RAID0、RAID1、RAID5、RAID10

本文深入解析RAID技术,包括RAID0、RAID1、RAID5和RAID10等常见类型的特性与区别,以及如何利用多块硬盘构建高效且安全的存储系统。

raid(Redundant Array of Independent Disk 独立冗余磁盘阵列)技术是加州大学伯克利分校1987年提出,最初是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘,同时希望磁盘失效时不会使对数据的访问受损 失而开发出一定水平的数据保护技术。raid就是一种由多块廉价磁盘构成的冗余阵列,在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。raid可以充分发 挥出多块硬盘的优势,可以提升硬盘速度,增大容量,提供容错功能够确保数据安全性,易于管理的优点,在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作,不会 受到损坏硬盘的影响。

raid磁盘阵列备份

raid中有多种磁盘阵列组合方式,文章《详细解析raid0、raid0+1、raid1、raid5四者的区别》中就有详细的介绍。这种方法可以增强数据整合度,增强容错功能,增加处理量或容量。是一种利用硬件的有力备份方式。

raid 为 Redundant Array of Indepent Disks (独立磁盘冗余阵列) 的缩写,最常用的四种raid为 raid0、raid1、raid5、raid10,下面以图解的方式解释这四种raid的特点和区别。

在后面的图示中,用到以下标识:

A,B,C,D,E和F - 表示数据块

p1,p2,p3 - 表示奇偶校验信息块

raid0(0表示没有数据故障恢复能力)

raid0

raid0的特点:

最少需要两块磁盘

数据条带式分布

没有冗余,性能最佳(不存储镜像、校验信息)

不能应用于对数据安全性要求高的场合

raid1 (每个磁盘都有自己的1个镜像盘,容错性最高)

raid1

以下为raid1的特点:

最少需要2块磁盘

提供数据块冗余

性能好

raid5 (奇偶校验,每个盘都存放一部分校验数据块)

raid5

raid5特点:

最少3块磁盘

数据条带形式分布

以奇偶校验作冗余

适合多读少写的情景,是性能与数据冗余最佳的折中方案

raid10 (先按RAID0分成多组,每组按RAID1加1台自己镜像)

raid10

raid10(又叫raid1+0)特点:

最少需要4块磁盘

先按raid 0分成两组,再分别对两组按raid 1方式镜像

兼顾冗余(提供镜像存储)和性能(数据条带形分布)

在实际应用中较为常用

raid0即Data Stripping(数据分条技术)。整个逻辑盘的数据是被分条(stripped)分布在多个物理磁盘上,可以并行读/写,提供最快的速度,但没有冗余能力。要求至少两个磁盘。我们通过raid 0可以获得更大的单个逻辑盘的容量,且通过对多个磁盘的同时读取获得更高的存取速度。raid 0首先考虑的是磁盘的速度和容量,忽略了安全,只要其中一个磁盘出了问题,那么整个阵列的数据都会不保了。

raid0、raid1、raid5、raid10各需要几块硬盘才能够组建

问:raid0至少几块盘?

答:raid0最少要两块硬盘才能实现。 

raid1

raid1,又称镜像方式,也就是数据的冗余。在整个镜像过程中,只有一半的磁盘容量是有效的(另一半磁盘容量用来存放同样的数据)。同raid0相比,raid1首先考虑的是安全性,容量减半、速度不变。

问:raid1至少几块盘?

答:raid1最少要两块硬盘才能实现。 

raid0+1(raid10)

为了达到既高速又安全,出现了raid10(或者叫raid0+1),可以把raid10简单地理解成由多个磁盘组成的raid 0阵列再进行镜像。

问:raid0+1至少几块硬盘才能实现?

答:raid0+1至少需要4块盘。 

raid3和raid5

raid3和raid5都是校验方式。raid3的工作方式是用一块磁盘存放校验数据。由于任何数据的改变都要修改相应的数据校验信息,存放数据的磁盘有好几个且并行工作,而存放校验数据的磁盘只有一个,这就带来了校验数据存放时的瓶颈。raid 5的工作方式是将各个磁盘生成的数据校验切成块,分别存放到组成阵列的各个磁盘中去,这样就缓解了校验数据存放时所产生的瓶颈问题,但是分割数据及控制存放都要付出速度上的代价。

问:raid5需要几块硬盘?为什么损失一个盘的容量?

答:至少3块。

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,并且奇偶校验信息和相对应的数据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。因此当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。

raid

### RAID 级别对比:RAID 0RAID 1RAID 5RAID 10 的区别和应用场景 RAID(Redundant Array of Independent Disks)是一种将多个物理硬盘组合成一个逻辑单元的技术,旨在提升性能、可靠性和容量。不同 RAID 级别在数据分布、冗余机制和性能表现上各有特点。 #### RAID 0 RAID 0 通过**条带化**(Striping)将数据均匀分布在多个磁盘上,从而显著提升读写性能。它不提供任何冗余功能,因此一旦任何一个磁盘发生故障,所有数据都会丢失[^1]。 - **优点**: - 最大化性能,适用于需要高速读写的场景。 - **缺点**: - 没有容错能力,数据可靠性较低。 - **适用场景**: - 高性能需求但对数据可靠性要求不高的场景,例如临时文件存储、缓存系统等。 #### RAID 1 RAID 1 通过**镜像**(Mirroring)将数据复制到两个或更多磁盘上,提供完全冗余。如果一个磁盘发生故障,系统可以无缝切换到另一个磁盘继续运行[^1]。 - **优点**: - 高可靠性,数据冗余性强。 - 读取性能较好,因为可以从任意一个磁盘读取数据。 - **缺点**: - 写入性能较低,因为数据需要同时写入多个磁盘。 - 存储成本较高,因为实际可用容量仅为总磁盘容量的一半。 - **适用场景**: - 对数据可靠性要求较高的场景,例如系统盘、数据库日志文件等。 #### RAID 5 RAID 5 结合了条带化和奇偶校验机制,将数据和校验信息分布在所有磁盘上。它可以在一个磁盘故障的情况下恢复数据,但需要至少三个磁盘[^1]。 - **优点**: - 提供较好的性能和容错能力。 - 相较于 RAID 1,存储利用率更高。 - **缺点**: - 写入性能较低,尤其是涉及频繁小文件写入时。 - 在磁盘重建过程中,系统负载较高,可能导致性能下降。 - **适用场景**: - 中等性能和可靠性需求的场景,例如中小型数据库、文件服务器等。 #### RAID 10 RAID 10RAID 1RAID 0 的组合,先进行镜像(RAID 1),再进行条带化(RAID 0)。它提供了高性能和高可靠性,但需要至少四个磁盘。 - **优点**: - 高性能,特别是在写入操作方面。 - 高可靠性,支持多个磁盘故障(每个镜像组中一个磁盘)。 - **缺点**: - 成本较高,因为需要至少四个磁盘。 - 实际可用容量为总磁盘容量的一半。 - **适用场景**: - 对性能和可靠性要求均较高的场景,例如大型数据库、关键业务系统等。 ### 性能对比 在读写性能方面,RAID 10 通常优于 RAID 5,尤其是在写入操作上。这是因为 RAID 5 需要计算奇偶校验信息,而 RAID 10 可以直接利用镜像磁盘进行数据写入[^1]。 ### 存储成本对比 RAID 10 的存储成本最高,因为需要至少四个磁盘,并且实际可用容量仅为总磁盘容量的一半。相比之下,RAID 5 的存储利用率更高,适合对成本敏感的场景。 ### 容错能力对比 RAID 1RAID 10 提供了更高的容错能力,可以在一个或多个磁盘故障时保持系统正常运行。RAID 5 仅支持单个磁盘故障,而 RAID 0 没有任何容错能力。 ### 示例代码:RAID 级别对比表 以下是一个简单的表格,总结了不同 RAID 级别的关键特性: ```markdown | RAID 级别 | 数据分布 | 冗余性 | 最少磁盘数 | 读性能 | 写性能 | 适用场景 | |-----------|----------|--------|------------|--------|--------|----------| | RAID 0 | 条带化 | 无 | 2 | 高 | 高 | 高性能需求 | | RAID 1 | 镜像 | 高 | 2 | 中高 | 低 | 高可靠性需求 | | RAID 5 | 条带化 + 奇偶校验 | 中 | 3 | 中 | 中低 | 中等性能和可靠性需求 | | RAID 10 | 镜像 + 条带化 | 高 | 4 | 高 | 高 | 高性能和高可靠性需求 | ``` ### 相关问题 1. RAID 0RAID 1 在数据恢复方面有哪些差异? 2. RAID 5 的奇偶校验机制如何影响性能? 3. RAID 10 是否可以扩展到更多磁盘?如何优化其性能? 4. 如何选择适合的 RAID 级别来支持数据库系统? 5. RAID 级别对存储成本和性能的影响有哪些权衡?
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