RAID认识（一）

一、 RAID概述

   1988年美国加州大学伯克利分校的 D.A. Patterson 教授等首次在论文 “A Case of Redundant Array of InexpensiveDisks” 中提出了 RAID 概念 [1] ，即廉价冗余磁盘阵列（ Redundant Arrayof Inexpensive Disks ）。由于当时大容量磁盘比较昂贵， RAID的基本思想是将多个容量较小、相对廉价的磁盘进行有机组合，从而以较低的成本获得与昂贵大容量磁盘相当的容量、性能、可靠性。随着磁盘成本和价格的不断降低， RAID可以使用大部分的磁盘， “ 廉价 ” 已经毫无意义。因此， RAID咨询委员会（ RAID Advisory Board, RAB ）决定用 “ 独立 ” 替代 “ 廉价 ” ，于时 RAID变成了独立磁盘冗余阵列（ Redundant Array of Independent Disks ）。但这仅仅是名称的变化，实质内容没有改变。

    RAID 主要利用数据条带、镜像和数据校验技术来获取高性能、可靠性、容错能力和扩展性。根据运用或组合运用这三种技术的策略和架构，可以把RAID 分为不同的等级，以满足不同数据应用的需求。在实际应用领域中使用最多的 RAID 等级是 RAID0 、 RAID1 、 RAID3 、 RAID5、 RAID6 和 RAID10 。

            

二、基本原理

    RAID（Redundant Array of IndependentDisks）即独立磁盘冗余阵列，通常简称为磁盘阵列。简单地说， RAID是由多个独立的高性能磁盘驱动器组成的磁盘子系统，从而提供比单个磁盘更高的存储性能和数据冗余的技术。RAID是一类多磁盘管理技术，其向主机环境提供了成本适中、数据可靠性高的高性能存储。 SNIA 对 RAID 的定义是 [2] ：一种磁盘阵列，部分物理存储空间用来记录保存在剩余空间上的用户数据的冗余信息。当其中某一个磁盘或访问路径发生故障时，冗余信息可用来重建用户数据。

三、关键技术

3.1 镜像

    镜像是一种冗余技术，为磁盘提供保护功能，防止磁盘发生故障而造成数据丢失。

    对于RAID而言，采用镜像技术典型地将会同时在阵列中产生两个完全相同的数据副本，分布在两个不同的磁盘驱动器组上。镜像提供了完全的数据冗余能力，当一个数据副本失效不可用时，外部系统仍可正常访问另一副本，不会对应用系统运行和性能产生影响。而且，镜像不需要额外的计算和校验，故障修复非常快，直接复制即可。镜像技术可以从多个副本进行并发读取数据，提供更高的读 I/O 性能，但不能并行写数据，写多个副本会会导致一定的 I/O 性能降低。

    镜像技术提供了非常高的数据安全性，其代价也是非常昂贵的，需要至少双倍的存储空间。高成本限制了镜像的广泛应用，主要应用于至关重要的数据保护，这种场合下数据丢失会造成巨大的损失。另外，镜像通过“拆分”能获得特定时间点的上数据快照，从而可以实现一种备份窗口几乎为零的数据备份技术。

3.2 数据条带

    磁盘存储的性能瓶颈在于磁头寻道定位，它是一种慢速机械运动，无法与高速的 CPU 匹配。再者，单个磁盘驱动器性能存在物理极限，I/O性能非常有限。         

    RAID 由多块磁盘组成，数据条带技术将数据以块的方式分布存储在多个磁盘中，从而可以对数据进行并发处理。这样写入和读取数据就可以在多个磁盘上同时进行，并发产生非常高的聚合 I/O，有效提高了整体 I/O性能，而且具有良好的线性扩展性。这对大容量数据尤其显著，如果不分块，数据只能按顺序存储在磁盘阵列的磁盘上，需要时再按顺序读取。而通过条带技术，可获得数倍与顺序访问的性能提升。

    数据条带技术的分块大小选择非常关键。条带粒度可以是一个字节至几 KB大小，分块越小，并行处理能力就越强，数据存取速度就越高，但同时就会增加块存取的随机性和块寻址时间。实际应用中，要根据数据特征和需求来选择合适的分块大小，在数据存取随机性和并发处理能力之间进行平衡，以争取尽可能高的整体性能。

    数据条带是基于提高 I/O 性能而提出的，也就是说它只关注性能，而对数据可靠性、可用性没有任何改善。实际上，其中任何一个数据条带损坏都会导致整个数据不可用，采用数据条带技术反而增加了数据发生丢失的概率。

3.3 数据校验

    镜像具有高安全性、高读性能，但冗余开销太昂贵。数据条带通过并发性来大幅提高性能，然而对数据安全性、可靠性未作考虑。数据校验是一种冗余技术，它用校验数据来提供数据的安全，可以检测数据错误，并在能力允许的前提下进行数据重构。相对镜像，数据校验大幅缩减了冗余开销，用较小的代价换取了极佳的数据完整性和可靠性。数据条带技术提供高性能，数据校验提供数据安全性， RAID不同等级往往同时结合使用这两种技术。

    采用数据校验时，RAID要在写入数据同时进行校验计算，并将得到的校验数据存储在 RAID成员磁盘中。校验数据可以集中保存在某个磁盘或分散存储在多个不同磁盘中，甚至校验数据也可以分块，不同 RAID等级实现各不相同。当其中一部分数据出错时，就可以对剩余数据和校验数据进行反校验计算重建丢失的数据。校验技术相对于镜像技术的优势在于节省大量开销，但由于每次数据读写都要进行大量的校验运算，对计算机的运算速度要求很高，必须使用硬件RAID 控制器。在数据重建恢复方面，检验技术比镜像技术复杂得多且慢得多。

    海明校验码和异或校验是两种最为常用的数据校验算法。海明校验码是由理查德 · 海明提出的，不仅能检测错误，还能给出错误位置并自动纠正。海明校验的基本思想是：将有效信息按照某种规律分成若干组，对每一个组作奇偶测试并安排一个校验位，从而能提供多位检错信息，以定位错误点并纠正。可见海明校验实质上是一种多重奇偶校验。异或校验通过异或逻辑运算产生，将一个有效信息与一个给定的初始值进行异或运算，会得到校验信息。如果有效信息出现错误，通过校验信息与初始值的异或运算能还原正确的有效信息。

   下一篇我对RAID的了解， 敬请期待。。。

   借鉴文章：

http://wenku.baidu.com/link?url=huIRexIct5_j8_KJpgsyTEzlqS3LbmTCSOP--6YREAQn1zDIGunuX_000BV6_C9Wb4GJR1x8JkLNPmJwodU4JuTjkhiYnv0dVQn1YlIPShS

http://blog.youkuaiyun.com/liuaigui/article/details/4581970