Linux基础教程：独立硬盘冗余阵列-RAID
jiangxinyu 2017-09-16
独立硬盘冗余阵列（RAID，Redundant Array of Independant Disks）,旧称为廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks）。1987年美国加州伯克利分校的一篇名为《A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disk(RAID)》论文诞生，这标志着RAID技术的开始。
RAID的实现模式
Software RAID：
软件磁盘阵列，由CPU处理和协调一个RAID里面各个硬盘的作业，这样就会给CPU带来较多的运算压力，分为3种：
1）基于主板的的磁盘阵列：通常上是由主板上的芯片组提供RAID功能。
2）硬件辅助磁盘阵列：需要RAID卡和相关厂商提供的驱动程序，RAID功能是由驱动程序和CPU运算来提供
3）操作系统的RAID功能：Linux、windows Server等操作系统内置的RAID功能
虽然软RAID实现的有多种，但是在生产环境还是不建议使用的。
Hardware RAID：
硬件磁盘阵列，在RAID卡上内置了CPU处理器，这样就不占用服务器的CPU了。一般硬件磁盘阵列都会有备份的电源模块和NVRAM（非易失性内存），当系统断掉后，备份电源开始供电，将硬盘读写的日志保存在内存中，当系统恢复，备份电源关闭供电，再在NVRAM读取日志数据，继续完成上次断电前没有完成的作业。
常用RAID介绍
常用的RAID有：RAID0，RAID-1，RAID-5，RAID6，RAID-10，RAID50。
RAID0，也称条带卷（striping）。在RAID0中，数据会被切成片，按一定顺序会被写到所有的磁盘里面，如下图：
若一片数据被切割成了A1-A8，将存储在一个由2块Disk组成的RAID0，那么第一段数据块A1会被存储在Disk0中，第二段数据块A2会被存储在Disk1中，第三段数据块会被存储在Disk0中，以此类推，这一片数据会被均分到2块磁盘上。
RAID0的优缺点：
1）速度快，写和读的能力得到了提高；
2）RAID0没有冗余的能力，一旦一块磁盘出现了故障，则所有的数据都将不会恢复；
3）RAID0需要N块磁盘才能实现（N>=2）;
4）能够存储数据的大小为N*min(S1,S2,S3,S4....)
在RAID0中有两个重要的参数：
条带宽度：stripe width，它指的是可以被并行写入的数据块的个数，也就是实现RAID0中磁盘的个数；
条带大小：stripe size，它指的是每次写入磁盘的数据块的大小，大小一般为2KB或者512KB甚至更大，size越小，数据被分割的次数就越多。stripe size对性能是有一定的影响的，在生产环境中，需要调整好。
RAID1，镜像化，在RAID1中，数据会被复制成多份，存储在多个磁盘上，如下图：
若一片数据将要被存储，数据会被复制成多份（取决RAID1的磁盘个数），然后存储到每一个磁盘上。
RAID1的优缺点：
1）冗余性和数据的可靠性最高，只要不是磁盘同时损坏了，一般都不会带来数据丢失的问题；
2）RAID1的容量取决容量最小的那个磁盘，写入速度也是取决于最小的那个磁盘，较大的磁盘的剩余空间可 以分区使用，不会造成浪费；
3）RAID1的读取速度理论上来说是磁盘个数的倍数；
4）RAID1需要N块磁盘才能实现（N>=2）
5）能够存储数据的大小为min(S1,S2,S3...)
RAID3，数据类似于RAID0，被条带化的存储在多个磁盘中，数据以字节为单位，与RAID0不同的是，RAID3单独使用了一块独立的磁盘用来存储数据的奇偶校验值，如下图所示：
数据被切片存储在Disk0-2上，同时计算处奇偶校验值存储在Disk3上，这样即使Disk0-2中损坏一块磁盘，也能根据奇偶校验值得到损坏磁盘的数据。
RAID3的优缺点：
1.较高的容错能力；
2.不适合写入操作较多的情景，会给校验盘带来一定的负载，适合读取操作较多的应用环境；
3.RAID3需要N块磁盘（N>=3）；
4.能够存储数据的大小为(N-1)*min(S1,S2,S3,S4....)。
和RAID3类似，RAID4不是以字节为存取单位，RAID4的数据以块（一般为512字节）为单位，如下图：
以块为单位带来的好处就是，减少了奇偶检验的次数，比如，如果一段数据的大小为10个字节，在RAID3上可能需要计算2次奇偶检验值了，但是在RAID4上，10个字节都会被放在第一个磁盘上，并不需要计算。
RAID4的优缺点：
1.较高的容错能力；
2.提高了小量数据的I/O能力；
3.RAID4需要N块磁盘（N>=3）；
4.能够存储数据的大小为(N-1)*min(S1,S2,S3,S4....)。
RAID5可以理解成是RAID0和RAID1的折中方案，把数据条带化后存储，并且将数据奇偶检验值存储在所有的硬盘上，如下图：
数据被条带化存储到了磁盘上，并且每个磁盘上都能够存储奇偶检验值，其读写速度和RAID0差不多，可能写的时候要慢一点，比较要计算奇偶检验，这样，即使坏掉一块磁盘，只需要更换上好的磁盘，RAID会利用剩下奇偶检验去重建磁盘上的数据。
RAID5的优缺点：
1）较高的容错能力；
2）读写速度快；
3）RAID4需要N块磁盘（N>=3）；
4）能够存储数据的大小为(N-1)*min(S1,S2,S3,S4....)。
与RAID5类似，只是增加了第二个独立的奇偶检验信息块，使用了两种不同的奇偶检验算法，如下图所示：
数据仍然是被条带化得存储在磁盘上，但是会计算出两个独立的奇偶检验值，相对于RAID5来说有更多的I/O操作和计算量，所以RAID6通常不会以软件来实现，一般会使用硬件实现，RAID6也是最常见的磁盘阵列。
RAID6的优缺点：
1）较高的容错能力
2）同一RAID6中最多运行同时损坏2块磁盘，更换磁盘后，数据将被重新计算写入；
3）RAID6需要N个磁盘（N>=4）；
4）RAID容量为(N-2)*min(s1,s2,s3,...)
RAID 01是一种混合的磁盘阵列，即是RAID0和RAID1的混合，先做条带，再做镜像：
RAID01中，同组RAID0只要出现一个磁盘损坏，那么这个RAID 0就不能你使用了，值剩下其他组的磁盘运作，可靠性较低。
RAID01的优缺点：
1）数据可靠性低
2）RAID01需要N个磁盘（N>=4）
