目录

什么是存储

RAID基本概念

RAID实现方式

RAID的数据组织形式

RAID的数据保护方式

RAID级别

RAID0

RAID1

RAID3

RAID5

RAID6

RAID6 P+Q算法

RAID6 DP算法

RAID10

RAID50

RAID级别总结

什么是存储

狭义上的存储

指的是不同的业务场景下所选用的存储介质，也就是具体的设备（存储是用来记录信息的载体）

例如：DVD、磁带、硬盘等

广义上的存储

指的是通过专用的存储设备为行业、企业定制的存储解决方案，包含存储硬件系统、存储软件、存储网络、存储备份等

例如：容灾备份方案等

存储的作用

保证数据能够临时或长期的驻留在存储介质上

保证数据能够及时的被读取或被保存

保证数据的完整安全有效

能够对数据进行检索

RAID基本概念

RAID（Redundant Array of Independent Disks）独立冗余磁盘阵列，简称硬盘阵列

RAID是一种把多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘，将逻辑硬盘挂载给操作系统，在系统中读取到的是逻辑硬盘，而非独立的物理磁盘

作用

提高硬盘的读写性能和数据安全性

注意事项

做RAID的物理磁盘尽量容量一致或相近

当使用多块物理磁盘做RAID时，会以最小容量的盘的大小作为计算标准

即：1T、2T、4T、8T4块物理硬盘组成RAID后的逻辑硬盘最多为4T（以1T为标准，最多4块同时利用，也就是4T）

RAID实现方式

硬件RAID——通过RAID卡实现

有独立的硬件，不会消耗硬盘性能

相对于操作系统独立，不需要操作系统也可以创建RAID

成本高

当RAID卡出现故障后必须更换同型号或与故障RAID卡相互兼容的型号，受硬件限制

有管理上限，不利于扩展

软件RAID——通过软件实现RAID

通过软件来进行实现，成本低

允许用户重新配置磁盘阵列，不受硬件限制

一般没有管理上线，利于扩展

没有硬件来统一管理，读写性能差，并且软件在工作时会消耗主机性能

需要运行在操作系统之上，且不能用于操作系统之间共享的分区

RAID的数据组织形式

硬盘条带化：

 将硬盘空间按照设定的大小分为多个条带，数据写入时也按照条带的大小来划分数据模块

条带：单个硬盘中单个或着多个连续的扇区构成一个条带（组成分条的元素）  扇区一般512B

分条：同一硬盘阵列中的多个硬盘驱动器上的相同“位置”的条带（相同编号的条带）

分条的深度：条带的大小

分条的宽度：硬盘的个数

                        数据写入是按照分条来进行数据写入的（跨盘的数据存放）

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RAID的数据保护方式

镜像

在另一块大小一样的硬盘上保存数据的副本，该硬盘就为镜像盘

原数据 原封不同的 复制到镜像盘一份

奇偶校验算法（XOR）（异或算法）

进行奇偶校验（相同为假0，相异为真1）

RAID级别

常用的RAID类型有RAID0、RAID1、RAID3、RAID5、RAID6、RAID10、RAID50等

RAID0

RAID0也被称为条带化RAID，只是将硬盘整合在了一起，没有冗余功能

特点

具有最高的存储性能，磁盘利用率为100%

创建RAID0最少需要2块盘

数据读写——读写速率最优

数据写入时并行将数据写入到RAID对应的物理盘中

数据读取时并行读取RAID对应的物理盘

不支持重构

RAID1

RAID1称为镜像，使用一半的物理硬盘做为镜像盘做数据备份

特点

磁盘利用率为50%（一半硬盘保存的是数据的副本）

创建RAID1最少需要2块盘（必须是偶数的硬盘，每个工作盘对应一个镜像盘）

相比于RAID0增加了安全性，但是降低了容量和读写速率

数据读写——读速率相比于RAID0有所下降

数据写入时将数据写入到镜像器中，然后由镜像器分别写入到物理盘和镜像盘（镜像器就是由RAID卡来实现的）

数据读取时读取工作盘的数据，当工作盘故障后会读取镜像盘的数据

数据重构

当2块硬盘做RAID时，允许1块盘损坏

当数据丢失/或者磁盘故障更换新的磁盘后，重构的方式都是将镜像盘的数据依次复制到工作盘中

重构过程快（读镜像盘的数据，写入到工作盘中）

RAID3

在RAID 3中，一块专用硬盘（校验盘）用来保存同一分条上其他硬盘的相应条带中的校验数据，其余盘存放用户数据，存在性能瓶颈

特点

磁盘利用率为(n-1)/n

创建RAID3最少需要3块盘，只允许损坏1个数据盘

数据读写

数据写入时将数据分别写入到数据盘，然后读取同条带的数据块，并计算所有同条带的校验值，将校验值写入到独立的校验盘中

数据读取时并行从多个数据盘中读取数据；如果读取的数据位于失效磁盘，则系统需要读取同一条带的数据块，根据校验值获取到丢失的数据，读取性能受到影响

数据重构

如果其他数据盘上的数据出现丢失，或者磁盘出现损坏，我们可以使用校验盘的信息来恢复，损失的数据

如果磁盘某数据块丢失，会读取同一条带的所有数据块，通过异或获取到丢失的数据，然后将此数据写入到数据盘中

如果磁盘故障并更换新的磁盘后，会读取所有条带的所有数据块，进行异或得到数据然后写入到新的硬盘中

重构过程比RAID 1较慢（读数据  进行异或计算  数据写入）

RAID5

RAID 5使用的是分布式奇偶校验，每个成员硬盘将用于存储用户数据和奇偶校验数据，易扩展

特点

磁盘利用率为(n-1)/n

创建RAID5最少需要3块盘，只允许损坏1个数据盘

最常见的RAID等级

数据读写

数据写入时，与RAID 3相比，同时进行数据的写入与校验值的计算，校验数据存在于所有盘中

数据读取时与RAID 3一致

数据重构

重构类似于RAID 3,比RAID 3更快，并且不会出现RAID 3恢复数据时出现的性能瓶颈问题

RAID6

特点

磁盘利用率为(n-2)/n

创建RAID6最少需要4块盘，只允许损坏2个数据盘

RAID6 P+Q算法

RAID6 P＋Q需要计算出两个校验数据P和Q，当有两个数据丢失时，根据P和Q恢复出丢失的数据。校验数据P和Q是由以下公式计算得来的：

• P = D0 ⊕ D1 ⊕ D2…
• Q = (α ⊕ D0) ⊕ (β ⊕ D1) ⊕ (γ ⊕ D2)…

数据重构（1和2磁盘损坏）

RAID6 DP算法

DP - Double Parity，就是在RAID 4所使用的一个行XOR校验硬盘的基础上又增加了一个硬盘用于存放斜向的XOR校验信息 具体实现过程如下：

• 横向校验盘中P0 - P3为各个数据盘中横向数据的校验信息，例：P0=D0  XOR D1 XOR D2 XOR D3
• 斜向校验盘中DP0 - DP3为各个数据盘及横向校验盘的斜向数据校验信息，例：DP0=D0 XOR D5 XOR D10 XOR D15

第一个校验信息（斜向校验）与RAID 6 P+Q的P算法类似

第二个不同于RAID 6 P+Q，采用的是斜向异或运算得到行对角奇偶校验数据块。

数据重构（1和2磁盘损坏）

RAID10

先进行RAID1，在进行RAID0

RAID50

先进行RAID5，在进行RAID0

RAID级别总结