RAID簡(jiǎn)介

　　磁盤(pán)陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有“獨(dú)立磁盤(pán)構(gòu)成的具有冗余能力的陣列”之意。

　　磁盤(pán)陣列是由很多價(jià)格較便宜的磁盤(pán)，組合成一個(gè)容量巨大的磁盤(pán)組，利用個(gè)別磁盤(pán)提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生加成效果提升整個(gè)磁盤(pán)系統(tǒng)效能。利用這項(xiàng)技術(shù)，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個(gè)硬盤(pán)上。

　　磁盤(pán)陣列還能利用同位檢查（Parity Check）的觀念，在數(shù)組中任意一個(gè)硬盤(pán)故障時(shí)，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)，將數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后重新置入新硬盤(pán)中。分類

　　磁盤(pán)陣列其樣式有三種，一是外接式磁盤(pán)陣列柜、二是內(nèi)接式磁盤(pán)陣列卡，三是利用軟件來(lái)仿真。

RAID百科

　　磁盤(pán)陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有“獨(dú)立磁盤(pán)構(gòu)成的具有冗余能力的陣列”之意。

　　磁盤(pán)陣列是由很多價(jià)格較便宜的磁盤(pán)，組合成一個(gè)容量巨大的磁盤(pán)組，利用個(gè)別磁盤(pán)提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生加成效果提升整個(gè)磁盤(pán)系統(tǒng)效能。利用這項(xiàng)技術(shù)，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個(gè)硬盤(pán)上。

　　磁盤(pán)陣列還能利用同位檢查（Parity Check）的觀念，在數(shù)組中任意一個(gè)硬盤(pán)故障時(shí)，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)，將數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后重新置入新硬盤(pán)中。分類

　　磁盤(pán)陣列其樣式有三種，一是外接式磁盤(pán)陣列柜、二是內(nèi)接式磁盤(pán)陣列卡，三是利用軟件來(lái)仿真。

　　外接式磁盤(pán)陣列柜最常被使用大型服務(wù)器上，具可熱交換（Hot Swap）的特性，不過(guò)這類產(chǎn)品的價(jià)格都很貴。

　　內(nèi)接式磁盤(pán)陣列卡，因?yàn)閮r(jià)格便宜，但需要較高的安裝技術(shù)，適合技術(shù)人員使用操作。硬件陣列能夠提供在線擴(kuò)容、動(dòng)態(tài)修改陣列級(jí)別、自動(dòng)數(shù)據(jù)恢復(fù)、驅(qū)動(dòng)器漫游、超高速緩沖等功能。它能提供性能、數(shù)據(jù)保護(hù)、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(lái)進(jìn)行操作。

　　利用軟件仿真的方式，是指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)自身提供的磁盤(pán)管理功能將連接的普通SCSI卡上的多塊硬盤(pán)配置成邏輯盤(pán)，組成陣列。軟件陣列可以提供數(shù)據(jù)冗余功能，但是磁盤(pán)子系統(tǒng)的性能會(huì)有所降低，有的降低幅度還比較大，達(dá)30%左右。因此會(huì)拖累機(jī)器的速度，不適合大數(shù)據(jù)流量的服務(wù)器。

　　原理

　　磁盤(pán)陣列作為獨(dú)立系統(tǒng)在主機(jī)外直連或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)相連。磁盤(pán)陣列有多個(gè)端口可以被不同主機(jī)或不同端口連接。一個(gè)主機(jī)連接陣列的不同端口可提升傳輸速度。

　　和當(dāng)時(shí)PC用單磁盤(pán)內(nèi)部集成緩存一樣，在磁盤(pán)陣列內(nèi)部為加快與主機(jī)交互速度，都帶有一定量的緩沖存儲(chǔ)器。主機(jī)與磁盤(pán)陣列的緩存交互，緩存與具體的磁盤(pán)交互數(shù)據(jù)。

　　在應(yīng)用中，有部分常用的數(shù)據(jù)是需要經(jīng)常讀取的，磁盤(pán)陣列根據(jù)內(nèi)部的算法，查找出這些經(jīng)常讀取的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在緩存中，加快主機(jī)讀取這些數(shù)據(jù)的速度，而對(duì)于其他緩存中沒(méi)有的數(shù)據(jù)，主機(jī)要讀取，則由陣列從磁盤(pán)上直接讀取傳輸給主機(jī)。對(duì)于主機(jī)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，只寫(xiě)在緩存中，主機(jī)可以立即完成寫(xiě)操作。然后由緩存再慢慢寫(xiě)入磁盤(pán)。

　　優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)

　　提高傳輸速率。RAID通過(guò)在多個(gè)磁盤(pán)上同時(shí)存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)來(lái)大幅提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量（Throughput）。在RAID中，可以讓很多磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，而這些磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器在邏輯上又是一個(gè)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，所以使用RAID可以達(dá)到單個(gè)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)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(wèn)題。因?yàn)楫?dāng)時(shí)CPU的速度增長(zhǎng)很快，而磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸速率無(wú)法大幅提高，所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾。RAID最后成功了。

　　通過(guò)數(shù)據(jù)校驗(yàn)提供容錯(cuò)功能。普通磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器無(wú)法提供容錯(cuò)功能，如果不包括寫(xiě)在磁盤(pán)上的CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）碼的話。RAID容錯(cuò)是建立在每個(gè)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的硬件容錯(cuò)功能之上的，所以它提供更高的安全性。在很多RAID模式中都有較為完備的相互校驗(yàn)/恢復(fù)的措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提高了RAID系統(tǒng)的容錯(cuò)度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定冗余性。

　　缺點(diǎn)

　　RAID0沒(méi)有冗余功能，如果一個(gè)磁盤(pán)（物理）損壞，則所有的數(shù)據(jù)都無(wú)法使用。RAID1磁盤(pán)的利用率最高只能達(dá)到50%（使用兩塊盤(pán)的情況下），是所有RAID級(jí)別中最低的。RAID0+1以理解為是RAID 0和RAID 1的折中方案。RAID 0+1可以為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全保障，但保障程度要比 Mirror低而磁盤(pán)空間利用率要比Mirror高。

　　RAID級(jí)別

　　1、RAID 0

　　RAID 0是最早出現(xiàn)的RAID模式，即Data Stripping數(shù)據(jù)分條技術(shù)。RAID 0是組建磁盤(pán)陣列中最簡(jiǎn)單的一種形式，只需要2塊以上的硬盤(pán)即可，成本低，可以提高整個(gè)磁盤(pán)的性能和吞吐量。RAID 0沒(méi)有提供冗余或錯(cuò)誤修復(fù)能力，但實(shí)現(xiàn)成本是最低的。

　　RAID 0最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式就是把N塊同樣的硬盤(pán)用硬件的形式通過(guò)智能磁盤(pán)控制器或用操作系統(tǒng)中的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序以軟件的方式串聯(lián)在一起創(chuàng)建一個(gè)大的卷集。在使用中電腦數(shù)據(jù)依次寫(xiě)入到各塊硬盤(pán)中，它的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以整倍的提高硬盤(pán)的容量。如使用了三塊80GB的硬盤(pán)組建成RAID 0模式，那么磁盤(pán)容量就會(huì)是240GB。其速度方面，各單獨(dú)一塊硬盤(pán)的速度完全相同。最大的缺點(diǎn)在于任何一塊硬盤(pán)出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)受到破壞，可靠性僅為單獨(dú)一塊硬盤(pán)的1/N。

　　為了解決這一問(wèn)題，便出現(xiàn)了RAID 0的另一種模式。即在N塊硬盤(pán)上選擇合理的帶區(qū)來(lái)創(chuàng)建帶區(qū)集。其原理就是將原先順序?qū)懭氲臄?shù)據(jù)被分散到所有的四塊硬盤(pán)中同時(shí)進(jìn)行讀寫(xiě)。四塊硬盤(pán)的并行操作使同一時(shí)間內(nèi)磁盤(pán)讀寫(xiě)的速度提升了4倍。

　　在創(chuàng)建帶區(qū)集時(shí)，合理的選擇帶區(qū)的大小非常重要。如果帶區(qū)過(guò)大，可能一塊磁盤(pán)上的帶區(qū)空間就可以滿足大部分的I/O操作，使數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)仍然只局限在少數(shù)的一、兩塊硬盤(pán)上，不能充分的發(fā)揮出并行操作的優(yōu)勢(shì)。另一方面，如果帶區(qū)過(guò)小，任何I/O指令都可能引發(fā)大量的讀寫(xiě)操作，占用過(guò)多的控制器總線帶寬。因此，在創(chuàng)建帶區(qū)集時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，慎重的選擇帶區(qū)的大小。

　　帶區(qū)集雖然可以把數(shù)據(jù)均勻的分配到所有的磁盤(pán)上進(jìn)行讀寫(xiě)。但如果我們把所有的硬盤(pán)都連接到一個(gè)控制器上的話，可能會(huì)帶來(lái)潛在的危害。這是因?yàn)楫?dāng)我們頻繁進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，很容易使控制器或總線的負(fù)荷 超載。為了避免出現(xiàn)上述問(wèn)題，建議用戶可以使用多個(gè)磁盤(pán)控制器。最好解決方法還是為每一塊硬盤(pán)都配備一個(gè)專門(mén)的磁盤(pán)控制器。

　　雖然RAID 0可以提供更多的空間和更好的性能，但是整個(gè)系統(tǒng)是非常不可靠的，如果出現(xiàn)故障，無(wú)法進(jìn)行任何補(bǔ)救。所以，RAID 0一般只是在那些對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求不高的情況下才被人們使用。

　　2、RAID 1

　　RA

　　ID 1稱為磁盤(pán)鏡像，原理是把一個(gè)磁盤(pán)的數(shù)據(jù)鏡像到另一個(gè)磁盤(pán)上，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)在寫(xiě)入一塊磁盤(pán)的同時(shí)，會(huì)在另一塊閑置的磁盤(pán)上生成鏡像文件，在不影響性能情況下最大限度的保證系統(tǒng)的可靠性和可修復(fù)性上，只要系統(tǒng)中任何一對(duì)鏡像盤(pán)中至少有一塊磁盤(pán)可以使用，甚至可以在一半數(shù)量的硬盤(pán)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)系統(tǒng)都可以正常運(yùn)行，當(dāng)一塊硬盤(pán)失效時(shí)，系統(tǒng)會(huì)忽略該硬盤(pán)，轉(zhuǎn)而使用剩余的鏡像盤(pán)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，具備很好的磁盤(pán)冗余能力。雖然這樣對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)講絕對(duì)安全，但是成本也會(huì)明顯增加，磁盤(pán)利用率為50%，以四塊80GB容量的硬盤(pán)來(lái)講，可利用的磁盤(pán)空間僅為160GB。另外，出現(xiàn)硬盤(pán)故障的RAID系統(tǒng)不再可靠，應(yīng)當(dāng)及時(shí)的更換損壞的硬盤(pán)，否則剩余的鏡像盤(pán)也出現(xiàn)問(wèn)題，那么整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)崩潰。更換新盤(pán)后原有數(shù)據(jù)會(huì)需要很長(zhǎng)時(shí)間同步鏡像，外界對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)不會(huì)受到影響，只是這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的性能有所下降。因此，RAID 1多用在保存關(guān)鍵性的重要數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。

　　RAID 1主要是通過(guò)二次讀寫(xiě)實(shí)現(xiàn)磁盤(pán)鏡像，所以磁盤(pán)控制器的負(fù)載也相當(dāng)大，尤其是在需要頻繁寫(xiě)入數(shù)據(jù)的環(huán)境中。為了避免出現(xiàn)性能瓶頸，使用多個(gè)磁盤(pán)控制器就顯得很有必要。

　　3、RAID0+1

　　從RAID 0+1名稱上我們便可以看出是RAID0與RAID1的結(jié)合體。在我們單獨(dú)使用RAID 1也會(huì)出現(xiàn)類似單獨(dú)使用RAID 0那樣的問(wèn)題，即在同一時(shí)間內(nèi)只能向一塊磁盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，不能充分利用所有的資源。為了解決這一問(wèn)題，我們可以在磁盤(pán)鏡像中建立帶區(qū)集。因?yàn)檫@種配置方式綜合了帶區(qū)集和鏡像的優(yōu)勢(shì)，所以被稱為RAID 0+1。把RAID0和RAID1技術(shù)結(jié)合起來(lái)，數(shù)據(jù)除分布在多個(gè)盤(pán)上外，每個(gè)盤(pán)都有其物理鏡像盤(pán)，提供全冗余能力，允許一個(gè)以下磁盤(pán)故障，而不影響數(shù)據(jù)可用性，并具有快速讀/寫(xiě)能力。RAID0+1要在磁盤(pán)鏡像中建立帶區(qū)集至少4個(gè)硬盤(pán)。

　　4、RAID： LSI MegaRAID、Nytro和Syncro

　　MegaRAID、Nytro和Syncro都是LSI 針對(duì)RAID而推出的解決方案，并且一直在創(chuàng)造更新。

　　LSI MegaRAID的主要定位是保護(hù)數(shù)據(jù)，通過(guò)高性能、高可靠的RAID控制器功能，為數(shù)據(jù)提供高級(jí)別的保護(hù)。LSI MegaRAID在業(yè)界有口皆碑。

　　LSI Nytro的主要定位是數(shù)據(jù)加速，它充分利用當(dāng)今備受追捧的閃存技術(shù)，極大地提高數(shù)據(jù)I/O速度。LSI Nytro包括三個(gè)系列：LSI Nytro WarpDrive加速卡、LSI Nytro XD 應(yīng)用加速存儲(chǔ)解決方案和LSI Nytro MegaRAID 應(yīng)用加速卡。Nytro MegaRAID主要用于DAS環(huán)境，Nytro WarpDrive加速卡主要用于SAN和NAS環(huán)境，Nytro XD解決方案由Nytro WarpDrive加速卡和Nytro XD 智能高速緩存軟件兩部分構(gòu)成。

　　LSI Syncro的定位主要用于數(shù)據(jù)共享，提高系統(tǒng)的可用性、可擴(kuò)展性，降低成本。

　　LSI通過(guò)MegaRAID提供基本的可靠性保障;通過(guò)Nytro實(shí)現(xiàn)加速;通過(guò)Syncro突破容量瓶頸，讓價(jià)格低廉的存儲(chǔ)解決方案可以大規(guī)模擴(kuò)展，并且進(jìn)一步提高可靠性。5、RAID2：帶海明碼校驗(yàn)

　　從概念上講，RAID 2 同RAID 3類似， 兩者都是將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的硬盤(pán)上， 條塊單位為位或字節(jié)。然而RAID 2 使用一定的編碼技術(shù)來(lái)提供錯(cuò)誤檢查及恢復(fù)。這種編碼技術(shù)需要多個(gè)磁盤(pán)存放檢查及恢復(fù)信息，使得RAID 2技術(shù)實(shí)施更復(fù)雜。因此，在商業(yè)環(huán)境中很少使用。下圖左邊的各個(gè)磁盤(pán)上是數(shù)據(jù)的各個(gè)位，由一個(gè)數(shù)據(jù)不同的位運(yùn)算得到的海明校驗(yàn)碼可以保存另一組磁盤(pán)上。由于海明碼的特點(diǎn)，它可以在數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤的情況下將錯(cuò)誤校正，以保證輸出的正確。它的數(shù)據(jù)傳送速率相當(dāng)高，如果希望達(dá)到比較理想的速度，那最好提高保存校驗(yàn)碼ECC碼的硬盤(pán)，對(duì)于控制器的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，它又比RAID3，4或5要簡(jiǎn)單。沒(méi)有免費(fèi)的午餐，這里也一樣，要利用海明碼，必須要付出數(shù)據(jù)冗余的代價(jià)。輸出數(shù)據(jù)的速率與驅(qū)動(dòng)器組中速度最慢的相等。

　　6 、RAID3：帶奇偶校驗(yàn)碼的并行傳送

　　這種校驗(yàn)碼與RAID2不同，只能查錯(cuò)不能糾錯(cuò)。它訪問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)一次處理一個(gè)帶區(qū)，這樣可以提高讀取和寫(xiě)入速度。校驗(yàn)碼在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生并保存在另一個(gè)磁盤(pán)上。需要實(shí)現(xiàn)時(shí)用戶必須要有三個(gè)以上的驅(qū)動(dòng)器，寫(xiě)入速率與讀出速率都很高，因?yàn)樾ｒ?yàn)位比較少，因此計(jì)算時(shí)間相對(duì)而言比較少。用軟件實(shí)現(xiàn)RAID控制將是十分困難的，控制器的實(shí)現(xiàn)也不是很容易。它主要用于圖形（包括動(dòng)畫(huà)）等要求吞吐率比較高的場(chǎng)合。不同于RAID 2，RAID 3使用單塊磁盤(pán)存放奇偶校驗(yàn)信息。如果一塊磁盤(pán)失效，奇偶盤(pán)及其他數(shù)據(jù)盤(pán)可以重新產(chǎn)生數(shù)據(jù)。 如果奇偶盤(pán)失效，則不影響數(shù)據(jù)使用。RAID 3對(duì)于大量的連續(xù)數(shù)據(jù)可提供很好的傳輸率，但對(duì)于隨機(jī)數(shù)據(jù)，奇偶盤(pán)會(huì)成為寫(xiě)操作的瓶頸。

　　7、RAID4：帶奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤(pán)結(jié)構(gòu)

　　RAID4和RAID3很象，不同的是，它對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)是按數(shù)據(jù)塊進(jìn)行的，也就是按磁盤(pán)進(jìn)行的，每次是一個(gè)盤(pán)。在圖上可以這么看，RAID3是一次一橫條，而RAID4一次一豎條。它的特點(diǎn)和RAID3也挺象，不過(guò)在失敗恢復(fù)時(shí)，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設(shè)計(jì)難度也要大許多，而且訪問(wèn)數(shù)據(jù)的效率不怎么好。

　　8、RAID5：分布式奇偶校驗(yàn)的獨(dú)立磁盤(pán)結(jié)構(gòu)

　　從它的示意圖上可以看到，它的奇偶校驗(yàn)碼存在于所有磁盤(pán)上，其中的p0代表第0帶區(qū)的奇偶校驗(yàn)值，其它的意思也相同。RAID5的讀出效率很高，寫(xiě)入效率一般，塊式的集體訪問(wèn)效率不錯(cuò)。因?yàn)槠媾夹ｒ?yàn)碼在不同的磁盤(pán)上，所以提高了可靠性。但是它對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿行越鉀Q不好，而且控制器的設(shè)計(jì)也相當(dāng)困難。RAID 3 與RAID 5相比，重要的區(qū)別在于RAID 3每進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸，需涉及到所有的陣列盤(pán)。而對(duì)于RAID 5來(lái)說(shuō)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸只對(duì)一塊磁盤(pán)操作，可進(jìn)行并行操作。在RAID 5中有“寫(xiě)損失”，即每一次寫(xiě)操作，將產(chǎn)生四個(gè)實(shí)際的讀/寫(xiě)操作，其中兩次讀舊的數(shù)據(jù)及奇偶信息，兩次寫(xiě)新的數(shù)據(jù)及奇偶信息。

　　9、RAID6：帶有兩種分布存儲(chǔ)的奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤(pán)結(jié)構(gòu)

　　名字很長(zhǎng)，但是如果看到圖，大家立刻會(huì)明白是為什么，請(qǐng)注意p0代表第0帶區(qū)的奇偶校驗(yàn)值，而pA代表數(shù)據(jù)塊A的奇偶校驗(yàn)值。它是對(duì)RAID5的擴(kuò)展，主要是用于要求數(shù)據(jù)絕對(duì)不能出錯(cuò)的場(chǎng)合。當(dāng)然了，由于引入了第二種奇偶校驗(yàn)值，所以需要N+2個(gè)磁盤(pán)，同時(shí)對(duì)控制器的設(shè)計(jì)變得十分復(fù)雜，寫(xiě)入速度也不好，用于計(jì)算奇偶校驗(yàn)值和驗(yàn)證數(shù)據(jù)正確性所花費(fèi)的時(shí)間比較多，造成了不必須的負(fù)載。我想除了軍隊(duì)沒(méi)有人用得起這種東西。

　　10、RAID7：優(yōu)化的高速數(shù)據(jù)傳送磁盤(pán)結(jié)構(gòu)

　　RAID7所有的I/O傳送均是同步進(jìn)行的，可以分別控制，這樣提高了系統(tǒng)的并行性，提高系統(tǒng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)的速度；每個(gè)磁盤(pán)都帶有高速緩沖存儲(chǔ)器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以使用任何實(shí)時(shí)操作芯片，達(dá)到不同實(shí)時(shí)系統(tǒng)的需要。允許使用SNMP協(xié)議進(jìn)行管理和監(jiān)視，可以對(duì)校驗(yàn)區(qū)指定獨(dú)立的傳送信道以提高效率。可以連接多臺(tái)主機(jī)，因?yàn)榧尤敫咚倬彌_存儲(chǔ)器，當(dāng)多用戶訪問(wèn)系統(tǒng)時(shí)，訪問(wèn)時(shí)間幾乎接近于0。由于采用并行結(jié)構(gòu)，因此數(shù)據(jù)訪問(wèn)效率大大提高。需要注意的是它引入了一個(gè)高速緩沖存儲(chǔ)器，這有利有弊，因?yàn)橐坏┫到y(tǒng)斷電，在高速緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)就會(huì)全部丟失，因此需要和UPS一起工作。當(dāng)然了，這么快的東西，價(jià)格也非常昂貴。

　　11、RAID10：高可靠性與高效磁盤(pán)結(jié)構(gòu)

　　這種結(jié)構(gòu)無(wú)非是一個(gè)帶區(qū)結(jié)構(gòu)加一個(gè)鏡象結(jié)構(gòu)，因?yàn)閮煞N結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此可以相互補(bǔ)充，達(dá)到既高效又高速的目的。大家可以結(jié)合兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)來(lái)理解這種新結(jié)構(gòu)。這種新結(jié)構(gòu)的價(jià)格高，可擴(kuò)充性不好。主要用于數(shù)據(jù)容量不大，但要求速度和差錯(cuò)控制的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　12、RAID53：高效數(shù)據(jù)傳送磁盤(pán)結(jié)構(gòu)

　　越到后面的結(jié)構(gòu)就是對(duì)前面結(jié)構(gòu)的一種重復(fù)和再利用，這種結(jié)構(gòu)就是RAID3和帶區(qū)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，因此它速度比較快，也有容錯(cuò)功能。但價(jià)格十分高，不易于實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)帶區(qū)和按位存儲(chǔ)兩種方法，在考慮到效率的情況下，要求這些磁盤(pán)同步真是不容易。

　　RAID技術(shù)的應(yīng)用

　　DAS--direct access storage device直接訪問(wèn)存儲(chǔ)設(shè)備DAS是磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備的術(shù)語(yǔ)，以前被用在大、中型機(jī)上。使用在PC機(jī)上還包括硬盤(pán)設(shè)備DAS的最新形式是RAID。“直接訪問(wèn)”指訪問(wèn)所有數(shù)據(jù)的時(shí)間是相同的。NAS--Network Attached Storage網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)設(shè)備一種特殊目的的服務(wù)器，它具有嵌入式的軟件系統(tǒng)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)個(gè)種的系統(tǒng)平臺(tái)提供文件共享服務(wù)。SAN--Storage Area Networks存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)一種高速的專用網(wǎng)絡(luò)，用于建立服務(wù)器、磁盤(pán)陣列和磁帶庫(kù)之間的一種直接聯(lián)接。它如同擴(kuò)展的存儲(chǔ)器總線，將專用的集線器、交換器以及網(wǎng)關(guān)或橋路互相連接在一起。SAN常使用光纖通道。一個(gè)SAN可以是本地的或者是遠(yuǎn)程的，也可以是共享的或者是專用的。SAN打破了存儲(chǔ)器與服務(wù)器之間的束縛，允許獨(dú)立地選擇最佳的存儲(chǔ)器或者是最佳的服務(wù)器，從而提高可擴(kuò)性和靈活性。

　　混合RAID混合RAID是一種冗余存儲(chǔ)解決方案，采用高容量低成本的SATA或者高性能SAS硬盤(pán)與低延遲高IOPs的固態(tài)盤(pán)，再加上SSD感知的RAID控制卡。

　　在混合RAID中，讀取操作在更高速的SSD中進(jìn)行，而出于冗余考慮，寫(xiě)入操作則在SSD和HDD中進(jìn)行。混合RAID適合于數(shù)據(jù)等級(jí)較低的應(yīng)用，例如互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、文件服務(wù)器或者虛擬機(jī)

　?。?］ 混合RAID 的好處是什么？

　　混合RAID陣列的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)HDD RAID陣列，而且成本比純SSD RAID陣列更低。相比純HDD RAID陣列，混合陣列加速I(mǎi)OPS并降低延遲，使數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算環(huán)境能夠托管更多用戶，每秒鐘在每臺(tái)服務(wù)器上執(zhí)行更多交易，減少了支持任何特定工作負(fù)載所需的服務(wù)器數(shù)量。除了服務(wù)器數(shù)量縮減會(huì)減少數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的占地空間之外，在財(cái)務(wù)上體現(xiàn)出的好處就是降低了采購(gòu)額外服務(wù)器所需的資本開(kāi)支，以及供電、冷卻與維護(hù)相關(guān)的運(yùn)營(yíng)開(kāi)支。

　　混合RAID解決方案

　　從硬件的角度看，搭建一個(gè)混合RAID解決方案可以使用任何容量的SSD和HDD（不過(guò)SSD和HDD的數(shù)量必須相同）。如果這個(gè)RAID陣列使用容量不同的驅(qū)動(dòng)器，那么驅(qū)動(dòng)器容量就是更小的那個(gè)。例如， 一個(gè)RAID 1 使用1個(gè)128GB SSD和2TB HDD，那么邏輯設(shè)備就是128GB。一個(gè)RAID 10使用2個(gè)128GB SSD和2個(gè)2TB HDD，邏輯設(shè)備就是256GB。剩下的HDD容量可用于存儲(chǔ)。

　　不過(guò)，從應(yīng)用的角度看，因?yàn)榇蠖鄶?shù)軟件并不能識(shí)別出采用兩種有著不同特點(diǎn)的存儲(chǔ)的可能性。為了充分利用混合RAID，必須部署一種具有智能存儲(chǔ)處理能力、SSD感知的RAID控制卡。Adaptec 6系列、5Z系列、5系列、2系列和Q系列控制卡經(jīng)過(guò)最新的固件升級(jí)之后， 可以很好地利用剩余容量，自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)混合RAID陣列，將1個(gè)或者多個(gè)SSD與相同數(shù)量的HDD做成RAID 1或者RAID 10陣列。這個(gè)混合RAID陣列對(duì)于操作系統(tǒng)和所有運(yùn)行中的應(yīng)用都是透明的。此外，Adaptec控制卡通過(guò)向HDD和SSD的寫(xiě)入、100%從SSD讀取，提供了最高的混合陣列性能（見(jiàn)右圖Adaptec混合RAID解決方案）。

　　Adaptec混合RAID陣列提供了比標(biāo)準(zhǔn)HDD陣列更高的IOPs性能，同時(shí)寫(xiě)I/O性能也沒(méi)有降級(jí)，見(jiàn)下圖-IOMeter原始性能。

　　一些應(yīng)用甚至看到了通過(guò)Adaptec混合RAID獲得的少量性能優(yōu)勢(shì)，并且混合RAID 1速度比單個(gè)SSD更快，見(jiàn)下圖-AS SSD應(yīng)用性能。

　　軟 RAID 和硬 RAID 各有什么優(yōu)劣？

　　Raid 1+0 軟硬raid 差別不大，甚至硬raid控制器的吞吐量不如x86的系統(tǒng)，從而吞吐量會(huì)比不上軟Raid。

　　Raid 5，6則是硬raid完勝。why？

　?。ó?dāng)然這個(gè)前提不包括Solaris ZFS文件系統(tǒng)，以及使用Linux 3.09之后的內(nèi)核的相關(guān)系統(tǒng)）

　　簡(jiǎn)單通過(guò)Raid5來(lái)進(jìn)行比較。Raid 5基本原理是異或運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　XOR （0， 1） = 1

　　XOR （1， 0） = 1

　　XOR （0， 0） = 0

　　XOR （1， 1） = 0

　　硬盤(pán)1 硬盤(pán)2 硬盤(pán)3

　　| 101 | 010 | 011 |

　　XOR （101， 010， 011） = 100

　　過(guò)程如下：

　　XOR （101，010） = 111 ， XOR （111， 011） = 100

　　校驗(yàn)盤(pán)P

　　| 101 | 010 | 011 | 100 |

　　| 101 | 掛了 | 011 | 100 |

　　還原010

　　XOR （101， 011， 100） = 010

　　當(dāng)然實(shí)際過(guò)程比這個(gè)要復(fù)雜的多的多。

　　Raid 5讀寫(xiě)數(shù)據(jù)流程是，讀寫(xiě)也是基于Raid stripe size， 相當(dāng)于是一個(gè)數(shù)據(jù)快是Raid最小基礎(chǔ)單元。像人體細(xì)胞一樣。

　　Raid5 寫(xiě)一份數(shù)據(jù)，需要下列操作，普通硬盤(pán)只要1次寫(xiě)操作。

　　控制器讀取舊的數(shù)據(jù)塊，

　　讀取舊的校驗(yàn)塊。

　　并和新計(jì)算出來(lái)的進(jìn)行比對(duì)，如果有修改，則要改寫(xiě)舊塊為新塊（數(shù)據(jù)快和校驗(yàn)塊）。

　　如果只是同等內(nèi)容修改，沒(méi)有用到新的塊。就到此為止了。

　　簡(jiǎn)單的例子是，我新建一個(gè)文本文檔，只有一個(gè)字符A，沒(méi)有空格，空行，tab。我修改A為B，然后保存，文件大小是不變的。如果我把A改成兩個(gè)字母“AB”，再保存。相當(dāng)于申請(qǐng)新的空間來(lái)保存另外一個(gè)字符B。（此例子只能用來(lái)理解，不能代表100%Raid控制器和文件系統(tǒng)是這樣存儲(chǔ)數(shù)據(jù)）

　　如果有追加的數(shù)據(jù)

　　則還要寫(xiě)入新的數(shù)據(jù)塊和新的校驗(yàn)塊。這一段參考wiki，但是它沒(méi)有寫(xiě)出追加和修改的區(qū)別，我這里寫(xiě)出來(lái)了。

　　所謂硬件Raid控制器也是一套私有系統(tǒng)，自己的CPU，內(nèi)存，以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單元。只是很小，根據(jù)LSI的文檔，同一代高中低端的芯片也是這樣劃分的。根據(jù)CPU，內(nèi)存頻率，當(dāng)然也有軟件算法升級(jí)和以及某些功能license。其實(shí)和intel，nvidia沒(méi)啥區(qū)別。

　　注意cache的速度比硬盤(pán)快很多。100倍或更多。當(dāng)然和硬件有關(guān)。

　　硬件raid控制器優(yōu)勢(shì)，有電池或者SLC的SSD來(lái)對(duì)cache進(jìn)行保護(hù)。（不清楚有沒(méi)有無(wú)良廠商使用MLC的），相當(dāng)于給你的臺(tái)式機(jī)內(nèi)存加裝電池，或者類似win7的關(guān)機(jī)休眠功能，關(guān)機(jī)后，內(nèi)存仍可以得到供電。重新開(kāi)機(jī)后，打開(kāi)的程序都還在。所以有了電池或者SSD作為cahce，所以硬件raid控制器可以把上述Raid5頻繁讀寫(xiě)操作往cache里面塞，主要針對(duì)讀寫(xiě)量不連續(xù)磁盤(pán)塊的寫(xiě)操作和以及校驗(yàn)操作，如果夠大的話，會(huì)預(yù)讀一部分校驗(yàn)數(shù)據(jù)到緩存里面。順序讀寫(xiě)磁盤(pán)速度是可以接受的（相對(duì)來(lái)說(shuō)，極少磁盤(pán)額外尋道時(shí)間）。所以，我寫(xiě)10次校驗(yàn)數(shù)據(jù)不連續(xù)的寫(xiě)操作，可能都是寫(xiě)到帶電池的高速緩存中，同樣連續(xù)的寫(xiě)操作，cache會(huì)保存校驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是個(gè)人覺(jué)得連續(xù)寫(xiě)操作不經(jīng)過(guò)cache效率會(huì)更高。

　　同樣，軟raid，控制調(diào)度是OS內(nèi)核，Xeon E5 E7怎么都比Power 800要牛B的多吧，注意注意，高速cache不是內(nèi)存哦。因?yàn)槟愕姆?wù)器內(nèi)存木有電池哦，所以軟Raid則會(huì)使用同步IO操作（帶fsync， O_SYNC標(biāo)志的操作）。結(jié)果就是相當(dāng)于沒(méi)有內(nèi)存，因?yàn)槊看我却疟P(pán)確認(rèn)響應(yīng)，相當(dāng)于你把你的硬Raid控制器調(diào)整為write through模式。相當(dāng)于你的Raid沒(méi)有那塊高速cache。

　　于是，校驗(yàn)寫(xiě)一次，雖然經(jīng)過(guò)內(nèi)存，但是kernel要求要求軟raid驅(qū)動(dòng)給一個(gè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入的確認(rèn)，軟raid驅(qū)動(dòng)會(huì)把這個(gè)請(qǐng)求仍給硬盤(pán)，要求我（軟raid驅(qū)動(dòng)）剛才寫(xiě)入1，2，3，4號(hào)盤(pán)的數(shù)據(jù)是不是都寫(xiě)入了。如果寫(xiě)入了給一個(gè)確認(rèn)。它會(huì)等到最后才執(zhí)行完的那塊硬盤(pán)給出確認(rèn)后，再回復(fù)kernel，啊，數(shù)據(jù)寫(xiě)完了。

　　廢話這么多，硬件raid可以在高速緩存中合并非連續(xù)寫(xiě)和校驗(yàn)寫(xiě)為連續(xù)的寫(xiě)操作。

　　軟件raid則要確認(rèn)每一次數(shù)據(jù)和校驗(yàn)寫(xiě)是否都寫(xiě)入到磁盤(pán)上去了，還要額外附加一些讀操作，7200或者15000的磁頭要轉(zhuǎn)啊轉(zhuǎn)，延時(shí)啊。

　　所以軟Raid用來(lái)做Raid 1+0 或者Raid 1是和硬件Raid沒(méi)有太多區(qū)別，可能性能會(huì)更好。

　　但是用來(lái)做有校驗(yàn)的Raid 4，5，6. 則會(huì)導(dǎo)致寫(xiě)性能瓶頸。

　　當(dāng)然如果你做Raid4，校驗(yàn)盤(pán)用一塊同容量SSD來(lái)替代，也是不錯(cuò)的。哈哈。

　　在來(lái)一個(gè)例子理解，比如軟raid要出差，目前在帝都北京，但是明天要去武漢，后天又要回北京，最后還要去深圳，去完了還要返回北京，客戶都約好了，不能改時(shí)間。

　　但是硬raid比較靈活，提前和客戶排好了班，先去深圳，再去武漢，最后回北京。

　　雖然OS自己有自己的IO調(diào)度隊(duì)列，但是被fsync，O_SYNC這種同步IO標(biāo)志限制了，沒(méi)辦法必須寫(xiě)到此盤(pán)，因?yàn)闆](méi)有帶電池的內(nèi)存。（不帶電存儲(chǔ)的高速cache）

　　但是Linux 3.09之后，情況不是這樣了，3.09引入dm-cache，3.10引入bcache

　　簡(jiǎn)單而言，就是可以使用一個(gè)block device塊設(shè)備，作為另一個(gè)塊設(shè)備的write back cache。

　　也就是說(shuō)，我用一塊高速SSD + 若干的硬盤(pán)做軟raid，也有高速寫(xiě)cache了。

　　硬件raid慢慢要失去優(yōu)勢(shì)了。后續(xù)我也看好btrfs加入raid5，6的支持，當(dāng)然在沒(méi)有raid7，8出現(xiàn)的情況下。

　　之前還提到了Sun的存儲(chǔ)，Sun有一個(gè)系列Sun ZFS Storage

　　為什么Sun的SAN存儲(chǔ)都是軟Raid + SSD，就可以實(shí)現(xiàn)和硬Raid匹敵的速度呢？

　　因?yàn)閆FS里面或者說(shuō)Solaris內(nèi)核里面，早就實(shí)現(xiàn)了linux 3.10的bcache的功能。

　　所以SUN真是先驅(qū)者。確認(rèn)了用更廉價(jià)的硬件是可以搭建出和硬件raid匹敵的硬件。

　　本人非硬件驅(qū)動(dòng)，電子電路工程師，少部分只是看程序YY的答案，回答難免有誤。

　　歡迎大嬸指正。