RAID磁盤陣列的原理

RAID概念

RAID（Redundant Array of Independent Disks，獨立磁盤冗余陣列）可以提供較普通磁盤更高的速度、安全性，所以服務器在安裝時都會選擇創建RAID。

RAID的創建有兩種方式：軟RAID（通過操作系統軟件來實現）和硬RAID（使用硬件陣列卡）；在企業中用的最多的是：raid1、raid10和raid5。不過隨著雲的高速發展，供應商一般可以把硬件問題解決掉。

RAID幾種常見的類型

註釋：

n：是磁盤個數 默認最好不要超過16個 硬盤大小最好都一樣

RAID出現的原因

RAID基本思想：把好幾塊便宜的硬盤通過一定組合方式把它組合起來，成為一個新的硬盤陣列組，從而使它能夠達到高性能硬盤的要求

RAID有三個關鍵技術：

鏡像：提供了數據的安全性；

條帶（塊大小也可以說是條帶的粒度），它的存在的就是為了提高I/O，提供了數據並發性

數據的校驗：提供了數據的安全

容量 ————————》 性能 --------》 可靠性 ——————————》 RAID

企業級RAID 0, 1,5,10的工作原理

2.1 RAID-0

條帶 （strping），也是我們最早出現的RAID模式

需磁盤數量:2塊以上(大小最好相同)

是組建磁盤陣列中最簡單的一種形式，只需要2塊以上的硬盤即可.

特點:

成本低，可以提高整個磁盤的性能和吞吐量。

RAID 0沒有提供冗余或錯誤修復能力，速度快.

任何一個磁盤的損壞將損壞全部數據；磁盤利用率為100%。

RAID0工作原理

註釋：

A:代表20G文件 B:代表20G文件C:代表20G文件 D:代表20G文件

寫入數據：

用戶導入服務器100G大小的文件等，將50G數據寫入到第一塊硬盤上面，同時在把另外50G的數據寫到另一塊硬盤上，這100G文件又分成A，B，C，D 將A 寫入第一塊硬盤上，將B寫到第二塊硬盤上，將C寫到第一塊硬盤上，將D寫到第二塊硬盤上，這個就是數據的條帶，並行傳輸到硬盤上

讀取數據：

將上傳上去的100G文件復制到別的服務器上，讀取的時候也是先從第一塊讀取數據A，然後再從第二塊硬盤上讀取B，然後再從第一塊硬盤讀取C數據，然後再從第二塊硬盤讀取數據D，但是如果有一塊硬盤有損壞會導致數據不全。

RAID-1

mirroring（鏡像卷）

需要磁盤兩塊以上

原理:是把一個磁盤的數據鏡像到另一個磁盤上，也就是說數據在寫入一塊磁盤的同時，會在另一塊閑置的磁盤上生成鏡像文件，(同步)

RAID 1 mirroring（鏡像卷），至少需要兩塊硬盤，raid大小等於兩個raid分區中最小的容量（最好將分區大小分為一樣），數據有冗余，在存儲時同時寫入兩塊硬盤，實現了數據備份；

磁盤利用率為50%，即2塊100G的磁盤構成RAID1只能提供100G的可用空間。如下圖

RAID1工作原理：

註釋:

A：代表50G文件 B：代表50G文件

寫入數據：

用戶導入服務器100G大小的文件等，將A,B寫到第一塊硬盤，同時將A,B寫到另一塊硬盤上，進行鏡像操作（備份）

讀取數據：

將上傳上去的100G文件復制到別的服務器上，直接讀取一塊盤的數據即可，而且如果有一塊盤壞掉的話另一塊數據還是可以進行正常讀寫等。

RAID-5

需要三塊或以上硬盤，可以提供熱備盤實現故障的恢復；只損壞一塊，沒有問題。但如果同時損壞兩塊磁盤，則數據將都會損壞。 空間利用率： (n-1)/n 2/3 如下圖所示

RAID 5原理

寫入數據：

100G文件分別寫入3塊硬盤，寫入第一塊硬盤時，會有一個校驗值，然後將A數據寫入第二塊硬盤，將B數據寫入第三塊硬盤，將C數據寫入第一塊硬盤，第二塊硬盤生成校驗值，將數據D寫入第三塊硬盤以此類推。

校驗值的作用可以推算出第三塊盤的數據，不論哪一塊盤，但是如果壞掉兩塊盤那就恢復不了了。

奇偶校驗信息的作用:

當RAID5的一個磁盤數據發生損壞後，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。

擴展異或運算:

是用相對簡單的異或邏輯運算（相同為0，相異為1）

A值B值Xor結果

000

101

011

110

RAID10

鏡像+條帶

RAID 10是將鏡像和條帶進行兩級組合的RAID級別，第一級是RAID1鏡像對，第二級為RAID 0。RAID10也是一種應用比較廣泛的RAID級別。

RAID 1+0的特點使其特別適用於既有大量數據需要存取，同時又對數據安全性要求嚴格的領域，如銀行、金融、商業超市、倉儲庫房、各種檔案管理等。

一共8塊硬盤做RAID 10

是從下往上看的，最後面試raid1，上面是raid0所以就是raid10

不同的數據分別用字母代替：A,B,C,D,E,F,G,H

首先4塊做raid0 後4塊做raid1，用戶寫入數據到服務器上，首先經過4塊raid0，A數據寫到raid0的第一塊硬盤上，B數據寫到raid0的第二塊硬盤上，C數據寫到raid0的第三塊硬盤上，D數據寫到raid0的第四塊硬盤上以此類推

然後將這4塊raid0硬盤和4塊raid1做鏡像（同步）如果其中一塊raid0硬盤壞掉同時做同步的raid1並頂替上即可。

RAID的選擇

RAID硬盤失效處理

一般兩種處理方法：熱備和熱插拔

熱備：HotSpare

定義：當冗余的RAID組中某個硬盤失效時，在不幹擾當前RAID系統的正常使用的情況下，用RAID系統中另外一個正常的備用硬盤自動頂替失效硬盤，及時保證RAID系統的冗余性

全局式：備用硬盤為系統中所有的冗余RAID組共享

專用式：備用硬盤為系統中某一組冗余RAID組專用

如下圖所示：是一個全局熱備的示例，該熱備盤由系統中兩個RAID組共享，可自動頂替任何一個RAID中的一個失效硬盤

熱插拔：HotSwap

定義：在不影響系統正常運轉的情況下，用正常的物理硬盤替換RAID系統中失效硬盤

關鍵在於熱插拔時電子器件的保護機制

RAID的使用

RAID的實現方式

我們使用RAID，是在裝系統前還是之後？

硬RAID：需要RAID卡，我們的磁盤是接在RAID卡的，由它統一管理和控制。數據也由它來進行分配和維護；它有自己的cpu，處理速度快

操作視頻鏈接：鏈接：http://pan.baidu.com/s/1kVPyror 密碼：bd82

軟RAID：通過操作系統實現

管理軟raid工具：mdadm，mdadm是linux下用於創建和管理軟件RAID的命令，是一個模式化命令。

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RAID磁盤陣列的原理