23. RAID磁盤陣列——RAID0,RAID1,RAID5,RAID6,RAID10,RAID01,軟RAID,硬RAID

1.? ? ? ? 基本介紹：

（1）RAID磁盤陣列（Redundant Array of Independent Disks）簡稱為獨立冗余磁盤陣列。

（2）磁盤陣列：其實就是把多塊獨立的硬盤組合成一個容量巨大的硬盤組，利用個別硬盤提 供數據所產生加成效果提升整個硬盤系統效能，并通過存儲冗余數據增加容錯能力。?磁盤陣列在電腦中被成為RAID，將電腦里的多塊硬盤組建成RAID之后，你的電腦里 就只會看到一個RAID陣列盤。你可以像使用普通硬盤一樣使用它。

（3）常見的RAID組合方式為：RAID0,RAID1,RAID5,RAID6,RAID1+0,RAID0+1

2.????????RAID0

（1）RAID0 俗稱“條帶”，它將兩個或者多個硬盤組成一個邏輯硬盤，容量是所有硬盤之和。Raid0最低需要兩塊硬盤，它把數據分散到每塊硬盤上進行存儲，所以raid0擁有所有 raid種類中最強的存儲性能。而raid0的總可用空間容量就是硬盤數量乘以最低容量硬盤的容量，連續讀寫性能就是單盤的倍數。

（2）總結：

特點：數據條帶化，無校驗，不提供數據保護；數據并發寫入多個硬盤。

優點：RAID讀寫性能最高，100%的磁盤空間利用率。

缺點：此方式硬盤數據沒有冗余，沒有容錯，一旦一個物理硬盤損壞，則所有數據均丟失。

適用：RAID0 適合于對數據量大，但安全性要求不高的場景，比如音像、視頻文件的存儲等。

?3.? ? ? ? RAID1

（1）RAID1俗稱“鏡像”，它最少由兩個硬盤組成，而且兩個硬盤上存儲的數據均相同，以實現數據冗余。容錯性是所有組合中方式里最好的，只要有一塊硬盤正常，則能繼續保持正常工作。但它對磁盤利用率只有50%。RAID1只支持兩塊硬盤組RAID陣列，而實際容量只有最小的那塊硬盤的容量，原因是RAID1只提高了數據的安全性。但是RAID1不等于數據備份。

（2）總結：

特點：數據鏡像，無校驗（檢查）。一半的空間存儲冗余數據，但是在所有的RAID中數據安全性? ? ? ? ? ? 最高。

優點：所有的RAID中安全性能最高，即使一塊磁盤發生故障，仍能正常運轉。鏡像磁盤沒有完全? ? ? ? ? ? ?故障，數據就不會丟失。

缺點：一半的磁盤空間用于存儲冗余數據，磁盤空間利用率50%

適用：數據安全性要求比較高的場景，如郵件系統，數據庫等。

?4.? ? ? ? RAID5

（1）最少由三個硬盤組成。它將數據分散儲存在陣列的每個磁盤，并且還伴有一個數據校驗位，數據位與校驗位通過算法能相互驗證，當丟失其中的一位時，RAID控制器能通過算法，利用其它兩位數據將丟失的數據進行計算還原。因而RAID5最多只允許一個硬盤損壞，有容錯性。

（2）RAID5采用硬盤分割的技術，最少需要三塊硬盤才可以組建RAID5陣列，它沒有數據冗余，而是把數據奇偶校驗的方式存儲到每塊硬盤上，而其中一塊硬盤用于備用（即用于數據校驗的），支持在線更換。RAID5允許一塊硬盤損壞或者離線，這時候陣列依舊可以讀取，但是處于降級狀態，需要重建。

（3）總結：

特點：數據條帶化，校驗數據均勻分布在每個物理磁盤上。當某個物理磁盤發生故障十五，可根? ? ? ? ? ? ? 據同一條帶的其他數據塊和對應的校驗數據來重建損壞的數據。

優點：允許1個物理磁盤發生故障，而不丟失數據。讀取性能相對較高，磁盤空間利用率大于? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?RAID1+0

缺點：寫入性能相對低。重建數據時，性能會受到較大的影響。?

適用：RAID5可理解為RAID0和RAID1折中方案，兼顧儲存性能，數據安全和存儲成本等因素。

?5.? ? ? ? RAID5工作原理

?RAID5是一種儲存性能，數據安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。以四個硬盤組成的RAID5為例，其數據存儲方式如圖所示：圖中，P0為D0，D1和D2的奇偶校驗信息，P1為D3，D4，D5的奇偶校驗信息，以此類推。由圖中可以看出，RAID 5不對存儲的數據進行備份，而是把數據和相對應的奇偶校驗信息存儲到組成RAID 5的 各個磁盤上，并且奇偶校驗信息和相對應的數據分別存儲于不同的磁盤上。當RAID 5的一個磁盤數據發生損壞后，利用剩下的數據和相應的奇偶校驗信息去恢復被損壞的數據。

6.? ? ? ? RAID5奇偶校驗信息——異或運算

（1）異或的邏輯符號：^

（2）異或的邏輯定義：同則假，異則真（0^0=0,1^1=0,0^1=1,1^0=1）

（3）計算機中的邏輯運算用1表示為真，0表示為假。

（4）例如：3塊硬盤HD1,HD2,HD3的數據信息全通過校驗盤HD4存放校驗信息。

7.? ? ? ? RAID6

(1)在RAID5的基礎上改良而成的，RAID6再將數據校驗位增加一位，所以允許損壞的硬盤數量為兩個。由于同一陣列中兩個硬盤同時損壞的概率非常少，所以RAID6 用增加一塊硬盤的代價，換來了比 RAID5 更高的數據安全性。RAID6 即帶有兩種分布存儲的奇偶校驗碼的獨立磁盤結構，?主要是用于要求數據絕對不能出錯的場合，使用了二種奇偶校驗值，所以需要 N+2 個磁盤，同時對控制器的設計變得十分復雜，寫入速度也不好，用于計算奇偶校驗值 和驗證數據正確性所花費的時間比較多，造成了不必須的負載，很少人用。

（2）總結：

特點：數據條帶化，校驗數據（2組）均勻分布在每個物理磁盤上。即使有兩個磁盤同時故障，也? ? ? ? ? ? ?可通過2組校驗數據來重建兩個磁盤上損壞的數據。

優點：允許兩個物理磁盤發生故障，而不丟失數據。讀取性較高。

缺點：成本高于RAID 5，寫入性能較低（低于RAID 5）。

適用：RAID 6主要用于對數據安全要求非常高、成本同樣重要的場景，它一般是替代RAID 10經? ? ? ? ? ? ? ?濟性選擇。如金融、數據庫等。

8.? ? ? ? RAID10

(1)RAID10是先將數據進行鏡像操作，然后再對數據進行分組。RAID 1 在這里就是一個冗余的 備份陣列，而 RAID 0 則負責數據的讀寫陣列。至少要四塊盤，兩塊做 raid0,另兩塊 做 raid1，RAID 10 對存儲容量的利用率和 RAID 1 一樣低，只有 50%.。Raid1+0 方 案造成了 50%的磁盤浪費，但是它提供了 200%的速度和單磁盤損壞的數據安全性， 并且當同時損壞的磁盤不在同一 Raid1 中，就能保證數據安全性。

（2）總結：

特點：RAID1與RAID0的結合，先創建RAID1，再創建RAID0

優點：讀取性能僅次于RAID0。鏡像中的磁盤沒有全部故障，數據就不會丟失。一半的物理磁盤? ? ? ? ? ? ? ?發生故障時，仍可以運轉。

缺點：成本高。磁盤利用率50%，一半的空間用于冗余數據。

適用：適用于讀寫性能要求高，數據安全大于磁盤成本的場景。如銀行、數據庫等。

?9.? ? ? ? RAID01

（1）raid01是先做條帶再做鏡像，這種架構的安全性低于raid10，而兩者由于IO數量一致。讀寫速度相同，使用的硬盤數量也一致。

（2）當有磁盤發生故障時，RAID10工作能力高于RAID01

10.? ? ? ? 軟RAID和硬RAID

（1）軟RAID

軟RAID很簡單，就是由操作系統來構建的RAID陣列。軟RAID會吃掉一部分的主機CPU資源用于RAID陣列的開銷，比如數據計算等。相比硬件RAID，軟RAID只要系統支持即可，成本較低。但是同樣的，因為吃CPU，所以速度比硬件raid較慢，安全性也低。

一句話總結： 無獨立的RAID控制卡，由操作系統和CPU來實現所有的RAID功能。

占用CPU資源，如果操作系統出現故障，則RAID信息會丟失，RAID功能將不可用。 跟硬RAID比性能差，但成本低。

（2）硬RAID

硬件raid則是由專門的raid設備來實現的raid，一般是raid卡，或者主板集成的raid 功能。硬件raid有自己的raid控制器以及IO芯片，而高端一些的raid卡往往還有電池 以DRAM等硬件，整體性能是比軟raid好一些的。而且因為硬件raid獨立于操作系 統，安全性也相對較高。但是同樣的，因為需要額外的硬件，所以價格相對也較高。

一句話總結： 擁有獨立的RAID控制卡，通過RAID卡實現所有的RAID功能，不占用CPU資源。 性能好，但成本高。

11.? ? ? ? 應用：構建軟RAID磁盤陣列：

為Linux服務器添加四塊SCSI硬盤，使用 mdadm 軟件包，構建RAID5 磁盤陣列，提高磁盤存儲的性能和可靠性。

構建磁盤陣列：

(1）安裝mdadm工具：在CentOS7.x 系統中mdadm 工具由mdadm-3.4-14.el7.x86_64 軟件包提供，執行 rpm-qa | grep mdadm 命令查看系統中是否安裝 mdadm 工具。若系統內未安裝 mdadm 工具， 可使用 RPM 或 YUM 方式安裝。

[root@WWcentos ~]# rpm -qa |grep mdadm mdadm-4.1-6.el7.x86_64

(2）準備用于RAID陣列的分區：為 Linux 服務器添加 4 塊 SCSI 硬盤。使用 fdisk 工具各劃分出一塊 2GB 的分區，依次為/dev/sdb1、/dev/sdc1、/dev/sdd1、/dev/sde1.

(3）創建RAID設備：

使用 mdadm 命令創建 RAID，執行以下命令即可創建名稱為 md0 的 RAID5。 [root@WWcentos~]# mdadm -Cv /dev/md0 -a yes -n4 -l5 /dev/sd[bcde]1 mdadm: layout defaults to left-symmetric mdadm: layout defaults to left-symmetric mdadm: chunk size defaults to 512K mdadm: size set to 2095104K

上述命令中所用到參數的作用如下所示。

-C：等同于 create，表示新建；

-v：顯示創建過程中的信息；

/dev/md0：創建 RAID5 的名稱；

-a：--auto，表示通知 mdadm 是否創建設備文件，并分配一個未使用的次設備 號， 后面跟 yes? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 表如果有什么設備文件沒有存在的話就自動創建；

-n：指定使用幾塊硬盤創建 RAID，n4 表示使用 4 塊硬盤創建 RAID；

-l：指定 RAID 的級別，l5 表示創建 RAID5；

/dev/sd[bcde]1：指定四塊磁盤分區。查看 RAID5 創建結果。

（4）創建并掛載文件系統：

# mkfs -t xfs /dev/md0

# mkdir /raidme

# mount /dev/md0 /raidme/

# df -hT

從上述 df -hT 命令的結果中的值/dev/md0 容量為 6G。4 塊 2G 磁盤應該 8G，但是容量只顯示 6G！這是 RAID5 的特性，用于存放校驗數據的部分不顯示。