Hua Wei er前奏曲之RAID概述

参考《大话存储终极版》
time： 2020.1.13
author： wfs1874

为了制造单盘容量更大的硬盘，为此RAID技术诞生！

• 磁盘冗余阵列 RAID 即 Redundant Array of Independent Disks

1. 引子

RAID一共有7种模式，从 RAID0 到 RAID6， 技术逐渐提升，每种有每一种的特点！

2. RAID0技术

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如上图所示，这里的Stripe完全由虚拟的，将5个磁盘的相同的逻辑位置组成一个条带，条带的深度可以自定义，可以是一个扇区，也可以是扇区的倍数。条带长度指的是这个条带总共的容量 即 深度*磁盘个数。
要提升性能，让一个IO尽量散到多块物理盘上，就要减小条带深度。这样读取和写入就大大提升了速度。但是条带深度极小，则并发IO几率就越低。

并发IO和条带深度往往是矛盾的！ RAID 0 对数据没有任何保护机制，里面缺乏容错机制，如果一块磁盘坏了，则数据无法恢复，造成很大的灾难！

3. RAID 1 技术

RAID1对每一个磁盘上的数据块，都在另一个磁盘上有其镜像备份，也就是说数据有两份，对于写IO要写两份数据，速度会有所下降！但是读IO时可以实现并发！即使是顺序IO也可以同时从两块物理盘上同时读数据，RAID1 可以没有stripe的概念！

RAID1有点浪费磁盘，两倍的浪费！

4. RAID 2 技术

RAID2是一种特殊的RAID模式，早已经被淘汰。其思想是将数据以位为单位分散到不同的磁盘上。可以理解为条带深度是1bit！

• 所以RAID2每次读写都会全部磁盘联动！所以RAID2不能实现并发IO。
• RAID2采用的是汉明码校验，有校验盘，4块数据盘时需要3块校验盘，但是随着数据盘数量的增加，校验盘所占的比例会显著减小。2^p >= p+D+1 ====>> p指校验位，D指数据位
  

5. RAID 3 技术

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RAID2的缺点很多，比如非事务性IO对它的影响，校验盘数量太多。

RAID3抛弃RAID2 以比特位为单位分割，是以一个扇区或几个扇区，RAID3还采取了高效的XOR校验算法，但是只能判断有误，不能判断哪一位有误，更不能修正错误。这样仅需一个校验盘就足够了。

• RAID3 的每个条带长度被设计为一个文件系统块的大小，深度随磁盘数量而定，但是最小深度为1个扇区。

RAID3和RAID2一样不能实现并发IO，因为一个IO要占用全部盘，就算IO SIZE小于stripe SIZE，因为校验盘的独享也不能实现并发IO。

如果出现随机IO，由于RAID3每个IO都要牵动所有盘来为他服务，所以提升会极小。

6. RAID4技术

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RAID 3 是不支持并发的，RAID4 在 RAID3的基础上增大了条带深度，以至于每个IO都少占用磁盘，甚至一个IO占用一个磁盘。

• 但是 RAID4的校验盘成为瓶颈！存在争用校验盘的问题！
  

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所以如果要使用 RAID4 不进行特别优化是不行的，至少要让它可以进行并发IO。如果要优化至并发几率很高是不容易的，目前只有 NetAPP的 WAFL文件系统还在使用 RAID4。 RAID4面临淘汰。

7. RAID 5 技术

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首先介绍三个概念： 整条写，重构写，读改写：

RAID 4的弊端为校验盘争用，RAID5将校验盘也分散到各个盘中！这样可以实现并发，磁盘数量越多，可并发几率就越大！

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* RAID 5E 和 5EE

增加了备用功能，RAID 5E是每一个盘都留一部分作为备用磁盘空间，RAID 5EE将备用磁盘空间也分散至各个磁盘！

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HS 代表hot space 热备空间！

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8. RAID 6技术

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RAID 5只能允许坏掉一块盘，但是同时坏掉两个盘则数据就会丢失，RAID6应运而生，增加了一块校验盘，用另外一个方程式来计算新的校验数据。

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RAID 6和 RAID5相比，再写的时候同时读取或者写入额外的一份校验数据，不过由于是并行操作，所以不比RAID 5 慢多少。其他特性和RAID 5类似。