【CPP114】raid的出現為那些正在為計算機存儲方案犯愁的人帶來(lái)了福音，也為高端大容量服務(wù)器提供了更加暢通安全的存儲通道。

　　一、概述

　　raid是英文redundantarray of inexpensive disks的縮寫(xiě)，中文意為“廉價(jià)冗余磁盤(pán)陣列”是美國加州大學(xué)d.a.帕特森教授在1988年提出的。raid其實(shí)就是用軟件或硬件將一組磁盤(pán)合并成一個(gè)磁盤(pán)來(lái)使用，用以滿(mǎn)足用戶(hù)對磁盤(pán)容量的要求。不過(guò)，raid除了在容量上超越普通硬盤(pán)外，還能在速度、容錯能力及擴充性上占據極大的優(yōu)勢。常規的硬盤(pán)，如果受到諸如文件丟失、硬盤(pán)損壞等故障，幾乎無(wú)法挽救，而raid則能夠在當一塊硬盤(pán)出現故障時(shí)，并不影響數據的存儲且能正常工作，這就是其容錯能力的一大優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，raid還具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　1.傳輸速度快，容量大，從raid本身的含義中就能體現這一個(gè)基本特點(diǎn)；

　　2.提供容錯能力，是保證數據安全最有效的方法；

　　3.不占用系統資源，硬件raid通過(guò)cpu的指令來(lái)控制raid板，不必占用較多的資源來(lái)控制硬盤(pán)；

　　4.成本低，相對于同容量的磁盤(pán)，raid具有更高的性?xún)r(jià)比。

　　在raid的發(fā)展過(guò)程中先后出現了raid0、raid1、raid0+1、raid2、raid3、raid4和raid5等不同類(lèi)型。根據不同的性能要求可以采用不同的raid，通常raid0、raid1、raid0+1是用戶(hù)選擇最多的方式，而在制版行業(yè)，raid5是首選的陣列方式，當然也可根據用戶(hù)對數據穩定性的要求而采用其他陣列方式。

　　二、種類(lèi)

　　1.raid0

　　raid0為無(wú)冗余校驗的磁盤(pán)陣列，數據均勻分布在每個(gè)磁盤(pán)上，讀寫(xiě)速度在所有的raid類(lèi)型中最快，但不具備容錯能力，運行中只要有一個(gè)磁盤(pán)損壞，所有的數據將全部丟失。

　　當系統向控制器發(fā)送指令時(shí)，控制器進(jìn)行四項操作，并且每一項對應一個(gè)磁盤(pán)，這樣所發(fā)送的資料就分別寫(xiě)入4個(gè)磁盤(pán)中；當需要進(jìn)行讀出時(shí)，又從4個(gè)磁盤(pán)中同時(shí)讀取數據。這就使得它比單個(gè)的磁盤(pán)速度提高了3倍，但在建立raid0時(shí)需要創(chuàng )建帶區集（stripe）。帶區集使數據均勻分布在每一個(gè)磁盤(pán)上，并且控制帶區集的帶區大小。

　　2.raid1

　　raid1是將每一個(gè)磁盤(pán)作一個(gè)鏡像，所以又稱(chēng)為磁盤(pán)鏡像。每一個(gè)鏡像磁盤(pán)保證與原磁盤(pán)的數據保持一致，同raid0相比，raid1的數據更具可靠性和可恢復性，但在所有的raid類(lèi)型中成本最高，所以一般只有在數據安全可靠性要求較高的場(chǎng)合才使用raid1來(lái)存儲。

 

　　在raid1模式下，其中任一磁盤(pán)發(fā)生故障并不影響硬盤(pán)的工作；不過(guò)，當鏡像的兩個(gè)磁盤(pán)都發(fā)生故障時(shí)，數據將無(wú)法挽回，當然這種情況極少發(fā)生。如果一個(gè)磁盤(pán)發(fā)生故障，更換新的硬盤(pán)時(shí)需要將原磁盤(pán)數據復制到新硬盤(pán)中，這一操作稱(chēng)為同步鏡像。同步鏡像需較長(cháng)時(shí)間，在復制過(guò)程中，要占據系統資源，降低了系統性能。為了提高磁盤(pán)控制器的讀寫(xiě)性能，也有采用雙控制器來(lái)解決磁盤(pán)與控制卡的性能瓶頸問(wèn)題的。

　　3.raid2

　　raid2是raid0的改良版，是以hamming code方式將資料編碼后分割為獨立位元，并將資料分別寫(xiě)入硬盤(pán)中，其中第1、2、4……是用于檢驗數據，其余用于存儲數據。但因加入了錯誤修正碼（ecc， error conrection code），所以存儲的資料比以前大，raid2主要用于極大數據存儲，但實(shí)際被應用的并不多見(jiàn)。

　　4.raid3

　　經(jīng)過(guò)編碼將資料位元分割，并分別存于硬盤(pán)中，而將同位元檢查單獨存于一個(gè)硬盤(pán)中。但由于資料的位元分散在不同硬盤(pán)上，因此就算讀取一小段資料都有可能用到所有的硬盤(pán)，所以這種模式比較適合讀取較大容量的資料時(shí)使用。在raid3中采用奇偶校驗的方法檢查錯誤，使得任何一個(gè)單獨的磁盤(pán)損壞后都可以恢復，但寫(xiě)數據時(shí)要計算校驗位的值。raid3的用戶(hù)也很少。

 

　　5.raid4

　　與raid3不同的是，raid4在分割時(shí)是以區塊為單位分別存放入硬盤(pán)中，但每份資料的存取都必須從校驗的硬盤(pán)中取出并與對應的資料進(jìn)行核對。由于運轉頻繁，硬盤(pán)的損耗率較高。

　　raid3和raid4只是在創(chuàng )建時(shí)所分的區塊有所不同，其他工作原理基本相似，

　　在raid3和raid4系統中，如果有四塊硬盤(pán)，三塊硬盤(pán)將用來(lái)保存數據，第四塊磁盤(pán)用于校驗，這種配置方式可用3+1的形式表示。圖中相同的顏色表示使用同一校驗塊的所有數據，第四個(gè)硬盤(pán)的校驗塊與所對應的數據塊顏色一致構成帶區，并包含其他三塊硬盤(pán)中對應的數據信息。

　　raid3和raid4同樣提供容錯能力，在讀寫(xiě)時(shí)需要校驗與計算、數據塊寫(xiě)入和校驗塊寫(xiě)入等過(guò)程，相對于其他raid模式系統指令較繁瑣，但可以通過(guò)設置帶區的大小使raid系統得到簡(jiǎn)化。raid3和raid4雖具備容錯能力，但當有一個(gè)數據盤(pán)損壞時(shí)，需要較長(cháng)恢復的時(shí)間，而校驗盤(pán)如果出現故障，問(wèn)題就會(huì )更加麻煩；同時(shí)每當讀寫(xiě)數據時(shí)，都要對校驗盤(pán)進(jìn)行操作，使其成為工作瓶頸，這是raid3和raid4的最大弱點(diǎn)。