磁盘阵列RAID

RAID 0（无校验和镜像的块级数据分割）不提供冗余，提供更高的性能和更大的存储空间，无容错能力。一个驱动器发生故障，破坏整个阵列，因为当数据被写入到RAID 0卷，数据被分解成称为块碎片。分割大小决定块数，这是一个阵列的配置参数。块被同时写入各自的驱动器的同一扇区。整个数据块的小部分在每个驱动器并行被读出，增加了带宽。 RAID 0不执行错误检查，所以任何错误是无法纠正的。更多的驱动器阵列，意味着更高的带宽，但数据丢失的风险更大，只要坏了一个盘，所有数据丢失。

阵列中所有硬盘可以同步访问，在所有的级别中，RAID 0的速率是最快的。RAID 0没有冗余的记录恢复用数据，所以没有容错功能。RAID 0代表了RAID系统的高性能、低成本方案，适用于低成本、低可靠性的台式系统，在这里，高速的数据吞吐比可靠性更重要。（高性能、低可靠、低成本）

计算：实际可用空间 = 总磁盘容量。至少1个盘。

 

RAID 1（无奇偶校验和数据分割的镜像），相同的数据被写入多个驱动器，从而产生一种“镜像集”，要求至少有两个驱动器构成这样的一个数组。除非拥有相同资料的主磁盘与镜像同时损坏，否则只要一个磁盘正常即可维持运作，可靠性最高。RAID 1就是镜像。其原理为在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘（物理）损坏时，镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因为有镜像硬盘做数据备份，所以RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但无论用多少磁盘做RAID 1，仅算一个磁盘的容量，是所有RAID上磁盘利用率最低的一个级别。

RAID 1采用镜像容错来提高可靠性，既每一个工作盘都有一个镜像盘，每次写数据时必须同时写入镜像盘，从镜像盘读出数据，然后由系统再恢复工作盘正确数据。因此这种方式数据可以重构，可靠性最高，但工作盘和镜像盘必须保持一一对应的关系。RAID 1可靠性极高，但其有效容量很低，常用于出错率要求极严格的应用场合。（高可靠、高成本）

计算：实际可用空间 = 总磁盘容量的*(1/2)。至少2个盘。

 

 

RAID 2（位级专用海明码校验的数据分割），所有的磁盘主轴旋转是同步的，数据是分割的，每个顺序位在不同的驱动器上。海明码校验跨越相应位计算，至少有一个奇偶校验驱动器上存储。

 

 

RAID 3（字节级专用奇偶校验的数据分割），所有的磁盘主轴旋转是同步的，每个连续的字节在不同的驱动器上。跨越相应的字节和奇偶校验计算，存储专用奇偶校验驱动器上。

RAID 3支持阵列中多硬盘的同步访问，整个阵列的带宽可以充分利用，在要求大块数据顺序传送时比较理想，如图形、图像、科学计算等应用。缺点是每次读写要牵动整个组，每次只能完成一次I/O，所以作为文件服务器共享时性能不好。

 

 

RAID 4（块级专用的奇偶校验的数据分割）与RAID 5相同，但所有的校验数据存储在专用的驱动器上。在此设置中，文件可以分布在多个驱动器。每个驱动器独立运作，使I/O请求被并行执行。然而，使用专用奇偶校验驱动器会产生性能瓶颈，因为校验数据必须写入到一个专用的奇偶校验驱动器，总体写性能可能取决于这个奇偶校验驱动器的性能。

 

RAID 5（块级分布式奇偶校验的数据分割）RAID Level 5 是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。它使用的是Disk Striping（硬盘分割）技术。RAID 5 至少需要三颗硬盘， RAID 5不对存储的数据进行备份，而是把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。当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。 RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以为系统提供数据安全保障，但保障程度要比镜像低而磁盘空间利用率要比镜像高。RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度相当的慢，若使用“回写快取”可以让效能改善不少。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息，RAID 5的磁盘空间利用率要比RAID 1高，存储成本相对较便宜。

计算：实际可用空间 = [(n-1)/n]*总容量 = (n-1) * 单个盘容量 ，n为盘个数。至少3个盘。

 

 

RAID5校验位算法原理

P=D1 xor D2 xor D3 … xor Dn （D1,D2,D3 … Dn为数据块，P为校验，xor为异或运算）

XOR(Exclusive OR)的校验原理如下表：

A值	B值	Xor结果
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	0

这里的A与B值就代表了两个位，从中可以发现，A与B一样时，XOR结果为0，A与B不一样时，XOR结果就是1，而且知道XOR结果和A与B中的任何一个数值，就可以反推出另一个数值。比如A为1，XOR结果为1，那么B肯定为0，如果XOR结果为0，那么B肯定为1。这就是XOR编码与校验的基本原理。

 

用简单的语言来表示，至少使用3块硬盘（也可以更多）组建RAID5磁盘阵列，当有数据写入硬盘的时候，按照1块硬盘的方式就是直接写入这块硬盘的磁道，如果是RAID5的话这次数据写入会根据算法分成3部分，然后写入这3块硬盘，写入的同时还会在这3块硬盘上写入校验信息，当读取写入的数据的时候会分别从3块硬盘上读取数据内容，再通过检验信息进行校验。当其中有1块硬盘出现损坏的时候,就从另外2块硬盘上存储的数据可以计算出第3块硬盘的数据内容。也就是说raid5这种存储方式只允许有一块硬盘出现故障，出现故障时需要尽快更换。当更换故障硬盘后，在故障期间写入的数据会进行重新校验。 如果在未解决故障又坏1块，那就是灾难性的了。

 

RAID 6（块级双分布式奇偶校验的数据分割）与RAID 5相比，RAID 6增加了第二个独立的奇偶校验信息块。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，相对于RAID 5有更大的“写损失”，因此“写性能”非常差。较差的性能和复杂的实作方式使得RAID 6很少得到实际应用。同一阵列中最多容许两个磁盘损坏。更换新磁盘后，资料将会重新算出并写入新的磁盘中。依照设计理论，RAID 6必须具备四个以上的磁盘才能生效。

 

RAID 10/01
RAID 10/01其实可细分为RAID 1+0或RAID 0+1。
RAID 1+0是先镜射再分割资料。是将所有硬盘分为两组，视为是RAID 0的最低组合，然后将这两组各自视为RAID 1运作。RAID 1+0有着不错的读取速度，而且拥有比RAID 0更高的资料保护性。
RAID 0+1则是跟RAID 1+0的程序相反，是先分割再将资料镜射到两组硬盘。它将所有的硬盘分为两组，变成RAID 1的最低组合，而将两组硬盘各自视为RAID 0运作。RAID 0+1比起RAID 1+0有着更快的读写速度，不过也多了一些会让整个硬盘组停止运转的机率；因为只要同一组的硬盘全部损毁，RAID 0+1就会停止运作，而RAID 1+0则可以在牺牲RAID 0的优势下正常运作。
RAID 10巧妙的利用了RAID 0的速度以及RAID 1的保护两种特性，不过它的缺点是需要的硬盘数较多，因为至少必须拥有四个以上的偶数硬盘才能使用。

                   

 计算：实际可用空间 = 总磁盘容量的*(1/2)。至少四个盘。

 

 

RAID级别的比较

参考：http://zh.wikipedia.org/wiki/RAID

        http://en.wikipedia.org/wiki/RAID