什么是Raid

RAID稱為廉價(jià)磁盤冗余陣列。RAID 的基本原理是把多個(gè)便宜的小磁盤組合到一起，成為一個(gè)磁盤組，使性能達(dá)到或超過(guò)一個(gè)容量巨大、價(jià)格昂貴的磁盤。

目前 RAID技術(shù)大致分為兩種：基于硬件的RAID技術(shù)和基于軟件的RAID技術(shù)。其中在Linux下通過(guò)自帶的軟件就能實(shí)現(xiàn)RAID功能，這樣便可省去購(gòu)買昂貴的硬件 RAID 控制器和附件就能極大地增強(qiáng)磁盤的 IO 性能和可靠性。由于是用軟件去實(shí)現(xiàn)的RAID功能，所以它配置靈活、管理方便。同時(shí)使用軟件RAID，還可以實(shí)現(xiàn)將幾個(gè)物理磁盤合并成一個(gè)更大的虛擬設(shè)備，從而達(dá)到性能改進(jìn)和數(shù)據(jù)冗余的目的。當(dāng)然基于硬件的RAID解決方案比基于軟件RAID技術(shù)在使用性能和服務(wù)性能上稍勝一籌，具體表現(xiàn)在檢測(cè)和修復(fù)多位錯(cuò)誤的能力、錯(cuò)誤磁盤自動(dòng)檢測(cè)和陣列重建等方面。

磁盤陣列  RAID 技術(shù)

概述     

冗余磁盤陣列技術(shù)（Redundant Array of Inexpensive Disks，簡(jiǎn)稱RAID技術(shù))是一種數(shù)據(jù)的虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，其結(jié)合了多個(gè)物理磁盤驅(qū)動(dòng)器件在一個(gè)邏輯磁盤內(nèi)用以實(shí)現(xiàn)比單個(gè)磁盤更高的存儲(chǔ)性能。其在1987 年由加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson,  Garth  A. Gibson 和  Randy Katz共同提出。起初的研制目的是為了組合小的廉價(jià)磁盤來(lái)代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的費(fèi)用，同時(shí)也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤失效時(shí)不會(huì)使數(shù)據(jù)受損，從而開(kāi)發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)。如下圖所示，當(dāng) RAID 組中的某一磁盤損壞時(shí)，服務(wù)器可以通過(guò)對(duì)其它磁盤的冗余操作，達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)的冗余保護(hù)功能。

RAID 技術(shù)利用多個(gè)硬盤的組合提高存儲(chǔ)的效率和容錯(cuò)能力，其主要由兩部分組成，即控制器和磁盤陣列。控制器依據(jù)接口協(xié)議對(duì)磁盤陣列中的磁盤進(jìn)行讀寫操作和管理數(shù)據(jù)。控制器通常由專用的 CPU 構(gòu)成，能夠完成大量的計(jì)算任務(wù)。磁盤陣列是由多個(gè)磁盤構(gòu)成，其讀寫操作由控制器控制，多個(gè)磁盤通過(guò)控制器虛擬化成為一個(gè)磁盤。

從實(shí)現(xiàn)角度來(lái)說(shuō)， RAID 主要分為軟 RAID、硬 RAID 以及軟硬混合 RAID 三種。軟 RAID 所有功能均由操作系統(tǒng)和 CPU 來(lái)完成，沒(méi)有獨(dú)立的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片，效率自然很低。硬 RAID 配備了專門的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片以及陣列緩沖，不占用 CPU 資源，但成本很高。軟硬混合 RAID 具備 RAID 控制 / 處理芯片，但缺乏 I/O 處理芯片，需要 CPU 和驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成，性能和成本 在軟 RAID 和硬 RAID 之間。

磁盤陣列  RAID 技術(shù)基本原理

RAID 技術(shù)可以將一個(gè)硬盤上的任務(wù)分散或copy到多個(gè)（少則兩個(gè)）磁盤上，借此來(lái)提高了性能或建立數(shù)據(jù)冗余以防驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)定設(shè)備的 RAID 模式來(lái)決定設(shè)備以何種方式處理數(shù)據(jù)。RAID 配置可讓多個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器以不同的方式（例如使用條帶技術(shù)或鏡像技術(shù)）組合成單一的運(yùn)行單元。

RAID 的兩個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是提高數(shù)據(jù)可靠性和 I/O 性能。磁盤陣列中，數(shù)據(jù)分散在多個(gè)磁盤中，然而對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就像一個(gè)單獨(dú)的磁盤。通過(guò)把相同數(shù)據(jù)同時(shí)寫入到多塊磁盤（典型地如鏡像），或者將計(jì)算的校驗(yàn)數(shù)據(jù)寫入陣列中來(lái)獲得冗余能力，當(dāng)單塊磁盤出現(xiàn)故障時(shí)可以保證不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。有些 RAID 等級(jí)允許更多地 磁盤同時(shí)發(fā)生故障。在這樣的冗余機(jī)制下，可以用新磁盤替換故障磁盤， RAID 會(huì)自動(dòng)根據(jù)剩余磁盤中的數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)重建丟失的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)一致性和完整性。數(shù)據(jù)分散保存在 RAID 中的多個(gè)不同磁盤上，并發(fā)數(shù)據(jù)讀寫要大大優(yōu)于單個(gè)磁盤，因此可以獲得更高的聚合 I/O 帶寬。當(dāng)然，磁盤陣列會(huì)減少全體磁盤的總可用存儲(chǔ)空間，犧牲空間換取更高的可靠性和性能。比如， RAID1 存儲(chǔ)空間利用率僅有 50% ， RAID5 會(huì)損失其中一個(gè)磁盤的存儲(chǔ)容量，空間利用率為 (n-1)/n 。

RAID的操作步驟　

標(biāo)準(zhǔn)的RAID寫操作，需包括以下幾個(gè)步驟：

　?。?）以校驗(yàn)盤中讀取數(shù)據(jù)

　?。?）以目標(biāo)數(shù)據(jù)盤中讀取數(shù)據(jù)

　　（3）以舊校驗(yàn)數(shù)據(jù)，新數(shù)據(jù)及已存在數(shù)據(jù)，生成新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)

　?。?）將新校驗(yàn)數(shù)據(jù)寫入校驗(yàn)盤

　?。?）將新數(shù)據(jù)寫入目標(biāo)數(shù)據(jù)盤

　　當(dāng)主機(jī)將一個(gè)待寫入陣列RAID組中的數(shù)據(jù)發(fā)送到陣列時(shí)，陣列控制器將該數(shù)據(jù)保存在緩存中并立即報(bào)告主機(jī)該數(shù)據(jù)的寫入工作已完成。該數(shù)據(jù)寫入到陣列硬盤的工作由陣列控制器完成，該數(shù)據(jù)可繼續(xù)存放在Cache中直到Cache滿，而且要為新數(shù)據(jù)騰出空間而必須刷新時(shí)或陣列需停機(jī)時(shí)，控制器會(huì)及時(shí)將該數(shù)據(jù)從Cache寫入陣列硬盤中。

　　這種緩存回寫技術(shù)使得主機(jī)不必等待RAID校驗(yàn)計(jì)算過(guò)程的完成，即可處理下一個(gè)讀寫任務(wù)，這樣，主機(jī)的讀寫效率大為增加。當(dāng)主機(jī)命令將一個(gè)數(shù)據(jù)寫入硬盤，則陣列控制器將該數(shù)據(jù)寫入緩存上面的位置，只有新數(shù)據(jù)才會(huì)被控制器按Write-Back Cache的方式之后寫入硬盤。