RAID原理和技术

RAID定义

RAID，独立磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks ），基本思想是研究将多个独立的磁盘连接成一个大容量磁盘，力求并发读写提高系统性能和引入冗余校验提高系统可靠性。对于Host，RAID抽象成一个逻辑盘，Host对这个逻辑盘进行读写操作，对于RAID designer，看到的磁盘是独立磁盘阵列，只有将独立磁盘的数据进行拼接才能向Host提供完整信息（读操作）和将Host发送的信息进行分解（按照位或者块）分散到独立磁盘阵列中（写操作）。

RAID mapping 图

RAID0

磁盘扇区将数据天然地分割成一个个以sector为粒度的数据（物理存在的），条带是由多个并列磁盘，每个磁盘提供特定数量的sector组成数据带，将属于这个数据带上的扇区（分布在每个磁盘）收据拼接才能形成一条完整的有效数据。磁盘条带分割如图所示^[1]。写操作时，将host数据条带化，然后一个个条带分散写到每个独立磁盘中。读操作时，将属于一个条带的分散数据分别读取再拼接成完整条带数据。

条带
RAID0

RAID1

为每一个磁盘保存一个镜像磁盘，逻辑磁盘的容量由源磁盘和镜像磁盘最小值决定。

RAID1

RAID2

RAID0可以并发的读写数据，所以所有RAID技术中性能最好，但是RAID0没有数据校验因此可靠性最低。RAID2是对RAID0的改进版，RAID2对条带内的数据以汉明码的方式进行校验，校验码放在多个单独的磁盘中。

RAID2

RAID3和RAID4

RAID3采用Bit-interleaving 技术（数据交错存储），将数据的每个bit存放在磁盘阵列中，RAID4采用Block-interleaving 技术（块交织）以数据块为单位分散存放在磁盘阵列中，两者均将校验信息存在最单独的磁盘中，RAID3和RAID4区别在于数据粒度不同。由于RAID3和RAID4操作小请求数据更新校验码时需要对每个磁盘进行操作，因此RAID3和RAID4适合大文件的传输。

RAID3 RAID4

RAID5

RAID3和RAID4不能IO并发操作，虽然数据盘能够进行并发操作，但是引入校验盘后，因为校验盘在一个IO操作未完成之前会一直处于占用状态，因此校验盘不能并发操作，加之由于IO操作数据盘也需要操作校验盘，这导致数据盘不能并发^[1]。为了解决此问题，RAID5将校验码分散到每个数据盘中，这个操作数据盘就能并发进行。

RAID5

RAID6

RAID5只能容忍单盘故障，当双盘故障时，错误码超过RAID5纠错能力，因此RAID6引入两套独立的纠错码算法解决双盘故障。

RAID6

总结

• RAID0 数据分块，无校验
• RAID1 镜像
• RAID2 在RAID0基础上以汉明码方式引入独立校验盘，商业价值低，已淘汰
• RAID3,RAID4 前者以bit为单位位交叉，后者以块为单位块交叉据，有独立校验盘
• RAID5 在RAID4基础上将校验码分散在数据盘中
• RAID6 在RAID5基础上采取两套独立的校验码，解决双盘故障问题

注：RAID0-RAID5图片来自wiki

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1. 大话存储-存储系统底层架构原理极限剖析.张东[M]:78-79 ↩ ↩