RAID磁盘阵列是什么(一看就懂)

在单机时代,采用单块磁盘进行数据存储和读写的方式,由于寻址和读写的时间消耗,导致I/O性能非常低,且存储容量还会受到限制。另外,单块磁盘极其容易出现物理故障,经常导致数据的丢失。因此大家就在想,有没有一种办法将多块独立的磁盘结合在一起组成一个技术方案,来提高数据的可靠性和I/O性能呢。

在这种情况下,RAID技术就应运而生了。

一、RAID 是什么?

RAID ( Redundant Array of Independent Disks )即独立磁盘冗余阵列,简称为「磁盘阵列」,其实就是用多个独立的磁盘组成在一起形成一个大的磁盘系统,从而实现比单块磁盘更好的存储性能和更高的可靠性。

二、RAID 有哪些?

RAID方案常见的可以分为:

  • RAID0

  • RAID1

  • RAID5

  • RAID6

  • RAID10

下面来分别介绍一下。

  1. RAID0

RAID0 是一种非常简单的的方式,它将多块磁盘组合在一起形成一个大容量的存储。当我们要写数据的时候,会将数据分为N份,以独立的方式实现N块磁盘的读写,那么这N份数据会同时并发的写到磁盘中,因此执行性能非常的高。

RAID0 的读写性能理论上是单块磁盘的N倍(仅限理论,因为实际中磁盘的寻址时间也是性能占用的大头)

但RAID0的问题是,它并不提供数据校验或冗余备份,因此一旦某块磁盘损坏了,数据就直接丢失,无法恢复了。因此RAID0就不可能用于高要求的业务中,但可以用在对可靠性要求不高,对读写性能要求高的场景中。

那有没有可以让存储可靠性变高的方案呢?
有的,下面的RAID1就是。

  1. RAID1


如图,
RAID1 是磁盘阵列中单位成本最高的一种方式。因为它的原理是在往磁盘写数据的时候,将同一份数据无差别的写两份到磁盘,分别写到工作磁盘和镜像磁盘,那么它的实际空间使用率只有50%了,两块磁盘当做一块用,这是一种比较昂贵的方案。

RAID1其实与RAID0效果刚好相反。RAID1 这种写双份的做法,就给数据做了一个冗余备份。这样的话,任何一块磁盘损坏了,都可以再基于另外一块磁盘去恢复数据,数据的可靠性非常强,但性能就没那么好了。

了解了RAID0和RAID1之后,我们发现这两个方案都不完美啊。
这时候就该 性能又好、可靠性也高 的方案 RAID5 登场了。

  1. RAID5

这是目前用的最多的一种方式。
因为 RAID5 是一种将 存储性能、数据安全、存储成本 兼顾的一种方案。

在了解RAID5之前,我们可以先简单看一下RAID3,虽然RAID3用的很少,但弄清楚了RAID3就很容易明白RAID5的思路。

RAID3的方式是:将数据按照RAID0的形式,分成多份同时写入多块磁盘,但是还会另外再留出一块磁盘用于写「奇偶校验码」。例如总共有N块磁盘,那么就会让其中额度N-1块用来并发的写数据,第N块磁盘用记录校验码数据。一旦某一块磁盘坏掉了,就可以利用其它的N-1块磁盘去恢复数据。

但是由于第N块磁盘是校验码磁盘,因此有任何数据的写入都会要去更新这块磁盘,导致这块磁盘的读写是最频繁的,也就非常的容易损坏。

RAID5的方式可以说是对RAID3进行了改进。

RAID5模式中,不再需要用单独的磁盘写校验码了。它把校验码信息分布到各个磁盘上。例如,总共有N块磁盘,那么会将要写入的数据分成N份,并发的写入到N块磁盘中,同时还将数据的校验码信息也写入到这N块磁盘中(数据与对应的校验码信息必须得分开存储在不同的磁盘上)。一旦某一块磁盘损坏了,就可以用剩下的数据和对应的奇偶校验码信息去恢复损坏的数据。

RAID5校验位算法原理:P = D1 xor D2 xor D3 … xor Dn (D1,D2,D3 … Dn为数据块,P为校验,xor为异或运算)

RAID5的方式,最少需要三块磁盘来组建磁盘阵列,允许最多同时坏一块磁盘。如果有两块磁盘同时损坏了,那数据就无法恢复了。

  1. RAID6

为了进一步提高存储的高可用,聪明的人们又提出了RAID6方案,可以在有两块磁盘同时损坏的情况下,也能保障数据可恢复。

为什么RAID6这么牛呢,因为RAID6在RAID5的基础上再次改进,引入了双重校验的概念。

RAID6除了每块磁盘上都有同级数据XOR校验区以外,还有针对每个数据块的XOR校验区,这样的话,相当于每个数据块有两个校验保护措施,因此数据的冗余性更高了。

但是RAID6的这种设计也带来了很高的复杂度,虽然数据冗余性好,读取的效率也比较高,但是写数据的性能就很差。因此RAID6在实际环境中应用的比较少。

  1. RAID10

RAID10其实就是RAID1与RAID0的一个合体。

我们看图就明白了:

RAID10兼备了RAID1和RAID0的有优点。首先基于RAID1模式将磁盘分为2份,当要写入数据的时候,将所有的数据在两份磁盘上同时写入,相当于写了双份数据,起到了数据保障的作用。且在每一份磁盘上又会基于RAID0技术讲数据分为N份并发的读写,这样也保障了数据的效率。

但也可以看出RAID10模式是有一半的磁盘空间用于存储冗余数据的,浪费的很严重,因此用的也不是很多。

整体对比一下 RAID0、RAID1、RAID5、RAID6、RAID10 的几个特征:

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