RAID是英文Redundant Array of Independent Disks的縮寫，中文簡稱為獨立磁盤冗余陣列。RAID就是一種由多塊硬盤構(gòu)成的冗余陣列。

一、RAID 0

1.1 定義

又稱為Stripe或Striping，它代表了所有RAID級別中最高的存儲性能。RAID 0提高存儲性能的原理是把連續(xù)的數(shù)據(jù)分散到多個磁盤上存取，這樣，系統(tǒng)有數(shù)據(jù)請求就可以被多個磁盤并行的執(zhí)行，每個磁盤執(zhí)行屬于它自己的那部分數(shù)據(jù)請求。這種數(shù)據(jù)上的并行操作可以充分利用總線的帶寬，顯著提高磁盤整體存取性能。

RAID 0 并不是真正的RAID結(jié)構(gòu)，沒有數(shù)據(jù)冗余，沒有數(shù)據(jù)校驗的磁盤陳列。實現(xiàn)RAID 0至少需要兩塊以上的硬盤，它將兩塊以上的硬盤合并成一塊，數(shù)據(jù)連續(xù)地分割在每塊盤上。 因為帶寬加倍，所以讀/寫速度加倍， 但RAID 0在提高性能的同時，并沒有提供數(shù)據(jù)保護功能，只要任何一塊硬盤損壞就會丟失所有數(shù)據(jù)。因此RAID 0 不可應(yīng)用于需要數(shù)據(jù)高可用性的關(guān)鍵領(lǐng)域。

1.2 工作原理

系統(tǒng)向三個磁盤組成的邏輯硬盤（RAID0 磁盤組）發(fā)出的I/O數(shù)據(jù)請求被轉(zhuǎn)化為3項操作，其中的每一項操作都對應(yīng)于一塊物理硬盤。通過建立RAID 0，原先順序的數(shù)據(jù)請求被分散到所有的三塊硬盤中同時執(zhí)行。從理論上講，三塊硬盤的并行操作使同一時間內(nèi)磁盤讀寫速度提升了3倍。 但由于總線帶寬等多種因素的影響，實際的提升速率肯定會低于理論值，但是，大量數(shù)據(jù)并行傳輸與串行傳輸比較，提速效果顯著顯然毋庸置疑。[

1.3 優(yōu)點

性能高。

RAID 0具有的特點，使其特別適用于對性能要求較高，而對數(shù)據(jù)安全不太在乎的領(lǐng)域，如圖形工作站等。對于個人用戶，RAID 0也是提高硬盤存儲性能的絕佳選擇。

1.4 缺點

安全性差。

RAID 0的缺點是不提供數(shù)據(jù)冗余，因此一旦用戶數(shù)據(jù)損壞，損壞的數(shù)據(jù)將無法得到恢復(fù)。RAID0運行時只要其中任一塊硬盤出現(xiàn)問題就會導(dǎo)致整個數(shù)據(jù)的故障。一般不建議企業(yè)用戶單獨使用。

二、RAID 1

2.1 定義

RAID 1通過磁盤數(shù)據(jù)鏡像實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，在成對的獨立磁盤上產(chǎn)生互 為備份的數(shù)據(jù)。當(dāng)原始數(shù)據(jù)繁忙時，可直接從鏡像拷貝中讀取數(shù)據(jù)，因此RAID 1可以提高讀取性能。RAID 1是磁盤陣列中單位成本最高的，但提供了很高的數(shù)據(jù)安全性和可用性。當(dāng)一個磁盤失效時，系統(tǒng)可以自動切換到鏡像磁盤上讀寫，而不需要重組失效的數(shù)據(jù)。

2.2 工作原理

RAID1是將一個兩塊硬盤所構(gòu)成RAID磁盤陣列，其容量僅等于一塊硬盤的容量，因為另一塊只是當(dāng)作數(shù)據(jù)“鏡像”。RAID 1磁盤陣列顯然是最可靠的一種陣列，因為它總是保持一份完整的數(shù)據(jù)備份。它的性能自然沒有RAID 0磁盤陣列那樣好，但其數(shù)據(jù)讀取確實較單一硬盤來的快，因為數(shù)據(jù)會從兩塊硬盤中較快的一塊中讀出。RAID 1磁盤陣列的寫入速度通常較慢，因為數(shù)據(jù)得分別寫入兩塊硬盤中并做比較。RAID 1磁盤陣列一般支持“熱交換”，就是說陣列中硬盤的移除或替換可以在系統(tǒng)運行時進行，無須中斷退出系統(tǒng)。RAID 1磁盤陣列是十分安全的，不過也是較貴一種RAID磁盤陣列解決方案，因為兩塊硬盤僅能提供一塊硬盤的容量。RAID 1磁盤陣列主要用在數(shù)據(jù)安全性很高，而且要求能夠快速恢復(fù)被破壞的數(shù)據(jù)的場合。

2.3 優(yōu)點

安全性好。

RAID1通過硬盤數(shù)據(jù)鏡像實現(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余，保護數(shù)據(jù)安全，在兩塊盤上產(chǎn)生互為備份的數(shù)據(jù)，當(dāng)原始數(shù)據(jù)繁忙時，可直接從鏡像備份中讀取數(shù)據(jù)，因此RAID1可以提供讀取性能。

2.4 缺點

成本高。

RAID1是硬盤中單位成本最高的，但提供了很高的數(shù)據(jù)安全性和可用性，當(dāng)一個硬盤失效時，系統(tǒng)可以自動切換到鏡像硬盤上讀/寫，并且不需要重組失效的數(shù)據(jù)。

三、RAID 2

3.1 定義

RAID 2是RAID 0的改良版，以漢明碼（Hamming Code）的方式將數(shù)據(jù)進行編碼后分割為獨立的位元，并將數(shù)據(jù)分別寫入硬盤中。因為在數(shù)據(jù)中加入了錯誤修正碼（ECC，Error Correction Code），所以數(shù)據(jù)整體的容量會比原始數(shù)據(jù)大一些。

3.2 工作原理

RAID 2是為大型機和超級計算機開發(fā)的帶漢明碼校驗磁盤陣列。它是將數(shù)據(jù)條帶化地分布于不同的硬盤上，條塊單位為位或者字節(jié)，并使用“加重平均糾錯碼”的編碼技術(shù)來提供錯誤檢查及恢復(fù)，這種糾錯碼也被稱為“海明碼”。海明碼需要多個磁盤存放檢查及恢復(fù)信息，使得RAID2技術(shù)實施更復(fù)雜，因此在商業(yè)環(huán)境中很少使用。

海明碼在磁盤陳列中被間隔寫入到磁盤上，而且地址都一樣，也就是在各個磁盤中，其數(shù)據(jù)都在相同的磁道及扇區(qū)中。

RAID2的設(shè)計是使用共軸同步的技術(shù)，存取數(shù)據(jù)時整個磁盤陳列一起工作，在各個磁盤的相同位置做平行存取，所以有最短的存取時間，其總線是特別的設(shè)計，以大帶寬并行傳輸所存取的數(shù)據(jù)。在大型文件的存取應(yīng)用中，RAID2有最好的性能，但是如果文件太小，將會影響其性能，因為磁盤的存取是以扇區(qū)為單位，而RAID2的存取是所以磁盤平行動作，而且是進行位的存取，所以小于一個扇區(qū)的數(shù)據(jù)量會使其性能大打折扣。[1]

RAID2是設(shè)計給需要連續(xù)存取大量數(shù)據(jù)的計算機使用的，如進行影像處理或者CAD/CAM的工作站等，并不適用于一般的多用戶環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和PC。

3.3 優(yōu)點

在寫入時，RAID 2在寫入數(shù)據(jù)位同時還要計算出它們的漢明碼并寫入校驗陣列，讀取時也要對數(shù)據(jù)即時地進行校驗，最后再發(fā)向系統(tǒng)。通過上文的介紹，我們知道漢明碼只能糾正一個位的錯誤，所以RAID 2也只能允許一個硬盤出問題，如果兩個或以上的硬盤出問題，RAID 2的數(shù)據(jù)就將受到破壞。但由于數(shù)據(jù)是以位為單位并行傳輸，所以傳輸率也相當(dāng)快。

3.4 缺點

RAID 2是早期為了能進行即時的數(shù)據(jù)校驗而研制的一種技術(shù)（這在當(dāng)時的RAID 0、1等級中是無法做到的），從它的設(shè)計上看也是主要為了即時校驗以保證數(shù)據(jù)安全，針對了當(dāng)時對數(shù)據(jù)即時安全性非常敏感的領(lǐng)域，如服務(wù)器、金融服務(wù)等。但由于花費太大（其實，從上面的分析中可以看出如果數(shù)據(jù)位寬越大，用于校驗陣列的相對投資就會越小，就如上面的4:3與64:7），成本昂貴，目前已基本不再使用，轉(zhuǎn)而以更高級的即時檢驗RAID所代替，如RAID 3、5等。

四、RAID 3

4.1 定義

RAID 3是把數(shù)據(jù)分成多個“塊”，按照一定的容錯算法，存放在N+1個硬盤上，實際數(shù)據(jù)占用的有效空間為N個硬盤的空間總和，而第N+1個硬盤上存儲的數(shù)據(jù)是校驗容錯信息，當(dāng)這N+1個硬盤中的其中一個硬盤出現(xiàn)故障時，從其它N個硬盤中的數(shù)據(jù)也可以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，這樣，僅使用這N個硬盤也可以帶傷繼續(xù)工作（如采集和回放素材），當(dāng)更換一個新硬盤后，系統(tǒng)可以重新恢復(fù)完整的校驗容錯信息。由于在一個硬盤陣列中，多于一個硬盤同時出現(xiàn)故障率的幾率很小，所以一般情況下，使用RAID3，安全性是可以得到保障的。

4.2 工作原理

RAID3的數(shù)據(jù)存取方式和RAID2一樣，把數(shù)據(jù)以位為單位來分割并且存儲到各個硬盤上，并且在數(shù)據(jù)安全方面以奇偶校驗取代海明碼做錯誤校正及檢測，所以只需要一個額外的校驗盤。奇偶校驗值的計算是以各個硬盤的相對應(yīng)位進行異或的邏輯運算，然后將結(jié)果寫入奇偶校驗硬盤。

RAID 3是在RAID 2基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，主要的變化是用相對簡單的異或邏輯運算（XOR，eXclusive OR）校驗代替了相對復(fù)雜的漢明碼校驗，從而也大幅降低了成本。

4.3 優(yōu)點

RAID3比較適合大文件類型且安全性要求較高的應(yīng)用，如視頻編輯、硬盤播出機、大型數(shù)據(jù)庫等。

4.4 缺點

對于那些經(jīng)常需要執(zhí)行大量寫入操作的應(yīng)用來說，校驗盤的負載將會很大，無法滿足程序的運行速度，從而導(dǎo)致整個RAID系統(tǒng)性能的下降。鑒于這種原因，RAID3更加適合應(yīng)用于那些寫入操作較少，讀取操作較多的應(yīng)用環(huán)境，如數(shù)據(jù)庫和web服務(wù)器等。

五、RAID 4

5.1 定義

RAID4即帶奇偶校驗碼的獨立磁盤結(jié)構(gòu)，RAID4和RAID3很象。在獨立訪問陣列中，每個磁盤都是獨立運轉(zhuǎn)的，因此不同的I/O請求可以并行地滿足。

5.2 工作原理

RAID4和RAID3很象，數(shù)據(jù)都是依次存儲在多個硬盤之上，奇偶校驗碼存放在獨立的奇偶校驗盤上，唯一不同的是，在數(shù)據(jù)分割上RAID3對數(shù)據(jù)的訪問是按位進行的，RAID4是以數(shù)據(jù)塊為單位。即RAID 4是按數(shù)據(jù)塊為單位存儲的，那么數(shù)據(jù)塊應(yīng)該怎么理解呢？簡單的話，一個數(shù)據(jù)塊是一個完整的數(shù)據(jù)集合，比如一個文件就是一個典型的數(shù)據(jù)塊。當(dāng)然，對于硬盤的讀取，一個數(shù)據(jù)塊并不是一個文件，而是由操作系統(tǒng)所決定的，這就是我們熟悉的簇（Cluster）。RAID 4這樣按塊存儲可以保證塊的完整，不受因分條帶存儲在其他硬盤上而可能產(chǎn)生的不利影響（比如當(dāng)其他多個硬盤損壞時，數(shù)據(jù)就完了）。[1]

不過，在不同硬盤上的同級數(shù)據(jù)塊也都通過XOR進行校驗，結(jié)果保存在單獨的校驗盤。所謂同級的概念就是指在每個硬盤中同一柱面同一扇區(qū)位置的數(shù)據(jù)算是同級。在寫入時，RAID就是按這個方法把各硬盤上同級數(shù)據(jù)的校驗統(tǒng)一寫入校驗盤，等讀取時再即時進行校驗。因此即使是當(dāng)前硬盤上的數(shù)據(jù)塊損壞，也可以通過XOR校驗值和其他硬盤上的同級數(shù)據(jù)進行恢復(fù)。由于RAID 4在寫入時要等一個硬盤寫完后才能寫一下個，并且還要寫入校驗數(shù)據(jù)所以寫入效率比較差，讀取時也是一個硬盤一個硬盤的讀，但校驗迅速，所以相對速度更快。

5.3 優(yōu)點

RAID4 也使用一個校驗盤，各硬盤相同位置的分段形成一個校驗硬盤分段，放在校驗硬盤上。這種方式可在不同的硬盤平行執(zhí)行不同的讀取命令，大幅提高磁盤陳列的讀取性能，但寫入數(shù)據(jù)時，因受限于校驗硬盤，同一時間只能做一次，啟動所有硬盤讀取數(shù)據(jù)形成同一校驗分段的所有數(shù)據(jù)分段，與要寫入的數(shù)據(jù)做好校驗計算再寫入。即使如此，小型文件的寫入仍然要比RAID3快。

5.4 缺點

校驗硬盤和RAID3一樣，也形成其性能的瓶頸。在失敗恢復(fù)時，它的難度比RAID3大得多了，控制器的設(shè)計難度也要大許多，而且訪問數(shù)據(jù)的效率不怎么好。

六、RAID 5

6.1 定義

RAID 5 是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。 RAID 5可以理解為是RAID 0和RAID 1的折中方案。RAID 5可以為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全保障。

6.2 工作原理

RAID5和RAID4一樣，數(shù)據(jù)以塊為單位分布到各個硬盤上。RAID 5不對數(shù)據(jù)進行備份，而是把數(shù)據(jù)和與其相對應(yīng)的奇偶校驗信息存儲到組成RAID5的各個磁盤上，并且奇偶校驗信息和相對應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲于不同的磁盤上。當(dāng)RAID5的一個磁盤數(shù)據(jù)損壞后，利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗信息去恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。

6.3 優(yōu)點

RAID 5具有和RAID 0相近似的數(shù)據(jù)讀取速度，RAID 5的磁盤空間利用率要比RAID 1高，存儲成本相對較低。

6.4 缺點

保障程度要比Mirror低，寫入數(shù)據(jù)的速度比對單個磁盤進行寫入操作稍慢。

七、RAID 6

7.1 定義

RAID6技術(shù)是在RAID 5基礎(chǔ)上，為了進一步加強數(shù)據(jù)保護而設(shè)計的一種RAID方式，實際上是一種擴展RAID 5等級。與RAID 5的不同之處于除了每個硬盤上都有同級數(shù)據(jù)XOR校驗區(qū)外，還有一個針對每個數(shù)據(jù)塊的XOR校驗區(qū)。

7.2 工作原理

RAID-6 是在RAID-5基礎(chǔ)上把校驗信息由一位增加到兩位的raid 級別。

RAID-6和RAID-5一樣對邏輯盤進行條帶化然后存儲數(shù)據(jù)和校驗位，只是對每一位數(shù)據(jù)又增加了一位校驗位。這樣在使用RAID-6時會有兩塊硬盤用來存儲校驗位，增強了容錯功能，同時必然會減少硬盤的實際使用容量。以前的raid級別一般只允許一塊硬盤壞掉，而RAID-6可以允許壞掉兩塊硬盤，因此，RAID-6 要求至少4塊硬盤。

7.3 優(yōu)點

當(dāng)使用大數(shù)據(jù)塊時，RAID6的隨機讀取性能很好。當(dāng)使用小數(shù)據(jù)塊時RAID6的持續(xù)讀取性能比較好。

快速的讀取性能，更高的容錯能力。

7.4 缺點

RAID6的隨機寫入性能比較差，因為不但要在每硬盤上寫入校驗數(shù)據(jù)而且要在專門的校驗硬盤上寫入數(shù)據(jù)。

RAID6的持續(xù)寫入性能一般。

RAID控制器在設(shè)計上更加復(fù)雜，成本更高。

八、RAID 7

8.1 定義

RAID 7全稱叫“Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as high Data Transfer Rates(最優(yōu)化的異步高I/O速率和高數(shù)據(jù)傳輸率)”，它與以前我們見到RAID級別具有明顯的區(qū)別。RAID 7完全可以理解為一個獨立存儲計算機，它自身帶有操作系統(tǒng)和管理工具，完全可以獨立運行。

8.2 工作原理

RAID7 不僅僅是一種技術(shù)，還是一種存儲計算機（Storage Computer ）。RAID 7 存儲計算機操作系統(tǒng)（Storage Computer Operating System ）是一套實時事件驅(qū)動操作系統(tǒng)，主要用來進行系統(tǒng)初始化和安排RAID 7磁盤陣列的所有數(shù)據(jù)傳輸，并把它們轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的物理存儲驅(qū)動器上。通過自身系統(tǒng)中的陣列電腦板來設(shè)定和控制讀寫速度，存儲計算機操作系統(tǒng)可使主機I/O 傳遞性能達到最佳。如果一個磁盤出現(xiàn)故障，還可自動執(zhí)行恢復(fù)操作，并可管理備份磁盤的重建過程。

RAID 7 突破了以往RAID 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)架構(gòu)，采用了非同步訪問，極大地減輕了數(shù)據(jù)寫瓶頸，提高了I/O 速度。所謂非同步訪問，即RAID 7 的每個I/O 接口都有一條專用的高速通道，作為數(shù)據(jù)或控制信息的流通路徑，因此可獨立地控制自身系統(tǒng)中每個磁盤的數(shù)據(jù)存取。如果RAID 7 有N 個磁盤，那么除去一個校驗盤（用作冗余計算）外，可同時處理N－1 個主機系統(tǒng)隨機發(fā)出的讀/寫指令，從而顯著地改善了I/O 應(yīng)用。RAID 7 系統(tǒng)內(nèi)置實時操作系統(tǒng)還可自動對主機發(fā)送過來的讀/寫指令進行優(yōu)化處理，以智能化方式將可能被讀取的數(shù)據(jù)預(yù)先讀入快速緩存中，從而大大減少了磁頭的轉(zhuǎn)動次數(shù)，提高了I/O 速度。RAID 7 可幫助用戶有效地管理日益龐大的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，并使系統(tǒng)的運行效率提高至少一倍以上,滿足了各類用戶的不同需求。

8.3 優(yōu)點

（1）全面寫入的性能領(lǐng)先但盤性能25%至90%并且強于其他陣列1.5至6倍。
（2）主機接口通過可升級的連通性來增加傳輸帶寬。
（3）在小規(guī)模用戶讀取操作時，Cache的命中率極高，幾乎可以將尋址時間變相降低為零。
（4）陣列中的磁盤數(shù)量越多，寫入效率提高越大，讀取時尋址時間越短。
（5）沒有額外的帶寬用于效驗操作。

8.4 缺點

（1）很可能造成一個賣主一個方案的局面。
（2）存儲容量中，每MB成本極高。
（3）相對而言，非常短的保修期。
（4）大多數(shù)用戶可能都用不到。
（5）必須要有UPS的配合以保證意外斷電時Cache中的數(shù)據(jù)順利保存。

九、RAID 10

9.1 定義

Raid 10是一個Raid 0與Raid1的組合體，它是利用奇偶校驗實現(xiàn)條帶集鏡像，所以它繼承了Raid0的快速和Raid1的安全。我們知道，RAID 1在這里就是一個冗余的備份陣列，而RAID 0則負責(zé)數(shù)據(jù)的讀寫陣列。其實，圖6只是一種RAID 10方式，更多的情況是從主通路分出兩路，做Striping操作，即把數(shù)據(jù)分割，而這分出來的每一路則再分兩路，做Mirroring操作，即互做鏡像。

9.2 工作原理

Raid 10其實非常簡單，首先創(chuàng)建2個獨立的Raid1，然后將這兩個獨立的Raid1組成一個Raid0，當(dāng)往這個邏輯Raid中寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被有序的寫入兩個Raid1中。磁盤1和磁盤2組成一個Raid1，磁盤3和磁盤4又組成另外一個Raid1;這兩個Raid1組成了一個新的Raid0。如寫在硬盤1上的數(shù)據(jù)1、3、5、7，寫在硬盤2中則為數(shù)據(jù)1、3、5、7，硬盤3中的數(shù)據(jù)為0、2、4、6，硬盤4中的數(shù)據(jù)則為0、2、4、6，因此數(shù)據(jù)在這四個硬盤上組合成Raid10，且具有raid0和raid1兩者的特性。

雖然Raid10方案造成了50%的磁盤浪費，但是它提供了200%的速度和單磁盤損壞的數(shù)據(jù)安全性，并且當(dāng)同時損壞的磁盤不在同一Raid1中，就能保證數(shù)據(jù)安全性。假如磁盤中的某一塊盤壞了，整個邏輯磁盤仍能正常工作的。[2]

當(dāng)我們需要恢復(fù)RAID 10中損壞的磁盤時，只需要更換新的硬盤，按照RAID10的工作原理來進行數(shù)據(jù)恢復(fù)，恢復(fù)數(shù)據(jù)過程中系統(tǒng)仍能正常工作。原先的數(shù)據(jù)會同步恢復(fù)到更換的硬盤中。

9.3 優(yōu)點

RAID10提供100%的數(shù)據(jù)冗余，支持更大的卷尺寸。RAID10提供最好的性能。使用RAID10，可以獲得更好的可靠性，因為即使兩個物理驅(qū)動器發(fā)生故障，每個陣列中都有一個，數(shù)據(jù)仍然可以得到保護。

9.4 缺點

RAID10需要4 + 2*N 個磁盤驅(qū)動器（N >=0)， 而且只能使用其中一半或更小的磁盤用量, 例如 4 個 250G 的硬盤使用RAID10 陣列， 實際容量是 500G。

價格也相對較高。

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