外部盘阵技术（磁盘阵列RAID技术）

一,外部盘阵技术概述

磁盘阵列（Redundant Arrays of Inexpensive Disks，RAID），有“价格便宜具有冗余能力的磁盘阵列”之意。原理是利用数组方式来作磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性。磁盘阵列是由很多价格较便宜的磁盘，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。磁盘阵列还能利用同位检查（Parity Check）的观念，在数组中任一颗硬盘故障时，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。

磁盘阵列其样式有三种，一是外接式磁盘阵列柜、二是内接式磁盘阵列卡，三是利用软件来仿真。

外接式磁盘阵列柜最常被使用大型服务器上，具可热抽换（Hot Swap）的特性，不过这类产品的价格都很贵。

内接式磁盘阵列卡，因为价格便宜，但需要较高的安装技术，适合技术人员使用操作。

利用软件仿真的方式，由于会拖累机器的速度，不适合大数据流量的服务器。

在RAID中，可以让很多磁盘驱动器同时传输数据，而这些磁盘驱动器在逻辑上又是一个磁盘驱动器，所以使用RAID可以达到单个磁盘驱动器几倍、几十倍甚至上百倍的速率。这也是RAID最初想要解决的问题。

RAID容错是建立在每个磁盘驱动器的硬件容错功能之上的，所以它提供更高的安全性。在很多RAID模式中都有较为完备的相互校验/恢复的措施，甚至是直接相互的镜像备份，从而大大提高了RAID系统的容错度，提高了系统的稳定冗余性。

二,RAID种类

RAID技术主要包含RAID 0～RAID 50等数个规范，它们的侧重点各不相同，常见的规范有如下几种：

RAID 0：RAID 0连续以位或字节为单位分割数据，并行读/写于多个磁盘上，因此具有很高的数据传输率，但它没有数据冗余，因此并不能算是真正的RAID结构。RAID 0只是单纯地提高性能，并没有为数据的可靠性提供保证，而且其中的一个磁盘失效将影响到所有数据。因此，RAID 0不能应用于数据安全性要求高的场合。

RAID 1：它是通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在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。RAID 1是磁盘阵列中单位成本最高的，但提供了很高的数据安全性和可用性。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。

RAID 0+1: 也被称为RAID 10标准，实际是将RAID 0和RAID 1标准结合的产物，它的优点是同时拥有RAID 0的超凡速度和RAID 1的数据高可靠性，但是CPU占用率同样也更高，而且磁盘的利用率比较低。

RAID 2：将数据条块化地分布于不同的硬盘上，条块单位为位或字节，并使用称为“加重平均纠错码（海明码）”的编码技术来提供错误检查及恢复。这种编码技术需要多个磁盘存放检查及恢复信息，使得RAID 2技术实施更复杂，因此在商业环境中很少使用。

RAID 3：它同RAID 2非常类似，都是将数据条块化分布于不同的硬盘上，区别在于RAID 3使用简单的奇偶校验，并用单块磁盘存放奇偶校验信息。

RAID 4：RAID 4同样也将数据条块化并分布于不同的磁盘上，但条块单位为块或记录。RAID 4使用一块磁盘作为奇偶校验盘，每次写操作都需要访问奇偶盘，这时奇偶校验盘会成为写操作的瓶颈，因此RAID 4在商业环境中也很少使用。

RAID 5：RAID 5不单独指定的奇偶盘，而是在所有磁盘上交叉地存取数据及奇偶校验信息。在RAID 5上，读/写指针可同时对阵列设备进行操作，提供了更高的数据流量。RAID 5更适合于小数据块和随机读写的数据。

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。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施方式使得RAID 6很少得到实际应用。

RAID 7：这是一种新的RAID标准，其自身带有智能化实时操作系统和用于存储管理的软件工具，可完全独立于主机运行，不占用主机CPU资源。

RAID 5E(RAID 5 Enhencement): RAID 5E是在RAID 5级别基础上的改进，与RAID 5类似，数据的校验信息均匀分布在各硬盘上，但是，在每个硬盘上都保留了一部分未使用的空间，这部分空间没有进行条带化，最多允许两块物理硬盘出现故障。RAID 5E是把数据分布在所有的硬盘上，性能会比RAID5 加一块热备盘要好。

RAID 5EE: 与RAID 5E相比，RAID 5EE的数据分布更有效率，每个硬盘的一部分空间被用作分布的热备盘，它们是阵列的一部分，当阵列中一个物理硬盘出现故障时，数据重建的速度会更快。

RAID 50：RAID50是RAID5与RAID0的结合。此配置在RAID5的子磁盘组的每个磁盘上进行包括奇偶信息在内的数据的剥离。每个RAID5子磁盘组要求三个硬盘。RAID50具备更高的容错能力，因为它允许某个组内有一个磁盘出现故障，而不会造成数据丢失。

RAID 或独立（或廉价）冗余磁盘阵列

定义： "多种技术的集合，将多个廉价的磁盘驱动器作为一个单元处理，以提高性能及可靠性”

RAID 级别包括标准或复合级别：

标准级别为磁盘的群组

例如：使用两个磁盘创建一个 RAID 0 阵列

复合级别指标准级别的群组

例如：使用两个 RAID 0 阵列创建一个 RAID 00 阵列

IBM ServeRAID 适配器支持的 RAID 级别：

0、00、1、10、1E、1E0、5、5E、5EE、50、6 及 60

RAID 0

RAID 0 条带化存储，无奇偶校验

优点

–    
大型驱动器阵列，最大可用空间

–    
通过数据分带提升性能

–    
可用空间 = N

缺点

–    
没有冗余

RAID 1

RAID 1 磁盘镜像

优点

–    
良好的读取性能

–    
出色的数据冗余

–    
驱动器最小数量  = 2

–    
可用空间 = N/2

缺点

–    
冗余的高额费用

–    
两个物理磁盘的局限性

RAID 1E

RAID 1 增强型 (RAID 1E) 磁盘分条及镜像

优点

–    
通过数据分带提升性能

–    
出色的数据冗余

–    
与 RAID 1 相比，阵列容量更大

–    
驱动器最小数量  = 3

–    
可用空间 = N/2

缺点

–    
冗余的高额费用

RAID 5

RAID 5 数据分带，支持非对称奇偶检验

优点

–    
非常高效地利用冗余空间

–    
驱动器最小数量  = 3

–    
可用空间 = N - 1

缺点

–    
与 RAID 1 相比，其读/写性能低

增强型 RAID 5 (5E)

增强型 RAID 5 (RAID 5E) 数据分带，支持非对称奇偶检验以及分布式热备份

优点

–    
通过数据分带提升性能

–    
出色的数据冗余

–    
与 RAID 1 相比，阵列容量更大

–    
驱动器最小数量  = 4

–    
可用空间 = N -2

缺点

–    
逻辑驱动器/阵列的数量

RAID 6

RAID-6 是带双重奇偶校验 RAID 的分带集

优点

–    
多种奇偶校验类型

–    
两套奇偶校验数据在阵列内所有的驱动器上存储

–    
与单奇偶校验 (RAID-5) 相比，故障间的平均时间在 100 倍以上

–    
驱动器最小数量  = 4

在不丢失数据的情况下，两个驱动器可能丢失

–    
可用空间 = N/-2

–    
缺点

–    
复杂的控制器设计

写入性能差

RAID 00

RAID 10

RAID 1E0

RAID 50

RAID 5EE

备份区总计达到 72 GB （相当于一个物理磁盘的容量），并预留作为热备份区使用。当一个驱动器发生故障时，利用剩余的数据及奇偶信息，通过数据重建，在备份空间对数据重新分带。

RAID 60

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