RAID磁盘阵列是什么

在单机时代，采用单块磁盘进行数据存储和读写的方式，由于寻址和读写的时间消耗，导致I/O性能非常低，且存储容量还会受到限制。另外，单块磁盘极其容易出现物理故障，经常导致数据的丢失。因此大家就在想，有没有一种办法将多块独立的磁盘结合在一起组成一个技术方案，来提高数据的可靠性和I/O性能呢。

在这种情况下，RAID技术就应运而生了。

一、RAID 是什么？

RAID （ Redundant Array of Independent Disks ）即独立磁盘冗余阵列，简称为「磁盘阵列」，其实就是用多个独立的磁盘组成在一起形成一个大的磁盘系统，从而实现比单块磁盘更好的存储性能和更高的可靠性。

二、RAID 有哪些？

RAID方案常见的可以分为：

RAID0
RAID1
RAID5
RAID6
RAID10

1、RAID0

RAID0 是一种非常简单的的方式，它将多块磁盘组合在一起形成一个大容量的存储。当我们要写数据的时候，会将数据分为N份，以独立的方式实现N块磁盘的读写，那么这N份数据会同时并发的写到磁盘中，因此执行性能非常的高。

RAID0 的读写性能理论上是单块磁盘的N倍（仅限理论，因为实际中磁盘的寻址时间也是性能占用的大头）。

但RAID0的问题是，它并不提供数据校验或冗余备份，因此一旦某块磁盘损坏了，数据就直接丢失，无法恢复了。因此RAID0就不可能用于高要求的业务中，但可以用在对可靠性要求不高，对读写性能要求高的场景中

2、RAID1

RAID1 是磁盘阵列中单位成本最高的一种方式。因为它的原理是在往磁盘写数据的时候，将同一份数据无差别的写两份到磁盘，分别写到工作磁盘和镜像磁盘，那么它的实际空间使用率只有50%了，两块磁盘当做一块用，这是一种比较昂贵的方案，原理图如下：

RAID1其实与RAID0效果刚好相反。RAID1 这种写双份的做法，就给数据做了一个冗余备份。这样的话，任何一块磁盘损坏了，都可以再基于另外一块磁盘去恢复数据，数据的可靠性非常强，但性能就没那么好了。

3、RAID5

这是目前用的最多的一种方式，因为 RAID5 是一种将存储性能、数据安全、存储成本兼顾的一种方案。

在了解RAID5之前，我们可以先简单看一下RAID3，虽然RAID3用的很少，但弄清楚了RAID3就很容易明白RAID5的思路。

RAID3的方式是：将数据按照RAID0的形式，分成多份同时写入多块磁盘，但是还会另外再留出一块磁盘用于写「奇偶校验码」。例如总共有N块磁盘，那么就会让其中额度N-1块用来并发的写数据，第N块磁盘用记录校验码数据。一旦某一块磁盘坏掉了，就可以利用其它的N-1块磁盘去恢复数据。

但是由于第N块磁盘是校验码磁盘，因此有任何数据的写入都会要去更新这块磁盘，导致这块磁盘的读写是最频繁的，也就非常的容易损坏。

其他原理图如下：

RAID5模式中，不再需要用单独的磁盘写校验码了。它把校验码信息分布到各个磁盘上，其原理图如下：

例如，总共有N块磁盘，那么会将要写入的数据分成N份，并发的写入到N块磁盘中，同时还将数据的校验码信息也写入到这N块磁盘中（数据与对应的校验码信息必须得分开存储在不同的磁盘上）。一旦某一块磁盘损坏了，就可以用剩下的数据和对应的奇偶校验码信息去恢复损坏的数据。

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）

RAID5的方式，最少需要三块磁盘来组建磁盘阵列，允许最多同时坏一块磁盘。如果有两块磁盘同时损坏了，那数据就无法恢复了。

4、RAID6

与RAID 5相比，RAID 6增加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，任意两块磁盘同时失效时不会影响数据完整性，其原理图如下：

RAID 6需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间和额外的校验计算，相对于RAID 5有更大的IO操作量和计算量，其“写性能”强烈取决于具体的实现方案，因此RAID 6通常不会通过软件方式来实现，而更可能通过硬件方式实现。

同一数组中最多容许两个磁盘损坏。更换新磁盘后，数据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。可使用的容量为硬盘总数减去2的差，乘以最小容量。

RAID 6在硬件磁盘阵列卡的功能中，也是最常见的磁盘阵列等级。

5、RAID10

RAID10其实就是RAID1与RAID0的一个合体，RAID 10是先分割数据再镜像，再将所有硬盘分为两组，视为以RAID 1作为最低组合，然后将每组RAID 1视为一个“硬盘”组合为RAID 0运作。

原理图如下：

磁盘阵列比较表

下面给出以上磁盘阵列的比较表，加深印象：

参考资料：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/51170719
https://zh.wikipedia.org/wiki/RAID