【CPP114】raid的出現(xiàn)為那些正在為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)方案犯愁的人帶來(lái)了福音，也為高端大容量服務(wù)器提供了更加暢通安全的存儲(chǔ)通道。

　　一、概述

　　raid是英文redundantarray of inexpensive disks的縮寫(xiě)，中文意為“廉價(jià)冗余磁盤(pán)陣列”是美國(guó)加州大學(xué)d.a.帕特森教授在1988年提出的。raid其實(shí)就是用軟件或硬件將一組磁盤(pán)合并成一個(gè)磁盤(pán)來(lái)使用，用以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)磁盤(pán)容量的要求。不過(guò)，raid除了在容量上超越普通硬盤(pán)外，還能在速度、容錯(cuò)能力及擴(kuò)充性上占據(jù)極大的優(yōu)勢(shì)。常規(guī)的硬盤(pán)，如果受到諸如文件丟失、硬盤(pán)損壞等故障，幾乎無(wú)法挽救，而raid則能夠在當(dāng)一塊硬盤(pán)出現(xiàn)故障時(shí)，并不影響數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)且能正常工作，這就是其容錯(cuò)能力的一大優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，raid還具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　1.傳輸速度快，容量大，從raid本身的含義中就能體現(xiàn)這一個(gè)基本特點(diǎn)；

　　2.提供容錯(cuò)能力，是保證數(shù)據(jù)安全最有效的方法；

　　3.不占用系統(tǒng)資源，硬件raid通過(guò)cpu的指令來(lái)控制raid板，不必占用較多的資源來(lái)控制硬盤(pán)；

　　4.成本低，相對(duì)于同容量的磁盤(pán)，raid具有更高的性?xún)r(jià)比。

　　在raid的發(fā)展過(guò)程中先后出現(xiàn)了raid0、raid1、raid0+1、raid2、raid3、raid4和raid5等不同類(lèi)型。根據(jù)不同的性能要求可以采用不同的raid，通常raid0、raid1、raid0+1是用戶(hù)選擇最多的方式，而在制版行業(yè)，raid5是首選的陣列方式，當(dāng)然也可根據(jù)用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的要求而采用其他陣列方式。

　　二、種類(lèi)

　　1.raid0

　　raid0為無(wú)冗余校驗(yàn)的磁盤(pán)陣列，數(shù)據(jù)均勻分布在每個(gè)磁盤(pán)上，讀寫(xiě)速度在所有的raid類(lèi)型中最快，但不具備容錯(cuò)能力，運(yùn)行中只要有一個(gè)磁盤(pán)損壞，所有的數(shù)據(jù)將全部丟失。

　　當(dāng)系統(tǒng)向控制器發(fā)送指令時(shí)，控制器進(jìn)行四項(xiàng)操作，并且每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)磁盤(pán)，這樣所發(fā)送的資料就分別寫(xiě)入4個(gè)磁盤(pán)中；當(dāng)需要進(jìn)行讀出時(shí)，又從4個(gè)磁盤(pán)中同時(shí)讀取數(shù)據(jù)。這就使得它比單個(gè)的磁盤(pán)速度提高了3倍，但在建立raid0時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建帶區(qū)集（stripe）。帶區(qū)集使數(shù)據(jù)均勻分布在每一個(gè)磁盤(pán)上，并且控制帶區(qū)集的帶區(qū)大小。

　　2.raid1

　　raid1是將每一個(gè)磁盤(pán)作一個(gè)鏡像，所以又稱(chēng)為磁盤(pán)鏡像。每一個(gè)鏡像磁盤(pán)保證與原磁盤(pán)的數(shù)據(jù)保持一致，同raid0相比，raid1的數(shù)據(jù)更具可靠性和可恢復(fù)性，但在所有的raid類(lèi)型中成本最高，所以一般只有在數(shù)據(jù)安全可靠性要求較高的場(chǎng)合才使用raid1來(lái)存儲(chǔ)。

 

　　在raid1模式下，其中任一磁盤(pán)發(fā)生故障并不影響硬盤(pán)的工作；不過(guò)，當(dāng)鏡像的兩個(gè)磁盤(pán)都發(fā)生故障時(shí)，數(shù)據(jù)將無(wú)法挽回，當(dāng)然這種情況極少發(fā)生。如果一個(gè)磁盤(pán)發(fā)生故障，更換新的硬盤(pán)時(shí)需要將原磁盤(pán)數(shù)據(jù)復(fù)制到新硬盤(pán)中，這一操作稱(chēng)為同步鏡像。同步鏡像需較長(zhǎng)時(shí)間，在復(fù)制過(guò)程中，要占據(jù)系統(tǒng)資源，降低了系統(tǒng)性能。為了提高磁盤(pán)控制器的讀寫(xiě)性能，也有采用雙控制器來(lái)解決磁盤(pán)與控制卡的性能瓶頸問(wèn)題的。

　　3.raid2

　　raid2是raid0的改良版，是以hamming code方式將資料編碼后分割為獨(dú)立位元，并將資料分別寫(xiě)入硬盤(pán)中，其中第1、2、4……是用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，其余用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。但因加入了錯(cuò)誤修正碼（ecc， error conrection code），所以存儲(chǔ)的資料比以前大，raid2主要用于極大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，但實(shí)際被應(yīng)用的并不多見(jiàn)。

　　4.raid3

　　經(jīng)過(guò)編碼將資料位元分割，并分別存于硬盤(pán)中，而將同位元檢查單獨(dú)存于一個(gè)硬盤(pán)中。但由于資料的位元分散在不同硬盤(pán)上，因此就算讀取一小段資料都有可能用到所有的硬盤(pán)，所以這種模式比較適合讀取較大容量的資料時(shí)使用。在raid3中采用奇偶校驗(yàn)的方法檢查錯(cuò)誤，使得任何一個(gè)單獨(dú)的磁盤(pán)損壞后都可以恢復(fù)，但寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)要計(jì)算校驗(yàn)位的值。raid3的用戶(hù)也很少。

 

　　5.raid4

　　與raid3不同的是，raid4在分割時(shí)是以區(qū)塊為單位分別存放入硬盤(pán)中，但每份資料的存取都必須從校驗(yàn)的硬盤(pán)中取出并與對(duì)應(yīng)的資料進(jìn)行核對(duì)。由于運(yùn)轉(zhuǎn)頻繁，硬盤(pán)的損耗率較高。

　　raid3和raid4只是在創(chuàng)建時(shí)所分的區(qū)塊有所不同，其他工作原理基本相似，

　　在raid3和raid4系統(tǒng)中，如果有四塊硬盤(pán)，三塊硬盤(pán)將用來(lái)保存數(shù)據(jù)，第四塊磁盤(pán)用于校驗(yàn)，這種配置方式可用3+1的形式表示。圖中相同的顏色表示使用同一校驗(yàn)塊的所有數(shù)據(jù)，第四個(gè)硬盤(pán)的校驗(yàn)塊與所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊顏色一致構(gòu)成帶區(qū)，并包含其他三塊硬盤(pán)中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

　　raid3和raid4同樣提供容錯(cuò)能力，在讀寫(xiě)時(shí)需要校驗(yàn)與計(jì)算、數(shù)據(jù)塊寫(xiě)入和校驗(yàn)塊寫(xiě)入等過(guò)程，相對(duì)于其他raid模式系統(tǒng)指令較繁瑣，但可以通過(guò)設(shè)置帶區(qū)的大小使raid系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化。raid3和raid4雖具備容錯(cuò)能力，但當(dāng)有一個(gè)數(shù)據(jù)盤(pán)損壞時(shí)，需要較長(zhǎng)恢復(fù)的時(shí)間，而校驗(yàn)盤(pán)如果出現(xiàn)故障，問(wèn)題就會(huì)更加麻煩；同時(shí)每當(dāng)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，都要對(duì)校驗(yàn)盤(pán)進(jìn)行操作，使其成為工作瓶頸，這是raid3和raid4的最大弱點(diǎn)。