RAID 概念- RAID-0-1-5-10 的工作原理

RAID 概念-企业级 RAID-0-1-5-10 的工作原理

磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），有“独立磁盘构成的具有冗余
能力的阵列”之意（其中一块盘坏了，数据不丢失）。 磁盘阵列是由很多价格较便宜的磁盘，以硬件 （RAID
卡）或软件（MDADM）形式组合成一个容量巨大的磁盘组，利用多个磁盘组合在一起，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，在阵列中任意一个硬盘故障时，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（也就是坏了一块盘，拔掉，插入新盘，数据还能恢复到新盘，利用奇 偶校验） 注：RAID
可以预防数据丢失，但是它并不能完全保证你的数据不会丢失，所以大家使用 RAID 的 同时还是注意备份重要的数据 RAID
的创建有两种方式：软 RAID（通过操作系统软件来实现）和硬 RAID（使用硬件阵列卡）； 在企业中用的最多的是：raid1、raid5 和
raid10。不过随着云的高速发展，阿里云，腾讯云等供应商一 般可以把硬件问题解决掉。（你在用云的时候，会关注供应商底层是用什么 raid 类型吗）

1.1RAID 几种常见的类型

级 别 -------------说 明-------- 最低磁盘个数率 -------- 空间利用-------- 各自的优缺点
RAID0------------条带卷--------------2+--------------------100%--------读写速度快，不容错
RAID1------------镜像卷--------------2----------------------50%--------写速度一般,读速度提升，容错
RAID5----带奇偶校验的条带卷----3+---------------------(n-1)/n------读写速度快，容错，允许坏一块
RAID5--带奇偶校验的条带集，双校验----4+------------(n-2)/n--------读写快，容错，允许坏两块盘
等.........

RAID 基本思想：把好几块硬盘通过一定组合方式把它组合起来，成为一个新的硬盘阵列组，从而使
它能够达到高性能硬盘的要求
RAID 有三个关键技术：
镜像：提供了数据的安全性；
chunk 条带（块大小也可以说是条带的粒度），它的存在的就是为了提高 I/O，提供了数据并发性
数据的校验：保证了数据的可靠性
Raid 相对于单个磁盘优点：

1.2RAID-0 的工作原理

条带 （strping），也是我们最早出现的 RAID 模式
需磁盘数量:2 块以上(大小最好相同)，是组建磁盘阵列中最简单的一种形式，只需要 2 块以上的硬盘
即可.

特点:成本低，可以提高整个磁盘的性能和吞吐量。RAID 0 没有提供冗余或错误修复能力，速度快.
任何一个磁盘的损坏将损坏全部数据；磁盘利用率为 100%。

1.3RAID-1

mirroring（镜像卷），需要磁盘两块以上
原理:是把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，也就是说数据在写入一块磁盘的同时，会在另一块
闲置的磁盘上生成镜像文件，(同步)

RAID 1 mirroring（镜像卷），至少需要两块硬盘，raid 大小等于两个 raid 分区中最小的容量（最
好将分区大小分为一样），数据有冗余，在存储时同时写入两块硬盘，实现了数据备份；

磁盘利用率为 50%，即 2 块 100G 的磁盘构成 RAID1 只能提供 100G 的可用空间。如下图

1.4RAID-5

需要三块或以上硬盘，可以提供热备盘实现故障的恢复；只损坏一块，没有问题。但如果同时损坏两
块磁盘，则数据将都会损坏。 空间利用率： (n-1)/n 2/3
如下图所示

奇偶校验信息的作用:
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。
展：异或运算
是用相对简单的异或逻辑运算（相同为 0，相异为 1）
A 值-------B 值 -------Xor 结果
0 ------------0--------------0
1 ------------0--------------1
0 ------------1--------------0
1 ------------1--------------1

1.5嵌套 RAID 级别

RAID-10 镜像+条带
RAID 10 是将镜像和条带进行两级组合的 RAID 级别，第一级是 RAID1 镜像对，第二级为 RAID
0。比如我们有 8 块盘，它是先两两做镜像，形成了新的 4 块盘，然后对这 4 块盘做 RAID0；当
RAID10 有一个硬盘受损其余硬盘会继续工作，这个时候受影响的硬盘只有 2 块

几个方案对比下来， RAID5 是最适合的，如下图：

1.6RAID 硬盘失效处理

一般两种处理方法：热备和热插拔
热备：HotSpare

定义：当冗余的 RAID 组中某个硬盘失效时，在不干扰当前 RAID 系统的正常使用的情况下，用
RAID 系统中另外一个正常的备用硬盘自动顶替失效硬盘，及时保证 RAID 系统的冗余性（就像汽车上的
备胎）

全局式：备用硬盘为系统中所有的冗余 RAID 组共享 （多个汽车一个备胎）
专用式：备用硬盘为系统中某一组冗余 RAID 组专用 （一个汽车一个备胎）
如下图所示：是一个全局热备的示例，该热备盘由系统中两个 RAID 组共享，可自动顶替任何一个
RAID 中的一个失效硬盘

热插拔：HotSwap
定义：在不影响系统正常运转的情况下，用正常的物理硬盘替换 RAID 系统中失效硬盘。（灯变红
了，有硬盘失效了，直接拔掉，插上一块新的，服务器要支持热插拔 HotSwap）

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