各类磁盘阵列全面详解

磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），全称独立磁盘冗余阵列。

磁盘阵列是由很多廉价的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。

利用同位检查（ParityCheck）的观念，在数组中任意一个硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将数据经计算后重新置入新硬盘中。

相同的数据存储在多个硬盘的不同的地方的方法。通过把数据放在多个硬盘上（冗余），输入输出操作能以平衡的方式交叠，改良性能。因为多个硬盘增加了平均故障间隔时间（MTBF），储存冗余数据也增加了容错。

分类：

一是外接式磁盘阵列柜、二是内接式磁盘阵列卡，三是利用软件实现。

RAID实现的方式：

RAID 0，RAID 1， RAID2， RAID 3，RAID 4，RAID 5，RAID 6，RAID 7，RAID 01，RAID 10，RAID50，RAID 53。

常见的有：RAID 0，RAID 1，RAID 5，RAID 6，RAID 01，RAID 10。

原理剖析：

RAID 0：

RAID 0又称为Stripe或Striping，中文称之为条带化存储，它代表了所有RAID级别中最高的存储性能。

原理：

是把连续的数据分散到多个磁盘上存取，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能。

磁盘空间 = 磁盘总量 = 100%

需要的磁盘数 ≥ 2

读写性能= 优秀 = 磁盘个数(n)*I/O速度 = n*100%

块大小 = 每次写入的块大小 = 2的n次方 = 一般为2~512KB

优点：

1、 充分利用I/O总线性能使其带宽翻倍，读/写速度翻倍。

2、 充分利用磁盘空间，利用率为100%。

缺点：

1、 不提供数据冗余。

2、 无数据检验，不能保证数据的正确性。

3、 存在单点故障。

应用场景：

1、 对数据完整性要求不高的场景，如：日志存储，个人娱乐

2、 要求读写效率高，安全性能要求不高，如图像工作站

架构图：

RAID 1：

RAID 1又称为Mirror或者Mirroring，中文称之为镜像存储。RAID 1是磁盘阵列中单位成本最高的，磁盘利用率最低，但提供了很高的数据安全性和可用性。

原理：

将一个两块硬盘所构成RAID磁盘阵列，其容量仅等于一块硬盘的容量，因为另一块只是当作数据“镜像”通过镜像实现数据冗余，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。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。最大允许互为镜像内的单个磁盘故障，如果出现互为镜像的两块磁盘故障则数据丢失。

。

磁盘空间 = 磁盘总量/2 = 50%

需要的磁盘数(n) ≥ 2*n

读性能= 优秀 = I/O性能*n = 200%

写性能 = 正常 = I/O性能 = 100%

优点：

1、 提供数据冗余，数据双倍存储。

2、 提供良好的读性能

缺点：

1、 无数据校验

2、 磁盘利用率低，成本高

应用场景：

1、 存放重要数据，如数据存储领域

架构图：

RAID 2：

RAID 0 的优化版本

原理：

每次读写需要全组磁盘联动，，提供汉明码错误校验机制，将数据进行编码后分区为独立的位，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，输出数据的速率与驱动器组中速度最慢的相等。

磁盘空间 ≤ 磁盘总量

需要的磁盘数 ≥ 3

数据单位 = 字节

优点：

1、 有数据校验机制

2、 磁盘的寻道时间减少

缺点：

1、 目前应用场景不多，基本被淘汰。

2、 成本高

应用场景：

影像处理或者CAD/CAM的工作站

架构图：

RAID 3：

类似于RAID 2 ，

原理：

采用Bit－interleaving（数据交错存储）技术，它需要通过编码再将数据位分区后分别存在硬盘中，而将同位检查后单独存在一个硬盘中，但由于数据内的位分散在不同的硬盘上，因此就算要读取一小段数据资料都可能需要所有的硬盘进行工作，所以这种规格比较适于读取大量数据时使用。

磁盘空间 = n-1

需要的磁盘数 ≥ n+1

数据单位 = 字节

写性能 = 一般

读性能 = 良好

优点：

1、有数据校验机制

缺点：

1、校验盘很容易成为整个系统的瓶颈

应用场景：

1、 写操作较少，读操作较多的应用环境，如：数据库、WEB服务器等。

2、 适合大文件类型且安全性要求较高的应用，如视频编辑、硬盘播出机、大型数据库等。

架构图：

RAID 4：

与RAID 3 类似

原理：

RAID4和RAID3很象，数据都是依次存储在多个硬盘之上，奇偶校验码存放在独立的奇偶校验盘上，唯一不同的是，在数据分割上RAID3对数据的访问是按位进行的，RAID4是以数据块为单位。

磁盘空间 = n-1

需要的磁盘数 ≥ n+1

写性能 = 差

读性能 = 正常

数据单位 = 块（扇区）

优点：

1、 按块存储可以保证块的完整

2、 有校验机制

缺点：

1、 写效率差，每次写入需要生成校验

2、 硬盘损耗高

应用场景：

对数据安全性能高的环境，通RAID3

架构图和RAID 3一致：

RAID 5：

奇偶校验（XOR），RAID 0和RAID 1的折中方案。

原理：

数据以块分段条带化存储。校验信息交叉地存储在所有的数据盘上。数据和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，其中任意N-1块磁盘上都存储完整的数据

磁盘空间 = n-1

需要的磁盘数 ≥ 3

读写性能≈ 优秀 = 磁盘个数(n)*I/O速度 = n*100%

优点：

1、 读写性能高

2、 有校验机制

3、 磁盘空间利用率高

缺点：

1、磁盘越多安全性能越差

应用场景：

安全性高，如金融、数据库、存储等。

架构图：

RAID 6：

与RAID 5相比，RAID 6增加了第二个独立的奇偶校验信息块。双重奇偶校验

原理：

两个独立的奇偶系统使用不同的算法，数据的可靠性非常高，即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用。但RAID 6需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间，写性能比RAID5差。

磁盘空间 = n-2

需要的磁盘数 ≥ 4

优点：

1、 良好的随机读性能

2、 有校验机制

缺点：

1、 写入速度差

2、 成本高

应用场景：

对数据安全级别要求比较高的企业

架构图：

RAID 7：

RAID 7并非公开的RAID标准，而是Storage ComputerCorporation公司的专利硬体产品名称。是一个完整的存储阵列。RAID 7有自身的实时操作系统用来管理阵列。

原理：

1、 物理上RAID 7主要包括两部分：一个运行实时操作系统的控制器；二.多个Channel磁盘组。

2、 逻辑上 RAID 7类似于RAID3和RAID4。磁盘分布于多个Channel，一个Channel包含一组磁盘，校验盘可以分布于任意Channel。Channel之间通过X-BUS连接。

3、 异步IO。IO读写操作以及奇偶校验都直接在缓存里面完成。控制器负责数据从缓存写入磁盘。

4、 可以根据需求，将部分磁盘配置为Hot Standy模式。

5、 提供SNMP远程监控管理功能。

优点：

1、 性能好，IO延迟低

缺点：

1、成本高

应用场景：

对存储性能要求高且没有高端技术团队的公司

架构图：

RAID 01：

RAID 0和RAID 1的组合形式

原理：

先做RAID 0再将RAID 0组合成RAID 1，拥有两种RAID的特性。

磁盘空间= n/2 = 50%

4 ≥ 需要的磁盘数 ≥ 2*n

读写性能 = RAID0

优点：

1、 较高的IO性能

2、 有数据冗余

3、 无单点故障

缺点：

1、 成本稍高

2、 安全性比RAID 10 差

应用场景：

特别适用于既有大量数据需要存取，同时又对数据安全性要求严格的领域，如银行、金融、商业超市、仓储库房、各种档案管理等。

架构图：

RAID 10：

RAID 0和RAID 1的组合形式

原理：

先做RAID 1再将RAID 1组合成RAID 0，拥有两种RAID的特性，安全性能高。

磁盘空间= n/2 = 50%

4 ≤ 需要的磁盘数 ≥ 2*n

优点：

1、RAID10的读性能将优于RAID01

2、较高的IO性能

3、有数据冗余

4、无单点故障

5、安全性能高

缺点：

1、 成本稍高

应用场景：

特别适用于既有大量数据需要存取，同时又对数据安全性要求严格的领域，如银行、金融、商业超市、仓储库房、各种档案管理等。

架构图：

RAID 50：

RAID50也被称为镜象阵列条带

原理：

先做RAID 5再将RAID 5组合成RAID 0，拥有两种RAID的特性。

需要的磁盘数 ≥ 6

RAID 53：

一个镜射条带数组，硬盘里其中一个条带就是一个是由3组以上的RAID 5组成RAID 3硬盘阵列

原理：

先做RAID 5再将RAID 5组合成RAID 3，拥有两种RAID的特性。

需要的磁盘数 ≥ 6+1