RAID磁盘阵列分级与结构

RAID的分级与结构

磁盘整列整体结构图：

RAID0

• 即Data Stripping（数据分块，数据条带化）。将整个逻辑盘的数据分块地分布在多个物理磁盘上，可以进行并行读写，提供最快速度，但是没有冗余能力。
  
• 优点：
  （1）读写时数据分块，并行操作；
  （2）当每个磁盘控制器只连接一个磁盘时，数据能分块到多个磁盘控制器，取得最佳性能；
  （3）不需要计算校验和；
  （4）设计简单，计算容易；
• 缺点：
  （1）不能容错，不算真正的RAID；
  （2）一块磁盘失效，可能丢失所有数据；
  （3）不能用在可靠性要求高的应用中；

RAID1

RAID1又称镜像模式（Mirror或Mirroring），目标是最大限度地保证用户数据的可用性和可修复性。把用户写入硬盘的数据百分之百地自动复制到另一个硬盘上。与RAID0相比，RAID1首要考虑安全性，容量减半，速度不变。

- 优点：
（1）对每个磁盘对只需要一次写操作；
（2）写性能与单块磁盘相同，读性能优于单块磁盘；
（3）100%的数据冗余，一块磁盘失效时，只需要把数据拷贝到替换的磁盘上；
（4）特定系统下，RAID1系统可在多块磁盘同时失效的情况下继续工作；
（5）存储子系统设计简单；
- 缺点：
（1）所有RAID中有者最高的磁盘开销；
（2)如果使用软件实现RAID1的功能，CPU开销太大；
推荐财务系统，金融证券，需要非常高可用性的场景使用。

RAID2

RAID把磁盘分成数据盘（Disk0-3和校验盘Disk4-6），用户数据按位或字节分散存放于数据盘上，不是以数据块为单位，校验盘上存放相应的Hamming纠错码。

- 优点：
（1）及时纠错；
（2）可以达到很高的数据传输率；
（3）所需的数据传输率越高，数据磁盘与纠错磁盘的比例越高；
（4）与RAID3-5相比，控制器设计较为简单；
- 缺点：
（1）需要多个纠错磁盘，空间利用率低；
（2）处理速率在最好的情况下只相当于单块磁盘；
（3)没有商业化产品；

RAID3

仅用一块磁盘存放校验数据，带来了校验数据存放时的读写瓶颈；RAID3采用字节交叉方式（即以字节为存储单位），采用奇偶校验算法。

其中

- 优点：
（1）磁盘读性能，写性能很高；
（2）有磁盘失效时，对吞吐率没多大影响；
（3）需要的校验盘少，空间利用率高；
- 缺点：
（1）控制器设计相当复杂；
（2)数据以字节划分，粒度太细，占用计算资源较多，难以软件实现；
适用场景：视频处理，图像编辑，需要高吞吐率的场景；

RAID4

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。商业环境很少使用。

RAID5（使用最多）

克服了RAID3、4中用一块固定磁盘存放校验数据的不足，将各个磁盘生成的校验数据分成块，分散存放在组成阵列的各个磁盘中，缓解校验数据存取时所产生的瓶颈问题。但是数据分块及存取控制需要软硬件支持以及性能代价。

- 优点：
（1）读性能高；
（2）写性能一般；
（3）所需要的校验盘比较少，磁盘空间利用率高；
- 缺点：
（1）磁盘失效影响吞吐率；
（2）控制器设计最复杂；
（3)与RAID1相比，磁盘失效时重建非常困难；
RAID5是最常用的RAID类型，推荐使用场景包括：文件服务器、应用服务器、WWW、E-mail、新闻服务器等。

RAID6

采用分块交叉技术和分布在不同驱动器上的奇偶方案。与RAID5相比，RAID6增加了第二个独立地奇偶校验快，两个独立的奇偶系统使用不同的算法。允许两个磁盘同时出现故障RAID6磁盘阵列最少需要4块硬盘。
如下图，P0和PG是由D01~D04采用不同的奇偶校验算法分别产生的校验位，通过增加一个冗余盘，可以恢复两个数据出错。

- 优点：
（1）使用二维校验，纠错能力强；
（2）高可靠；
- 缺点：
（1）控制器设计复杂；
（2）校验和计算的开销很高；
（3）写性能差；
（4)使用二维校验，至少需要N+2块硬盘；
适用于对可靠性要求很高的场景。

RAID7

RAID 0+1

Matrix RAID

JBOD和NRAID（不同于磁盘的RAID应用）

NV RAID