概述

RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks)，廉价冗余磁盘阵列。最初是为了组合多块小容量的廉价磁盘来代替大容量的昂贵磁盘，同时希望在磁盘失效时不会对数据造成影响而开发出的一种磁盘存储技术。

随着硬盘技术的提升，容量越来越大，价格越来越便宜，RAID中的Inexpensive就失去了意义，而使用==Independent==（独立）来代替了。

当前说的RAID的全称是（Redundant Array of Independent Disks）即==独立冗余磁盘阵列==，或者简称为磁盘阵列。

RAID技术，通俗的说就是将多个磁盘按照一定的形式和方案组织起来，对外体现为单个容量更大、速度更高、更稳定的存储解决方案。

优点

• 提供更大的存储容量：通过RAID技术将多个磁盘组织在一起，对用户来说就是一个单独的更大的磁盘。
• 提供更快的传输速度：磁盘的访问速度相对于CPU来说太缓慢，通过RAID技术，可以通过并发的访问多个磁盘来将磁盘的总体访问速度成倍的提升。
• 提供更高的安全性：RAID技术可以通过数据校验、备份等提供容错功能，让系统的稳定性更好、安全性更高。

级别分类

针对不同的需求而使用不同的技术类别，而这些类别称为RAID级别

• 业界公认标准级别：RAID-0、RAID-1、RAID-2、RAID-3、RAID-4、RAID-5

• 组合级别：RAID-10是RAID-0和RAID-1组成而成；RAID-50是RAID-5和RAID-0组合而成

• 最新级别：RAID-6使用P+Q双校验；RAID-TP使用P+Q+R三重校验

注意：raid-2/raid-3/raid-4已不在使用，后面不带详细介绍

每个类别对应最少需要的磁盘个数如下表格所示

RAID级别	RAID-0	RAID-1	RAID-5	RAID-6	RAID-TP	RAID-10	RAID-50	RAID-60	JBOD
最少盘数	2	2	3	4	5	4	6	8	2

相关术语

术语	说明
物理盘	又称RAID的成员盘，即组成RAID的每个物理硬盘
逻辑盘	多块物理盘组成RAID之后，对上层显示为一个虚拟的硬盘，这个就是逻辑盘
逻辑卷	由逻辑盘形成的虚拟空间，也称逻辑分区
热备盘	RAID中空闲、加电并待机的硬盘。当RAID中某个成员盘故障时，RAID控制器会自动使用热备盘来代替故障盘，并通过算法把故障盘上的数据重建到热备盘上以保证数据的完整性，这时热备盘就变成了成员盘。而故障盘可以人工更换一个好的盘并设置成新的热备盘。
去RAID化	当物理盘离开了RAID控制器（例如从服务器槽位上取下），例如进行检测等，这时这个取下的盘就“去RAID化”了
盘序	在组成RAID时会对这些物理盘分配一个先后顺序编号，这个就是盘序（从0开始编号）。RAID创建之后顺序就会确定下来不再改变。注意盘序与物理盘在服务器中的槽位号没有关系。
条带	在RAID组建过程中，会将物理盘分隔成一个个的单元（大小为2的N次方个扇区），这个单元就是RAID的条带（Stripe）。是RAID处理数据的基本单位。条带也有编号从0开始
条带组	RAID中所有成员盘中条带编号一样的一组条带就称为条带组
盘数	组成RAID的物理盘的个数

其中条带组的概念如下图所示：

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RAID-0

RADI-0的逻辑盘容量 = 物理盘容量 * 物理盘个数

条带编号在两个物理盘上交替编号，如下图所示

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特点

• 顺序写入的数据被分散到多个物理盘上进行并行读写，速度最快可以达到单盘的n倍。
• 无可靠性保护，随便一个物理盘故障就会导致对整个数据的影响

RAID-1

RAID-1又称为磁盘镜像，需要两块盘构成，即一块为工作盘一块为备份盘。两个磁盘上的数据一样，如下图所示：

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RAID-1是所有RAID级别中单位成本最高的，但是提供了很高的数据安全性和可用性。

RAID-1E

RAID-1E是在IBM公司基于RAID-1基础上做的增强版。如下图所示：

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特点

• 至少需要三块磁盘组成，可以保证有一块物理盘故障不影响数据完整性
• 四块或者以上磁盘组成，可以保证同时两块物理盘故障时不影响数据完整性（前提是两块不能相邻；第1块和最后一块不能同时故障）
• 当有成员盘故障时，RAID算法将会变得很复杂

RAID-10

RAID-10是RAID-1和RAID-0的结合的产物，即对RAID-0的每个成员盘增加一个备份盘，这样就形成一组RAID-1，所有的RAID-1组再形成一个RAID-0，如下图所示：

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特点：

• 同时有RAID-0的快速，也有RAID-1的数据安全性
• 磁盘利用率比较低

RAID-2/3/4

RAID-2

RAID-2是将数据条块化分布于不同物理盘上，条块以位或字节为单位。并使用“海明码”来提供错误检查及恢复机制。

特点：

• 适应于大型文件的存取，适用于影像处理、CAD/CAM的工作站
• 小于1个扇区的数据的读写会降低RAID-2的性能

RAID-3

RAID-3的数据存取方式和RAID-2一样，把数据以位或者字节为单位分隔并且存储在各个硬盘上。

不同处在于，使用“奇偶校验”替代“海明码”作为错误校正与检测。校验数据放在单独的一个硬盘上。如下图所示：

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RAID-4

RAID-4和RAID-3类似，不同处在于存储数据以条带为单位。

所以RAID-4也有一个缺点，就是校验盘很容易成为整个系统的瓶颈

RAID-5

RAID-4是在RAID0的基础上增加了一个奇偶校验盘（一块单独的物理盘）。而RAID-5与RAID-4类似，区别是将奇偶校验分散到每个物理盘中，而不是一个单独的校验盘，如下图所示：

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注意：上图中物理盘1的第三个条带号应该为4，不是5

特点

• 以条带为单位进行存储
• 每个条带组中一个条带作为存储其他条带数据的奇偶校验
• 逻辑盘空间 = 所有物理盘空间总和 - 1个物理盘容量大小
• 奇偶校验算法通过异或（XOR）来实现，如左图中P0 = 条带0数据 ⊕ 条带1数据。根据异或的特性，当一个盘故障时，其上的数据可以通过对应条带组其他条带数据进行异或重建
• 校验条带被分散到各成员盘上，可以保证任何对校验条带的读写操作会在所有成员盘上均衡。避免RAID-4的瓶颈

结构

根据校验数据在物理盘上的不同分布规则，可以细分为8个不同的结构：常规左异步、非常规左异步、常规左同步、非常规左同步、常规右异步、非常规右异步、常规右同步、非常规右同步。具体信息见下面表格

其中规律如下：

• 常规与非常规，第一个校验块位置不一样
• 左与右，校验块的写入方向不一样
• 异步与同步，条带内第一个数据块的写入位置不一样

详细说明如下表格：

结构名称	说明	图示
常规左异步	1. 校验块从最后一个盘开始写，依次往前面物理盘写，达到第一块物理盘后回到最后一块盘，依次循环。 2. 数据块总是从第一块物理盘开始写，依次往后面的物理盘写入。即各条带组内数据块均由低号物理盘向高号物理盘依次写入。 3. 这种结构又称为“3-2-1连续”	image-20230316142444627.png
非常规左异步	1.第一个条带组中校验块的位置在第一个物理盘中 2.从第二个条带组开始，校验块从最后一个物理盘开始，往前依次循环 3.第一个条带组中，数据块从第二个物理盘开始，往后依次循环写入	image-20230316142452637.png
常规左同步	1.校验块从最后一个盘开始写，依次往前面物理盘写，达到第一块物理盘后回到最后一块盘，依次循环。 2.每个条带组内第一个数据块，要写入当前条带组中校验块所在物理盘的下一个物理盘中，其余数据块再依次写入（如图中数据块2、8的位置） 3.这种结构又称为“3-2-1标准”	image-20230316143454334.png
非常规左同步	1.第一个条带组中校验块的位置在第一个物理盘中 2.从第二个条带组开始，校验块从最后一个物理盘开始，往前依次循环 3.每个条带组内第一个数据块，要写入当前条带组中校验块所在物理盘的下一个物理盘中，其余数据块再依次写入（如图中数据块4、10的位置）	image-20230316143503732.png
常规右异步	1.校验块从第一个盘开始写，依次往后面物理盘写，达到最后一块物理盘后回到第一块盘，依次循环。 2.各条带组内数据块均由低号物理盘向高号物理盘依次写入。 3.这种结构又称为“1-2-3连续”	image-20230316143514379.png
非常规右异步	1.第一个条带组中校验块的位置在最后一个物理盘中 2.从第二个条带组开始，校验块从第一个物理盘开始，往后依次循环 3.各条带组内数据块均由低号物理盘向高号物理盘依次写入	image-20230316143519727.png
常规右同步	1.校验块从第一个盘开始写，依次往后面物理盘写，达到最后一块物理盘后回到第一块盘，依次循环。 2.每个条带组内第一个数据块，要写入当前条带组中校验块所在物理盘的下一个物理盘中，其余数据块再依次写入（如图中数据块2、8的位置） 3.这种结构又称为“1-2-3标准”	image-20230316143525915.png
非常规右同步	1.第一个条带组中校验块的位置在最后一个物理盘中 2.从第二个条带组开始，校验块从第一个物理盘开始，往后依次循环 3.每个条带组内第一个数据块，要写入当前条带组中校验块所在物理盘的下一个物理盘中，其余数据块再依次写入（如图中数据块4、10的位置）	image-20230316143542385.png

RAID-6

RAID-6当前最常用的应该是Intel推出的P+Q双校验RAID方案。相比于RAID-5只支持一个物理盘故障，RAID-6可以支持两个盘同时故障。相应的RAID-6比RAID-5成本要高。如下图：

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RAID-6的思想就是使用两个独立的校验算法：

• P校验使用异或算法
• Q校验使用基于伽罗华域的里德-所罗门编码计算得出

特点：

• 快速的读取性能
• 写操作性能比RAID-5差
• 更高的容错能力
• 成本高

主要用于对数据安全等级要求非常高的场合。

RAID-TP

RAID-TP（Triple Parity），是在RAID-6的基础上再增加一个校验块，即P、Q、R三个校验块。相比RAID-6，RAID-TP支持最多同时有三个物理盘故障

对于RAID-5/RAID-6/RAID-TP三种类型的区别如下图表所示：

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RAID-50

类似RAID-10，RAID-50整体是一个RAID-0级别的，不同点是RAID-0每一个物理盘换成一个RAID-5组成，如下图

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RAID-60

类似RAID-10，RAID-60整体是一个RAID-0级别的，不同点是RAID-0每一个物理盘换成一个RAID-6组成，如下图

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JBOF/JBOD

JBOD(Just Bundle Of Disks)，称为磁盘簇，还有一个英文名称Span

JBOF(Just Bundle Of Flash Drives)，类似JBOD，只是存储介质从Disk换成了Flash

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注意：逻辑盘编号完整情况下是0~17

特点：

• 将磁盘一个个串联起来（注意与RAID-0的区别），组成一个大的逻辑盘
• 无安全保障，只是提供利用磁盘空间的方法
• 按顺序使用盘，例如物理盘0未使用完时不会使用物理盘1和物理盘2

参考

《RAID数据恢复技术揭秘.pdf》