什么是Raid

RAID稱為廉價磁盤冗余陣列。RAID 的基本原理是把多個便宜的小磁盤組合到一起，成為一個磁盤組，使性能達到或超過一個容量巨大、價格昂貴的磁盤。

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下通過自帶的軟件就能實現(xiàn)RAID功能，這樣便可省去購買昂貴的硬件 RAID 控制器和附件就能極大地增強磁盤的 IO 性能和可靠性。由于是用軟件去實現(xiàn)的RAID功能，所以它配置靈活、管理方便。同時使用軟件RAID，還可以實現(xiàn)將幾個物理磁盤合并成一個更大的虛擬設(shè)備，從而達到性能改進和數(shù)據(jù)冗余的目的。當然基于硬件的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)在檢測和修復多位錯誤的能力、錯誤磁盤自動檢測和陣列重建等方面。

磁盤陣列  RAID 技術(shù)

概述     

冗余磁盤陣列技術(shù)（Redundant Array of Inexpensive Disks，簡稱RAID技術(shù))是一種數(shù)據(jù)的虛擬存儲技術(shù)，其結(jié)合了多個物理磁盤驅(qū)動器件在一個邏輯磁盤內(nèi)用以實現(xiàn)比單個磁盤更高的存儲性能。其在1987 年由加州大學伯克利分校的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磁盤來代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲的費用，同時也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤失效時不會使數(shù)據(jù)受損，從而開發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護技術(shù)。如下圖所示，當 RAID 組中的某一磁盤損壞時，服務(wù)器可以通過對其它磁盤的冗余操作，達到對數(shù)據(jù)的冗余保護功能。

RAID 技術(shù)利用多個硬盤的組合提高存儲的效率和容錯能力，其主要由兩部分組成，即控制器和磁盤陣列?？刂破饕罁?jù)接口協(xié)議對磁盤陣列中的磁盤進行讀寫操作和管理數(shù)據(jù)?？刂破魍ǔＳ蓪Ｓ玫?CPU 構(gòu)成，能夠完成大量的計算任務(wù)。磁盤陣列是由多個磁盤構(gòu)成，其讀寫操作由控制器控制，多個磁盤通過控制器虛擬化成為一個磁盤。

從實現(xiàn)角度來說， 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 來完成，沒有獨立的 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)動程序來完成，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)可以將一個硬盤上的任務(wù)分散或copy到多個（少則兩個）磁盤上，借此來提高了性能或建立數(shù)據(jù)冗余以防驅(qū)動器發(fā)生故障?？梢酝ㄟ^設(shè)定設(shè)備的 RAID 模式來決定設(shè)備以何種方式處理數(shù)據(jù)。RAID 配置可讓多個硬盤驅(qū)動器以不同的方式（例如使用條帶技術(shù)或鏡像技術(shù)）組合成單一的運行單元。

RAID 的兩個關(guān)鍵目標是提高數(shù)據(jù)可靠性和 I/O 性能。磁盤陣列中，數(shù)據(jù)分散在多個磁盤中，然而對于計算機系統(tǒng)來說，就像一個單獨的磁盤。通過把相同數(shù)據(jù)同時寫入到多塊磁盤（典型地如鏡像），或者將計算的校驗數(shù)據(jù)寫入陣列中來獲得冗余能力，當單塊磁盤出現(xiàn)故障時可以保證不會導致數(shù)據(jù)丟失。有些 RAID 等級允許更多地 磁盤同時發(fā)生故障。在這樣的冗余機制下，可以用新磁盤替換故障磁盤， RAID 會自動根據(jù)剩余磁盤中的數(shù)據(jù)和校驗數(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 中的多個不同磁盤上，并發(fā)數(shù)據(jù)讀寫要大大優(yōu)于單個磁盤，因此可以獲得更高的聚合 I/O 帶寬。當然，磁盤陣列會減少全體磁盤的總可用存儲空間，犧牲空間換取更高的可靠性和性能。比如， RAID1 存儲空間利用率僅有 50% ， RAID5 會損失其中一個磁盤的存儲容量，空間利用率為 (n-1)/n 。

RAID的操作步驟　

標準的RAID寫操作，需包括以下幾個步驟：

　?。?）以校驗盤中讀取數(shù)據(jù)

　　（2）以目標數(shù)據(jù)盤中讀取數(shù)據(jù)

　?。?）以舊校驗數(shù)據(jù)，新數(shù)據(jù)及已存在數(shù)據(jù)，生成新的校驗數(shù)據(jù)

　　（4）將新校驗數(shù)據(jù)寫入校驗盤

　?。?）將新數(shù)據(jù)寫入目標數(shù)據(jù)盤

　　當主機將一個待寫入陣列RAID組中的數(shù)據(jù)發(fā)送到陣列時，陣列控制器將該數(shù)據(jù)保存在緩存中并立即報告主機該數(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或陣列需停機時，控制器會及時將該數(shù)據(jù)從Cache寫入陣列硬盤中。

　　這種緩存回寫技術(shù)使得主機不必等待RAID校驗計算過程的完成，即可處理下一個讀寫任務(wù)，這樣，主機的讀寫效率大為增加。當主機命令將一個數(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)才會被控制器按Write-Back Cache的方式之后寫入硬盤。