨立的(PCI-e)，通常獨立RAID卡性能相對較好，淘寶一搜即可看到他們的原形；

4. 如今基本上服務器都原生硬件支持幾種經常使用的RAID;

5. 固然還有更加高大上的專用於存儲的磁盤陣列櫃產品，有專用存儲技術，規格有如12/24/48盤一櫃等，盤可選機械/固態，3.5/2.5寸等。

 

 

級別	特徵	原理	單元	冗餘	性能	利用率	最多壞	用途	缺陷
RAID0	條帶	分片分散存入2塊硬盤	2	否	讀寫速度2倍	100%	0/2	SWAP/TMP	不冗餘，數據難恢復
RAID1	鏡像	相同數據存入2塊硬盤	2	是	寫速度不變 讀速度2倍	50%	1/2	數據備份	讀寫速度沒加，利用率低
RAID4	校驗	分片分散存入2塊硬盤 校驗碼存入第3塊硬盤	3	是	讀寫速度2倍	2/3=66%	1/3	用的不多	1. 壞盤時另外2塊須要從新計算還原壞盤數據 2. 校驗碼盤壓力大成爲瓶頸
RAID5	校驗	分片和校驗碼混合存儲	3	是	讀寫速度2倍	2/3=66%	1/3	用的很少	壞盤時另外2塊須要從新計算還原壞盤數據
RAID6	校驗	分片盤校驗碼盤分別2個 數據分片校驗碼計算2次	4	是	讀寫速度2倍	2/4	2/4 1∈2	用的不多	「部隊中有一半是搞後勤的，感受仍是不太爽。」
RAID10	1+0	2塊硬盤1組先作RAID1 多組RAID1再作RAID0	4	是	讀寫速度N倍 N爲組數	2/4	2/4 1∈2	用的最多	-
RAID50	5+0	3塊硬盤1組先作RAID5 多組再作RAID0	6	是	讀寫數讀2N倍 N爲組數	4/6	2/6 1∈3	土豪用的	「好是好，就是貴！」

 

 

    近來想創建一個私有云系統，涉及到安裝使用一臺網絡存儲服務器。對於服務器中硬盤的鏈接，選用哪一種RAID模式能準確知足需求收集了資料，簡單整理後記錄以下：

    1、RAID模式優缺點的簡要介紹

    目前被運用較多的RAID模式其優缺點大體是這樣的：

    一、RAID0模式

    優勢：在RAID 0狀態下，存儲數據被分割成兩部分，分別存儲在兩塊硬盤上，此時移動硬盤的理論存儲速度是單塊硬盤的2倍，實際容量等於兩塊硬盤中較小一塊硬盤的容量的2倍。

    缺點：任何一塊硬盤發生故障，整個RAID上的數據將不可恢復。

    備註：存儲高清電影比較適合。

    二、RAID1模式

    優勢：此模式下，兩塊硬盤互爲鏡像。當一個硬盤受損時，換上一塊全新硬盤(大於或等於原硬盤容量)替代原硬盤便可自動恢復資料和繼續使用，移動硬盤的實際容量等於較小一塊硬盤的容量，存儲速度與單塊硬盤相同。RAID 1的優點在於任何一塊硬盤出現故障是，所存儲的數據都不會丟失。

    缺點：該模式可以使用的硬盤實際容量比較小，僅僅爲兩顆硬盤中最小硬盤的容量。

    備註：很是重要的資料，如數據庫，我的資料，是萬無一失的存儲方案。

    三、RAID 0+1模式

    RAID 0+1是磁盤分段及鏡像的結合，採用2組RAID0的磁盤陣列互爲鏡像，它們之間又成爲一個RAID1的陣列。硬盤使用率只有50%，可是提供最佳的速度及可靠度。

    四、RAID 3模式

    RAID3是把數據分紅多個「塊」，按照必定的容錯算法，存放在N+1個硬盤上，實際數據佔用的有效空間爲N個硬盤的空間總和，而第N+1個硬盤存儲的數據是校驗容錯信息，當這N+1個硬盤中的其中一個硬盤出現故障時，從其它N個硬盤中的數據也能夠恢復原始數據。

    五、RAID 5模式

    RAID5不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RAID5的各個磁盤上，而且奇偶校驗信息和相對應的數據分別存儲於不一樣的磁盤上。當RAID5的一個磁盤數據發生損壞後，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。

    六、RAID 10模式

    RAID10最少須要4塊硬盤才能完成。把2塊硬盤組成一個RAID1，而後兩組RAID1組成一個RAID0。雖然RAID10方案形成了50%的磁盤浪費，可是它提供了200%的速度和單磁盤損壞的數據安全性。

    2、另外三種硬件快速硬件設置模式簡介

    在收集資料時看到有的硬件設備提供快速磁盤模式設置，也很方便你們的使用，具體狀況以下：

    一、Clone模式

    克隆模式，磁盤所有數據同樣，以最小硬盤的爲準。

    二、Large模式

    硬盤容量簡單相加，將幾個硬盤變成一個硬盤，容量爲幾個硬盤容量之和，此模式下能夠得到最大的硬盤空間。

    三、Normal模式

    硬盤分別處於正常、獨立的狀態，能夠分別獨立的寫入或讀取資料，能使用的實際容量分別爲4個硬盤的容量。若是其中一個硬盤受損，其餘幾個硬盤不會受影響。

     3、RAID使用簡明注意事項

    ★使用前請先備份硬盤的資料，一旦進行RAID設定或是變動RAID模式，將會清除硬盤裏的全部資料，以及沒法恢復；

    ★創建RAID時，建議使用相同品牌、型號和容量的硬盤，以確保性能和穩定；

    ★請勿隨意更換或取出硬盤，若是取出了硬盤，請記下硬盤放入兩個倉位的順序不得更改，以及請勿只插入某一塊硬盤使用，以免形成資料損壞或丟失；

    ★若是舊硬盤曾經在RAID模式下使用，請先進清除硬盤RAID信息，讓硬盤迴復至出廠狀態，以避免RAID創建失敗；

    ★RAID0模式下，其中一個硬盤損壞時，其它硬盤全部資料都將丟失；

    ★RAID1模式下，若是某一塊硬盤受損，能夠用一塊大於或等於受損硬盤容量的新硬盤替換壞硬盤而後開機便可自動恢復和修復資料以及RAID模式。此過程須要必定時間，請耐心等待

    4、細數RAID模式

    一、概念

    磁盤陣列（Redundant Arrays of Inexpensive Disks，RAID），有「價格便宜且多餘的磁盤陣列」之意。原理是利用數組方式來做磁盤組，配合數據分散排列的設計，提高數據的安全性。磁盤陣列是由不少便宜、容量較小、穩定性較高、速度較慢磁盤，組合成一個大型的磁盤組，利用個別磁盤提供數據所產生加成效果提高整個磁盤系統效能。同時利用這項技術，將數據切割成許多區段，分別存放在各個硬盤上。磁盤陣列還能利用同位檢查（Parity Check）的觀念，在數組中任一顆硬盤故障時，仍可讀出數據，在數據重構時，將數據經計算後從新置入新硬盤中。

    二、規範

    RAID技術主要包含RAID 0～RAID 50等數個規範，它們的側重點各不相同，常見的規範有以下幾種：

  

 

　　RAID 0：RAID 0連續以位或字節爲單位分割數據，並行讀/寫於多個磁盤上，所以具備很高的數據傳輸率，但它沒有數據冗餘，所以並不能算是真正的RAID結構。RAID 0只是單純地提升性能，並無爲數據的可靠性提供保證，並且其中的一個磁盤失效將影響到全部數據。所以，RAID 0不能應用於數據安全性要求高的場合。

  

 

　　RAID 1：它是經過磁盤數據鏡像實現數據冗餘，在成對的獨立磁盤上產生互爲備份的數據。當原始數據繁忙時，可直接從鏡像拷貝中讀取數據，所以RAID 1能夠提升讀取性能。RAID 1是磁盤陣列中單位成本最高的，但提供了很高的數據安全性和可用性。當一個磁盤失效時，系統能夠自動切換到鏡像磁盤上讀寫，而不須要重組失效的數據。

  

 

　　RAID 0+1: 也被稱爲RAID 10標準，實際是將RAID 0和RAID 1標準結合的產物，在連續地以位或字節爲單位分割數據而且並行讀/寫多個磁盤的同時，爲每一塊磁盤做磁盤鏡像進行冗餘。它的優勢是同時擁有RAID 0的超凡速度和RAID 1的數據高可靠性，可是CPU佔用率一樣也更高，並且磁盤的利用率比較低。

　　RAID 2：將數據條塊化地分佈於不一樣的硬盤上，條塊單位爲位或字節，並使用稱爲「加劇平均糾錯碼（海明碼）」的編碼技術來提供錯誤檢查及恢復。這種編碼技術須要多個磁盤存放檢查及恢復信息，使得RAID 2技術實施更復雜，所以在商業環境中不多使用。

　　RAID 3：它同RAID 2很是相似，都是將數據條塊化分佈於不一樣的硬盤上，區別在於RAID 3使用簡單的奇偶校驗，並用單塊磁盤存放奇偶校驗信息。若是一塊磁盤失效，奇偶盤及其餘數據盤能夠重

  

 

新產生數據；若是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，但對於隨機數據來講，奇偶盤會成爲寫操做的瓶頸。

 

　　RAID 4：RAID 4一樣也將數據條塊化並分佈於不一樣的磁盤上，但條塊單位爲塊或記錄。RAID 4使用一塊磁盤做爲奇偶校驗盤，每次寫操做都須要訪問奇偶盤，這時奇偶校驗盤會成爲寫操做的瓶頸，所以RAID 4在商業環境中也不多使用。

  

 

　　RAID 5：RAID 5不單獨指定的奇偶盤，而是在全部磁盤上交叉地存取數據及奇偶校驗信息。在RAID 5上，讀/寫指針可同時對陣列設備進行操做，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 3與RAID 5相比，最主要的區別在於RAID 3每進行一次數據傳輸就需涉及到全部的陣列盤；而對於RAID 5來講，大部分數據傳輸只對一塊磁盤操做，並可進行並行操做。在RAID 5中有「寫損失」，即每一次寫操做將產生四個實際的讀/寫操做，其中兩次讀舊的數據及奇偶信息，兩次寫新的數據及奇偶信息。

　　RAID 6：與RAID 5相比，RAID 6增長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一樣的算法，數據的可靠性很是高，即便兩塊磁盤同時失效也不會影響數據的使用。但RAID 6須要分配給奇偶校驗信息更大的磁盤空間，相對於RAID 5有更大的「寫損失」，所以「寫性能」很是差。較差的性能和複雜的實施方式使得RAID 6不多獲得實際應用。

　　RAID 7：這是一種新的RAID標準，其自身帶有智能化實時操做系統和用於存儲管理的軟件工具，可徹底獨立於主機運行，不佔用主機CPU資源。RAID 7能夠看做是一種存儲計算機（Storage Computer），它與其餘RAID標準有明顯區別。除了以上的各類標準（如表1），咱們能夠如RAID 0+1那樣結合多種RAID規範來構築所需的RAID陣列，例如RAID 5+3（RAID 53）就是一種應用較爲普遍的陣列形式。用戶通常能夠經過靈活配置磁盤陣列來得到更加符合其要求的磁盤存儲系統。

　　RAID 5E(RAID 5 Enhencement): RAID 5E是在RAID 5級別基礎上的改進，與RAID 5相似，數據的校驗信息均勻分佈在各硬盤上，可是，在每一個硬盤上都保留了一部分未使用的空間，這部分空間沒有進行條帶化，最多容許兩塊物理硬盤出現故障。看起來，RAID 5E和RAID 5加一塊熱備盤好象差很少，其實因爲RAID 5E是把數據分佈在全部的硬盤上，性能會比RAID5 加一塊熱備盤要好。當一塊硬盤出現故障時，有故障硬盤上的數據會被壓縮到其它硬盤上未使用的空間，邏輯盤保持RAID 5級別。

　　RAID 5EE: 與RAID 5E相比，RAID 5EE的數據分佈更有效率，每一個硬盤的一部分空間被用做分佈的熱備盤，它們是陣列的一部分，當陣列中一個物理硬盤出現故障時，數據重建的速度會更快。

　　RAID 50：RAID50是RAID5與RAID0的結合。此配置在RAID5的子磁盤組的每一個磁盤上進行包括奇偶信息在內的數據的剝離。每一個RAID5子磁盤組要求三個硬盤。RAID50具有更高的容錯能力，由於它容許某個組內有一個磁盤出現故障，而不會形成數據丟失。並且由於奇偶位分部於RAID5子磁盤組上，故重建速度有很大提升。優點：更高的容錯能力，具有更快數據讀取速率的潛力。須要注意的是：磁盤故障會影響吞吐量。故障後重建信息的時間比鏡像配置狀況下要長。

    三、優勢

    提升傳輸速率。RAID經過在多個磁盤上同時存儲和讀取數據來大幅提升存儲系統的數據吞吐量（Throughput）。在RAID中，可讓不少磁盤驅動器同時傳輸數據，而這些磁盤驅動器在邏輯上又是一個磁盤驅動器，因此使用RAID能夠達到單個磁盤驅動器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率。這也是RAID最初想要解決的問題。由於當時CPU的速度增加很快，而磁盤驅動器的數據傳輸速率沒法大幅提升，因此須要有一種方案解決兩者之間的矛盾。RAID最後成功了。

　　經過數據校驗提供容錯功能。普通磁盤驅動器沒法提供容錯功能，若是不包括寫在磁盤上的CRC（循環冗餘校驗）碼的話。RAID容錯是創建在每一個磁盤驅動器的硬件容錯功能之上的，因此它提供更高的安全性。在不少RAID模式中都有較爲完備的相互校驗/恢復的措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提升了RAID系統的容錯度，提升了系統的穩定冗餘性。

    四、實現

    磁盤陣列有兩種方式能夠實現，那就是「軟件陣列」與「硬件陣列」。

　　軟件陣列是指經過網絡操做系統自身提供的磁盤管理功能將鏈接的普通SCSI卡上的多塊硬盤配置成邏輯盤，組成陣列。軟件陣列能夠提供數據冗餘功能，可是磁盤子系統的性能會有所下降，有的下降幅度還比較大，達30%左右。

　　硬件陣列是使用專門的磁盤陣列卡來實現的。硬件陣列可以提供在線擴容、動態修改陣列級別、自動數據恢復、驅動器漫遊、超高速緩衝等功能。它能提供性能、數據保護、可靠性、可用性和可管理性的解決方案。陣列卡專用的處理單元來進行操做，它的性能要遠遠高於常規非陣列硬盤，而且更安全更穩定。

　　磁盤陣列其實也分爲軟陣列 (Software Raid)和硬陣列 (Hardware Raid) 兩種. 軟陣列即經過軟件程序並由計算機的 CPU提供運行能力所成. 因爲軟件程式不是一個完整系統故只能提供最基本的 RAID容錯功能. 其餘如熱備用硬盤的設置, 遠程管理等功能均一一欠奉. 硬陣列是由獨立操做的硬件提供整個磁盤陣列的控制和計算功能. 不依靠系統的CPU資源.

　　因爲硬陣列是一個完整的系統, 全部須要的功能都可以作進去. 因此硬陣列所提供的功能和性能均比軟陣列好. 並且, 若是你想把系統也作到磁盤陣列中, 硬陣列是惟一的選擇. 故咱們能夠看市場上 RAID 5 級的磁盤陣列均爲硬陣列. 軟 陣列只適用於 Raid 0 和 Raid 1. 對於咱們作鏡像用的鏡像塔, 確定不會用 Raid 0或 Raid 1。做爲高性能的存儲系統，已經獲得了愈來愈普遍的應用。RAID的級別從RAID概念的提出到如今，已經發展了六個級別，其級別分別是0、一、二、三、四、5等。可是最經常使用的是0、一、三、5四個級別。

    5、我的用戶該選那種RAID模式

    首先要分析清楚，咱們須要存儲的文件有什麼樣的屬性。這其中須要大量存儲的和佔用存儲量大的文件是兩回事兒。

    從使用角度粗略分，我的須要存儲的文件大體有文本文件、照片錄像、影音文件、應用程序等。

    一、文本文件：大量長期存放，階段性更新，但其佔用空間小，安全性要求個別較高，大部分通常；

    二、照片錄像：大量長期存放，永久性記錄，佔用空間大，安全性要求高，一旦損失很難彌補；

    三、影音文件：一部分大量長期存放，一部分大量短時間存放，階段性更新，佔用空間大，安全性要求通常，即使損失了，也能夠再從網絡上下載恢復；

    四、應用程序：這其中包括一些軟件和硬件的驅動等，對於軟件，目前基本能夠從網絡上得到，驅動程序有時須要預先備份，安裝設備時隨時可用，屬於量少但要長期存放的，階段性更新，安全性要求通常。

    看看本身須要對哪一種類型的文件進行存儲，再選擇本身須要的RAID模式便可。

    本人的照片和私人錄影資料較多，平時喜歡收集APE等無損格式的音樂文件，對於我的來講這都是至寶，不可有所損失，再有就是一些硬件的驅動程序，相對比較重要，另外會編輯少許的我的文件，階段性比較重要，最後是影片，看完也就刪除了，不過重要。而照片錄像和無損音樂佔用的空間又是巨大的，安全性要求又很高，權衡後，在節約資金確保安全的前提下，準備購置五塊大容量硬盤，組成NAS存儲服務器，選擇RAID5模式。

    順便說，購置五快硬盤的緣由還有一個，就是我使用的是老機箱改造NAS服務器，市面上有3轉5的硬盤籠子能夠簡單將原有的3個光驅位變成5塊硬盤的存儲位，考慮到家用存儲8T的容量已經足夠了，10T基本上能夠無憂了，因此選擇了5塊硬盤，每塊2T容量。固然組成RAOD5後會少於10T，那也足夠了！

    NAS的好處不少，這裏就不在贅述，有興趣的朋友建議深刻了解。它既能夠完成集中存儲還能夠完成諸如自動BT下載，網絡打印機，蘋果媒體服務器等衆多私有云功能，是很好的家庭網絡應用解決方案。