Raid

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关于Raid0,Raid1,Raid3,Raid5(6),Raid10（0+1/1+0）的总结

RAID 独立硬盘冗余阵列

Raid基础概念

扇区、块、段、条带、条带长度和深度
条带Stripe：磁盘相同偏移处横向逻辑切割；
条带长度：一个stripe横跨的扇区或块的个数或字节容量；
段segment：一个stipe所占用的单块磁盘的区域；
条带深度：一个segment所包含的data block或者扇区的个数或字节容量。
局部连续：条带1放满后，继续放条带2；逻辑连续需要跨物理磁盘（物理连续）。

IO相关概念

读/写IO：一次IO连续扇区，通知起始扇区和连续扇区个数。
大/小块IO：给出连续读取扇区数目的多少，数目很大为大块IO，很小为小块IO，没有明显界限。
连续/随机IO：本次IO给出的初始扇区地址和上次IO的结束扇区地址是完全连续的还是相隔不多的。
顺序/并发IO：发向底层磁盘的IO数据包包含了文件系统级下发的多个IO的数据，则为并发IO；如果直接发向磁盘的IO值包含了文件系统下发的一个IO数据，则为顺序IO（IO序列）。
持续/间断IO：持续不断地发送/接收IO请求数据流和时断时续发送/请求数据流。
稳定/突发IO：单位时间接收/发送的IOPS/吞吐量稳定和剧烈变化。
实/虚IO：IO请求针对实际数据地址或文件偏移量的，称为实IO；针对磁盘发送的非实体数据IO请求，比如控制性IO，称为虚IO。
IO并发几率：并发多磁盘IO的概率；
IOPS：IO并发系数/（寻道时间+旋转延迟时间+数据传输时间），连续IO，寻道时间很短，传输时间越少，IOPS越高
每秒IO吞吐量：每秒IO吞吐量=IOPSx平均IO SIZE，影响因素主要是IO SIZE和存到时间以及旋转延迟时间。

RAID0 - 条带化，串連 (Striping) 硬盘数>=2

定义 多磁盘数据分组同步读写 读写速度为单盘的X倍

RAID级别中的存储性能最高。将多个磁盘并列起来，成为一个大磁盘 raid0，将连续的数据分散到多个磁盘上存取，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能。
raid功能中spanning和striping模式有什么区别?

工作原理

系统向三个磁盘组成的逻辑硬盘（RAID0磁盘组）发出的I/O数据请求被转化为3项操作，其中的每一项操作都对应于一块物理硬盘。通过建立RAID 0，原先顺序的数据请求被分散到所有的三块硬盘中同时执行。从理论上讲，三块硬盘的并行操作使同一时间内磁盘读写速度提升了3倍。 但由于总线带宽等多种因素的影响，实际的提升速率肯定会低于理论值，但是，大量数据并行传输与串行传输比较，提速效果显著显然毋庸置疑。

优缺点

1、读写性能高，非常适合于视频、图像的制作和编辑
2、安全性能低，不支持数据冗余，无容错功能，不适用于关键任务环境
3、磁盘空间使用率：100%，成本最低
4、在 RAID0 串連中的每個磁碟必須要相同大小

RAID1 - Block 鏡像 (Mirroring) 硬盘数>=2

定义 多磁盘同数据同步写读 读写速度与单盘相同

RAID 1通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据。当原始数据繁忙时，可直接从镜像拷贝中读取数据，因此RAID 1可以提高读取性能。

工作原理

将一个两块硬盘所构成RAID磁盘阵列，其容量仅等于一块硬盘的容量，因为另一块只是当作数据“镜像”。读只能在一块磁盘上进行，并不会进行并行读取，性能取决于硬盘中较快的一块。写的话通常比单块磁盘要慢，虽然是并行写，即对两块磁盘的写入是同时进行的，但因为要比较两块硬盘中的数据，所以性能比单块磁盘慢。

优缺点

1、磁盘的利用率却只有50%，磁盘利用率最低，成本最高
2、数据冗余备份，容错，数据安全性高；当故障发生时，系统可自动切换到镜像磁盘，无需重组数据
3、读性能：只能在一个磁盘上读取，取决于磁盘中较快的那块盘
4、写性能：两块磁盘都要写入，虽然是并行写入，但因为要比对，故性能单块磁盘慢。
5、支持“热交换”，就是说阵列中硬盘的移除或替换可以在系统运行时进行，无须中断退出系统。

RAID3 - 位元級串連與獨立奇偶校驗 校验存储与一个盘 硬盘数>=3

定义

RAID 3是把数据分成多个“块”，按照一定的容错算法，存放在N+1个硬盘上，实际数据占用的有效空间为N个硬盘的空间总和，而第N+1个硬盘上存储的数据是校验容错信息

工作原理

当这N+1个硬盘中的其中一个硬盘出现故障时，从其它N个硬盘中的数据也可以恢复原始数据，这样，仅使用这N个硬盘也可以带伤继续工作（如采集和回放素材），当更换一个新硬盘后，系统可以重新恢复完整的校验容错信息。由于在一个硬盘阵列中，多于一个硬盘同时出现故障率的几率很小，所以一般情况下，使用RAID3，安全性是可以得到保障的。

优缺点

1、写入操作多磁盘并行进行，但每个数据盘写入数据，都需要同时重写校验盘中的相关信息，经常执行写入，会导致校验盘负载压力大
2、更加适合应用于那些写入操作较少，读取操作较多的应用环境，例如 数据库和WEB服务器等

Raid5 分布式奇偶校验 硬盘数>=3

定义

RAID 5是RAID 0和RAID1的折中方案。RAID5具有和RAID0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。

工作原理

RAID5把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且是分别存储于不同的磁盘上，其中任意N-1块磁盘上都存储完整的数据，也就是说有相当于一块磁盘容量的空间用于存储奇偶校验信息。当RAID5的一个磁盘发生损坏后，不会影响数据的完整性，从而保证了数据安全。当损坏的磁盘被替换后，RAID还会自动利用剩下奇偶校验信息去重建此磁盘上的数据，来保持RAID5的高可靠性。

优缺点

1、磁盘空间利用率：(N-1)/N，即只浪费一块磁盘用于奇偶校验。存储成本相对较低
2、(n-1)*单块磁盘的读性能，和RAID0相近似的数据读取速度
3、写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢
4、高可靠性。奇偶校检与数据分别都存储不同盘，损坏时，可以自动重建。只允许一块磁盘损坏。

附 Raid6
类似RAID5两组奇偶校验信息块，两个独立的奇偶系统使用不同的算法， 数据的可靠性非常高，即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的使用。相对于RAID 5有更大的“写损失”，因此“写性能”非常差。

Raid10：RAID1+0和RAID0+1 硬盘>=4 (偶数）

Raid10 镜象阵列条带 先做镜像(1)，再做条带(0)
可以理解为两个raid0同步

Raid01 先做条带(0)，再做镜像(1)

工作原理

Raid10其实结构非常简单，首先创建2个独立的Raid1，然后将这两个独立的Raid1组成一个Raid0，当往这个逻辑Raid中写数据时，数据被有序的写入两个Raid1中。磁盘1和磁盘2组成一个Raid1，磁盘3和磁盘4又组成另外一个Raid1;这两个Raid1组成了一个新的Raid0。

优缺点：

1、磁盘利用率50% 成本较高
2、安全性上RAID10要好于 RAID01，如图中所示，假设DISK0损坏，在RAID10中，只有DISK1 故障，整个RAID才失效。故障率为1/3。但在RAID01中，DISK0损坏后，左边的条带将无法读取，DISK2或DISK3两个盘中任何一个损坏，都会导致RAID失效。故障率2/3。
3、RAID01比起RAID10有着更快的读写速度

Raid10 与 Raid5 比较

1、RAID5和RAID10，哪种RAID更适合你(上)

2、RAID5和RAID10，哪种RAID更适合你(下)

Raid 0 1 10 5 6 比较

实现

软件磁盘阵列（Software RAID）

• 纯软件磁盘阵列（Pure Software RAID）：只需要主板支持即可，不需要任何磁盘阵列卡。若主板损坏，可能难以购买同款主板重建RAID。
• 硬件辅助磁盘阵列（Hardware-Assisted RAID）：需要一张RAID卡，以及厂商所提供的驱动程序。这种RAID较易迁移到其他电脑。

RAID 软件实现工具：Linux上的mdadm工具、虚拟卷管理工具（LVM或者Veritas），文件系统实现（btrfs，ZFS，GPFS）、RAID-F等。

硬件磁盘阵列（Hardware RAID）

RAID卡上内置处理器，不需要服务器的CPU运算。优点是读写性能最快，不占用服务器资源，可用于任何操作系统，缺点是其售价很高，通常只用于RAID 5和RAID 6。

参考链接

https://www.cnblogs.com/ivictor/p/6099807.html
http://blog.jobbole.com/83808/
https://blog.csdn.net/spuer_io/article/details/57080239
https://www.freebsd.org/doc/zh_TW/books/handbook/geom.html
http://blog.51cto.com/jiebers/1334486
http://blog.51cto.com/jiebers/1334487