「知识科普」一文了解RAID概念、工作原理及其等级划分

　　RAID (独立磁盘冗余阵列)将多个物理驱动器组合成一个虚拟存储设备，该设备提供更多存储空间，并且在大多数情况下还提供容错功能，以便即使其中一个物理磁盘发生故障也可以恢复数据。

　　RAID 是如何工作的?

　　RAID 的工作原理是在多个磁盘上分配数据并以标准化方式促进输入/输出操作的重叠。由于多个磁盘可以延长平均故障间隔时间，因此冗余数据存储也可以提高容错能力。通常，RAID 阵列作为单个逻辑驱动器出现在操作系统上，并且它利用独特的技术方法，例如磁盘镜像和磁盘条带化。

　　镜像会将相同的数据复制到多个驱动器上，而剥离则会隔离这些数据。通过隔离这些数据，剥离有助于将数据分布在多个磁盘驱动器上。每个驱动器的存储空间被划分为从 512 字节到几兆字节不等的单元。然后，整个磁盘的条带被交错并相应地排序。在存储一般记录的单用户系统中，条带通常布置得很小，使得单个记录的跨度覆盖整个磁盘，并且可以通过同时读取整个磁盘来无缝访问。

　　在多用户系统中，情况完全不同，必须使用更突出的条纹才能获得更好的性能。这些条带足够大，可以容纳最大大小的记录;因此，它可以跨驱动器实现重叠的磁盘输入/输出。

　　RAID 级别和类型

　　RAID 配置分为RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6和 RAID 10 等级别。RAID 级别 0 到 6 称为标准级别。最常见的 RAID 配置是 RAID 0(条带化，数据被分割成块，存储在不同的物理磁盘上)、RAID 1(镜像，数据的多个副本存储在不同的磁盘上以实现冗余)、RAID 5(分布式奇偶校验，包括条带化以及存储奇偶校验信息以进行错误恢复)和 RAID 6(双奇偶校验)。

　　·RAID 0(需要 2 个以上驱动器)：数据在驱动器上条带化。这种类型的配置通常用于提高性能。可以使用不同大小的驱动器，但是较大的驱动器将受限于最小驱动器的大小。 RAID 0 的一个缺点是，如果一个驱动器发生故障，则所有驱动器上的所有数据都会丢失。另一方面，这提供了良好的读写时间，并且奇偶校验数据不会丢失存储空间。

　　·RAID 1(需要 2 个以上驱动器)：在 RAID 1 中，数据镜像到驱动器上。这意味着数据副本的数量等于阵列中驱动器的数量。阵列的写入时间仅限于最慢的驱动器，但读取时间可能会增加。由于如果其中一个驱动器发生故障，数据就会被复制，因此数据仍然会保留。读取和写入时间与单个驱动器的读取和写入时间相似。

　　·RAID 2(需要 3 个以上驱动器)：Raid 2 引入了纠错功能。至少两个驱动器用于存储数据(在字节级条带化)，其余驱动器用于存储每个字节条带的纠错码。这种类型的数组很少使用。

　　·RAID 3(需要 3 个以上驱动器)：在此配置中，数据在位级别进行条带化，与 RAID 2 一样，但 RAID 3 中使用的纠错存储在称为奇偶校验位的位置中。奇偶校验位被添加到存储的数据中，并在访问数据时进行检查以确保其正确。与 RAID 2 一样，RAID 3 并不常用。

　　·RAID 4(需要 3 个以上驱动器)：RAID 4 本质上与 RAID 3 相同，只是数据按块而不是字节进行条带化。

　　·RAID 5(需要 3 个以上驱动器)：在此阵列中，每个磁盘都用于存储数据(按块条带化)和奇偶校验块。下图显示了奇偶校验块如何分布在四个磁盘上。如果单个磁盘发生故障，可以根据分布式奇偶校验信息重建数据。

　可以非常快速地从此阵列中读取数据，但由于需要写入奇偶校验数据，写入时间可能会受到影响。

　　·RAID 6(需要 4 个以上驱动器)：RAID 6 与 RAID 5 类似，不同之处在于每个奇偶校验块都是重复的。因此，每个磁盘包含两个奇偶校验块及其数据，而不是一个。

　　当谈论数据条带化时，有两种分段方法。通过字节条带化，第一个字节存储在一个驱动器上，第二个字节存储在下一个驱动器上，依此类推，如果需要，则循环回第一个驱动器。块条带化中也会发生相同的过程，只是每个块的大小更大(大小在设置阵列时确定)。

　　RAID 设置的常见变体包括 RAID 0+1、RAID 1+0 和 RAID 5+0，它们可以结合不同 RAID 设置的优点。

　　·RAID 0+1 获取条带数据并将其复制到另一组磁盘上。这至少需要四个磁盘：两个用于条带数据，两个用于条带数据的镜像。如果一个镜像组中的驱动器发生故障，可以从另一组中重建该驱动器，但如果两个镜像组中的驱动器均发生故障，则阵列将丢失。

　　·RAID 1+0 创建镜像磁盘的条带集。同样，这需要至少 4 个磁盘：前两个磁盘设置为 RAID 1(镜像)，后两个磁盘设置为 RAID 1(镜像)，但是两组不同的磁盘保存不同的数据条带。

　　·RAID 5+0 需要至少 6 个驱动器。 RAID 0 级别将数据条带化到不同的磁盘组(至少两组)中，并且每组磁盘包含至少 3 个在 RAID 5 中设置且具有分布式奇偶校验块的磁盘。

　　一个常见的误解是，RAID 阵列可以被当作备份的替代品。虽然在某些情况下可以从单个故障驱动器重建数据，但情况并非总是如此。 RAID 设置旨在提高数据的可访问性。如果电源浪涌导致计算机烧毁或主板出现故障，所有数据都可能丢失。 RAID 设置也不能防止用户数据删除(意外删除文件)。选择 RAID 设置的主要优点是获得更好的驱动器性能并改进对单个驱动器故障的保护。

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