RAID 技術(shù)相信大家都有接觸過，尤其是服務(wù)器運(yùn)維人員，RAID 概念很多，有時(shí)候會(huì)概念混淆。這篇文章為網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，寫得相當(dāng)不錯(cuò)，它對(duì) RAID 技術(shù)的概念特征、基本原理、關(guān)鍵技術(shù)、各種等級(jí)和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的闡述，并為用戶如何進(jìn)行應(yīng)用選擇提供了基本原則，對(duì)于初學(xué)者應(yīng)該有很大的幫助。

一、RAID 概述

　　1988 年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的 D. A. Patterson 教授等首次在論文 “A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks” 中提出了 RAID 概念 [1] ，即廉價(jià)冗余磁盤陣列（ Redundant Array of Inexpensive Disks ）。由于當(dāng)時(shí)大容量磁盤比較昂貴， RAID 的基本思想是將多個(gè)容量較小、相對(duì)廉價(jià)的磁盤進(jìn)行有機(jī)組合，從而以較低的成本獲得與昂貴大容量磁盤相當(dāng)?shù)娜萘俊⑿阅?、可靠性。隨著磁盤成本和價(jià)格的不斷降低， RAID 可以使用大部分的磁盤， “廉價(jià)” 已經(jīng)毫無意義。因此， RAID 咨詢委員會(huì)（ RAID Advisory Board, RAB ）決定用 “ 獨(dú)立 ” 替代 “ 廉價(jià) ” ，于時(shí) RAID 變成了獨(dú)立磁盤冗余陣列（ Redundant Array of Independent Disks ）。但這僅僅是名稱的變化，實(shí)質(zhì)內(nèi)容沒有改變。

　　RAID 這種設(shè)計(jì)思想很快被業(yè)界接納， RAID 技術(shù)作為高性能、高可靠的存儲(chǔ)技術(shù)，已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。 RAID 主要利用數(shù)據(jù)條帶、鏡像和數(shù)據(jù)校驗(yàn)技術(shù)來獲取高性能、可靠性、容錯(cuò)能力和擴(kuò)展性，根據(jù)運(yùn)用或組合運(yùn)用這三種技術(shù)的策略和架構(gòu)，可以把 RAID 分為不同的等級(jí)，以滿足不同數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求。 D. A. Patterson 等的論文中定義了 RAID1 ~ RAID5 原始 RAID 等級(jí)， 1988 年以來又?jǐn)U展了 RAID0 和 RAID6 。近年來，存儲(chǔ)廠商不斷推出諸如 RAID7 、 RAID10/01 、 RAID50 、 RAID53 、 RAID100 等 RAID 等級(jí)，但這些并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)是 RAID0 ~ RAID5 ，除 RAID2 外的四個(gè)等級(jí)被定為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中使用最多的 RAID 等級(jí)是 RAID0 、 RAID1 、 RAID3 、 RAID5 、 RAID6 和 RAID10。

　　從實(shí)現(xiàn)角度看， RAID 主要分為軟 RAID、硬 RAID 以及軟硬混合 RAID 三種。軟 RAID 所有功能均有操作系統(tǒng)和 CPU 來完成，沒有獨(dú)立的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片，效率自然最低。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(dòng)程序來完成，性能和成本 在軟 RAID 和硬 RAID 之間。

　　RAID 每一個(gè)等級(jí)代表一種實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)，等級(jí)之間并無高低之分。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)，綜合考慮可用性、性能和成本來選擇合適的 RAID 等級(jí)，以及具體的實(shí)現(xiàn)方式。

二、基本原理

　　RAID （ Redundant Array of Independent Disks ）即獨(dú)立磁盤冗余陣列，通常簡(jiǎn)稱為磁盤陣列。簡(jiǎn)單地說， RAID 是由多個(gè)獨(dú)立的高性能磁盤驅(qū)動(dòng)器組成的磁盤子系統(tǒng)，從而提供比單個(gè)磁盤更高的存儲(chǔ)性能和數(shù)據(jù)冗余的技術(shù)。 RAID 是一類多磁盤管理技術(shù)，其向主機(jī)環(huán)境提供了成本適中、數(shù)據(jù)可靠性高的高性能存儲(chǔ)。 SNIA 對(duì) RAID 的定義是 [2] ：一種磁盤陣列，部分物理存儲(chǔ)空間用來記錄保存在剩余空間上的用戶數(shù)據(jù)的冗余信息。當(dāng)其中某一個(gè)磁盤或訪問路徑發(fā)生故障時(shí)，冗余信息可用來重建用戶數(shù)據(jù)。磁盤條帶化雖然與 RAID 定義不符，通常還是稱為 RAID （即 RAID0 ）。

　　RAID 的初衷是為大型服務(wù)器提供高端的存儲(chǔ)功能和冗余的數(shù)據(jù)安全。在整個(gè)系統(tǒng)中， RAID 被看作是由兩個(gè)或更多磁盤組成的存儲(chǔ)空間，通過并發(fā)地在多個(gè)磁盤上讀寫數(shù)據(jù)來提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的 I/O 性能。大多數(shù) RAID 等級(jí)具有完備的數(shù)據(jù)校驗(yàn)、糾正措施，從而提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性，甚至鏡像方式，大大增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性， Redundant 也由此而來。

　　這里要提一下 JBOD （ Just a Bunch of Disks ）。最初 JBOD 用來表示一個(gè)沒有控制軟件提供協(xié)調(diào)控制的磁盤集合，這是 RAID 區(qū)別與 JBOD 的主要因素。目前 JBOD 常指磁盤柜，而不論其是否提供 RAID 功能。

　　RAID 的兩個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)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(gè)磁盤中，然而對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，就像一個(gè)單獨(dú)的磁盤。通過把相同數(shù)據(jù)同時(shí)寫入到多塊磁盤（典型地如鏡像），或者將計(jì)算的校驗(yàn)數(shù)據(jù)寫入陣列中來獲得冗余能力，當(dāng)單塊磁盤出現(xiàn)故障時(shí)可以保證不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。有些 RAID 等級(jí)允許更多地 磁盤同時(shí)發(fā)生故障，比如 RAID6 ，可以是兩塊磁盤同時(shí)損壞。在這樣的冗余機(jī)制下，可以用新磁盤替換故障磁盤， RAID 會(huì)自動(dòng)根據(jù)剩余磁盤中的數(shù)據(jù)和校驗(yàn)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(gè)不同磁盤上，并發(fā)數(shù)據(jù)讀寫要大大優(yōu)于單個(gè)磁盤，因此可以獲得更高的聚合 I/O 帶寬。當(dāng)然，磁盤陣列會(huì)減少全體磁盤的總可用存儲(chǔ)空間，犧牲空間換取更高的可靠性和性能。比如， RAID1 存儲(chǔ)空間利用率僅有 50% ， RAID5 會(huì)損失其中一個(gè)磁盤的存儲(chǔ)容量，空間利用率為 (n-1)/n 。

　　磁盤陣列可以在部分磁盤（單塊或多塊，根據(jù)實(shí)現(xiàn)而論）損壞的情況下，仍能保證系統(tǒng)不中斷地連續(xù)運(yùn)行。在重建故障磁盤數(shù)據(jù)至新磁盤的過程中，系統(tǒng)可以繼續(xù)正常運(yùn)行，但是性能方面會(huì)有一定程度上的降低。一些磁盤陣列在添加或刪除磁盤時(shí)必須停機(jī)，而有些則支持熱交換 （ Hot Swapping ），允許不停機(jī)下替換磁盤驅(qū)動(dòng)器。這種高端磁盤陣列主要用于要求高可能性的應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)不能停機(jī)或盡可能少的停機(jī)時(shí)間。一般來說， RAID 不可作為數(shù)據(jù)備份的替代方案，它對(duì)非磁盤故障等造成的數(shù)據(jù)丟失無能為力，比如病毒、人為破壞、意外刪除等情形。此時(shí)的數(shù)據(jù)丟失是相對(duì)操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、卷管理器或者應(yīng)用系統(tǒng)來說的，對(duì)于 RAID 系統(tǒng)來身，數(shù)據(jù)都是完好的，沒有發(fā)生丟失。所以，數(shù)據(jù)備份、災(zāi) 備等數(shù)據(jù)保護(hù)措施是非常必要的，與 RAID 相輔相成，保護(hù)數(shù)據(jù)在不同層次的安全性，防止發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。

　　RAID 中主要有三個(gè)關(guān)鍵概念和技術(shù)：鏡像（ Mirroring ）、數(shù)據(jù)條帶（ Data Stripping ）和數(shù)據(jù)校驗(yàn)（ Data parity ） [3][4][5] 。鏡像，將數(shù)據(jù)復(fù)制到多個(gè)磁盤，一方面可以提高可靠性，另一方面可并發(fā)從兩個(gè)或多個(gè)副本讀取數(shù)據(jù)來提高讀性能。顯而易見，鏡像的寫性能要稍低， 確保數(shù)據(jù)正確地寫到多個(gè)磁盤需要更多的時(shí)間消耗。數(shù)據(jù)條帶，將數(shù)據(jù)分片保存在多個(gè)不同的磁盤，多個(gè)數(shù)據(jù)分片共同組成一個(gè)完整數(shù)據(jù)副本，這與鏡像的多個(gè)副本是不同的，它通常用于性能考慮。數(shù)據(jù)條帶具有更高的并發(fā)粒度，當(dāng)訪問數(shù)據(jù)時(shí)，可以同時(shí)對(duì)位于不同磁盤上數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作， 從而獲得非常可觀的 I/O 性能提升 。數(shù)據(jù)校驗(yàn)，利用冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)和修復(fù)，冗余數(shù)據(jù)通常采用海明碼、異或操作等算法來計(jì)算獲得。利用校驗(yàn)功能，可以很大程度上提高磁盤陣列的可靠性、魯棒性和容錯(cuò)能力。不過，數(shù)據(jù)校驗(yàn)需要從多處讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算和對(duì)比，會(huì)影響系統(tǒng)性能。 不同等級(jí)的 RAID 采用一個(gè)或多個(gè)以上的三種技術(shù)，來獲得不同的數(shù)據(jù)可靠性、可用性和 I/O 性能。至于設(shè)計(jì)何種 RAID （甚至新的等級(jí)或類型）或采用何種模式的 RAID ，需要在深入理解系統(tǒng)需求的前提下進(jìn)行合理選擇，綜合評(píng)估可靠性、性能和成本來進(jìn)行折中的選擇。

　　RAID 思想從提出后就廣泛被業(yè)界所接納，存儲(chǔ)工業(yè)界投入了大量的時(shí)間和財(cái)力來研究和開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。而且，隨著處理器、內(nèi)存、計(jì)算機(jī)接口等技術(shù)的不斷發(fā)展， RAID 不斷地發(fā)展和革新，在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，從高端系統(tǒng)逐漸延伸到普通的中低端系統(tǒng)。 RAID 技術(shù)如此流行，源于其具有顯著的特征和優(yōu)勢(shì)，基本可以滿足大部分的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求?？傮w說來， RAID 主要優(yōu)勢(shì)有如下幾點(diǎn)：

(1) 大容量

　　這是 RAID 的一個(gè)顯然優(yōu)勢(shì)，它擴(kuò)大了磁盤的容量，由多個(gè)磁盤組成的 RAID 系統(tǒng)具有海量的存儲(chǔ)空間?，F(xiàn)在單個(gè)磁盤的容量就可以到 1TB 以上，這樣 RAID 的存儲(chǔ)容量就可以達(dá)到 PB 級(jí)，大多數(shù)的存儲(chǔ)需求都可以滿足。一般來說， RAID 可用容量要小于所有成員磁盤的總?cè)萘?。不同等?jí)的 RAID 算法需要一定的冗余開銷，具體容量開銷與采用算法相關(guān)。如果已知 RAID 算法和容量，可以計(jì)算出 RAID 的可用容量。通常， RAID 容量利用率在 50% ~ 90% 之間。

(2) 高性能

　　 RAID 的高性能受益于數(shù)據(jù)條帶化技術(shù)。單個(gè)磁盤的 I/O 性能受到接口、帶寬等計(jì)算機(jī)技術(shù)的限制，性能往往很有 限，容易成為系統(tǒng)性能的瓶頸。通過數(shù)據(jù)條帶化， RAID 將數(shù)據(jù) I/O 分散到各個(gè)成員磁盤上，從而獲得比單個(gè)磁盤成倍增長(zhǎng)的聚合 I/O 性能。

(3) 可靠性

　　可用性和可靠性是 RAID 的另一個(gè)重要特征。從理論上講，由多個(gè)磁盤組成的 RAID 系統(tǒng)在可靠性方面應(yīng)該比單個(gè)磁盤要差。這里有個(gè)隱含假定：?jiǎn)蝹€(gè)磁盤故障將導(dǎo)致整個(gè) RAID 不可用。 RAID 采用鏡像和數(shù)據(jù)校驗(yàn)等數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，打破了這個(gè)假定。 鏡像是最為原始的冗余技術(shù)，把某組磁盤驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)完全復(fù)制到另一組磁盤驅(qū)動(dòng)器上，保證總有數(shù)據(jù)副本可用。 比起鏡像 50% 的冗余開銷 ，數(shù)據(jù)校驗(yàn)要小很多，它利用校驗(yàn)冗余信息對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和糾錯(cuò)。 RAID 冗余技術(shù)大幅提升數(shù)據(jù)可用性和可靠性，保證了若干磁盤出錯(cuò)時(shí)，不 會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，不影響系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

(4) 可管理性

　　實(shí)際上， RAID 是一種虛擬化技術(shù)，它對(duì)多個(gè)物理磁盤驅(qū)動(dòng)器虛擬成一個(gè)大容量的邏輯驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于外部主機(jī)系統(tǒng)來說， RAID 是一個(gè)單一的、快速可靠的大容量磁盤驅(qū)動(dòng)器。這樣，用戶就可以在這個(gè)虛擬驅(qū)動(dòng)器上來組織和存儲(chǔ)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)。 從用戶應(yīng)用角度看，可使存儲(chǔ)系統(tǒng)簡(jiǎn)單易用，管理也很便利。 由于 RAID 內(nèi)部完成了大量的存儲(chǔ)管理工作，管理員只需要管理單個(gè)虛擬驅(qū)動(dòng)器，可以節(jié)省大量的管理工作。 RAID 可以動(dòng)態(tài)增減磁盤驅(qū)動(dòng)器，可自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)重建，這些都可以 大大簡(jiǎn)化管理工作。

三、關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鏡像

　　鏡像是一種冗余技術(shù)，為磁盤提供保護(hù)功能，防止磁盤發(fā)生故障而造成數(shù)據(jù)丟失。對(duì)于 RAID 而言，采用鏡像技術(shù) 典型地 將會(huì)同時(shí)在陣列中產(chǎn)生兩個(gè)完全相同的數(shù)據(jù)副本，分布在兩個(gè)不同的磁盤驅(qū)動(dòng)器組上。鏡像提供了完全的數(shù)據(jù)冗余能力，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)副本失效不可用時(shí)，外部系統(tǒng)仍可正常訪問另一副本，不會(huì)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行和性能產(chǎn)生影響。而且，鏡像不需要額外的計(jì)算和校驗(yàn)，故障修復(fù)非?？?，直接復(fù)制即可。鏡像技術(shù)可以從多個(gè)副本進(jìn)行并發(fā)讀取數(shù)據(jù)，提供更高的讀 I/O 性能，但不能并行寫數(shù)據(jù)，寫多個(gè)副本會(huì)會(huì)導(dǎo)致一定的 I/O 性能降低。

　　鏡像技術(shù)提供了非常高的數(shù)據(jù)安全性，其代價(jià)也是非常昂貴的，需要至少雙倍的存儲(chǔ)空間。高成本限制了鏡像的廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用于至關(guān)重要的數(shù)據(jù)保護(hù)，這種場(chǎng)合下數(shù)據(jù)丟失會(huì)造成巨大的損失。另外，鏡像通過“ 拆分 ”能獲得特定時(shí)間點(diǎn)的上數(shù)據(jù)快照，從而可以實(shí)現(xiàn)一種備份窗口幾乎為零的數(shù)據(jù)備份技術(shù)。

3.2 數(shù)據(jù)條帶

　　磁盤存儲(chǔ)的性能瓶頸在于磁頭尋道定位，它是一種慢速機(jī)械運(yùn)動(dòng)，無法與高速的 CPU 匹配。再者，單個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器性能存在物理極限， I/O 性能非常有限。 RAID 由多塊磁盤組成，數(shù)據(jù)條帶技術(shù)將數(shù)據(jù)以塊的方式分布存儲(chǔ)在多個(gè)磁盤中，從而可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并發(fā)處理。這樣寫入和讀取數(shù)據(jù)就可以在多個(gè)磁盤上同時(shí)進(jìn)行，并發(fā)產(chǎn)生非常高的聚合 I/O ，有效提高了整體 I/O 性能，而且具有良好的線性擴(kuò)展性。這對(duì)大容量數(shù)據(jù)尤其顯著，如果不分塊，數(shù)據(jù)只能按順序存儲(chǔ)在磁盤陣列的磁盤上，需要時(shí)再按順序讀取。而通過條帶技術(shù)，可獲得數(shù)倍與順序訪問的性能提升。

　　數(shù)據(jù)條帶技術(shù)的分塊大小選擇非常關(guān)鍵。條帶粒度可以是一個(gè)字節(jié)至幾 KB 大小，分塊越小，并行處理能力就越強(qiáng)，數(shù)據(jù)存取速度就越高，但同時(shí)就會(huì)增加塊存取的隨機(jī)性和塊尋址時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)數(shù)據(jù)特征和需求來選擇合適的分塊大小，在數(shù)據(jù)存取隨機(jī)性和并發(fā)處理能力之間進(jìn)行平衡，以爭(zhēng)取盡可能高的整體性能。
數(shù)據(jù)條帶是基于提高 I/O 性能而提出的，也就是說它只關(guān)注性能， 而對(duì)數(shù)據(jù)可靠性、可用性沒有任何改善。實(shí)際上，其中任何一個(gè)數(shù)據(jù)條帶損壞都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)不可用，采用數(shù)據(jù)條帶技術(shù)反而增加了數(shù)據(jù)發(fā)生丟失的概念率。

3.3 數(shù)據(jù)校驗(yàn)

　　鏡像具有高安全性、高讀性能，但冗余開銷太昂貴。數(shù)據(jù)條帶通過并發(fā)性來大幅提高性能，然而對(duì)數(shù)據(jù)安全性、可靠性未作考慮。數(shù)據(jù)校驗(yàn)是一種冗余技術(shù)，它用校驗(yàn)數(shù)據(jù)來提供數(shù)據(jù)的安全，可以檢測(cè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，并在能力允許的前提下進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)。相對(duì)鏡像，數(shù)據(jù)校驗(yàn)大幅縮減了冗余開銷，用較小的代價(jià)換取了極佳的數(shù)據(jù)完整性和可靠性。數(shù)據(jù)條帶技術(shù)提供高性能，數(shù)據(jù)校驗(yàn)提供數(shù)據(jù)安全性， RAID 不同等級(jí)往往同時(shí)結(jié)合使用這兩種技術(shù)。

　　采用數(shù)據(jù)校驗(yàn)時(shí)， RAID 要在寫入數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算，并將得到的校驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 RAID 成員磁盤中。校驗(yàn)數(shù)據(jù)可以集中保存在某個(gè)磁盤或分散存儲(chǔ)在多個(gè)不同磁盤中，甚至校驗(yàn)數(shù)據(jù)也可以分塊，不同 RAID 等級(jí)實(shí)現(xiàn)各不相同。當(dāng)其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)，就可以對(duì)剩余數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行反校驗(yàn)計(jì)算重建丟失的數(shù)據(jù)。校驗(yàn)技術(shù)相對(duì)于鏡像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)省大量開銷，但由于每次數(shù)據(jù)讀寫都要進(jìn)行大量的校驗(yàn)運(yùn)算，對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度要求很高，必須使用硬件 RAID 控制器。在數(shù)據(jù)重建恢復(fù)方面，檢驗(yàn)技術(shù)比鏡像技術(shù)復(fù)雜得多且慢得多。

　　海明校驗(yàn)碼和 異或校驗(yàn)是兩種最為常用的 數(shù)據(jù)校驗(yàn)算法。海明校驗(yàn)碼是由理查德.海明提出的，不僅能檢測(cè)錯(cuò)誤，還能給出錯(cuò)誤位置并自動(dòng)糾正。海明校驗(yàn)的基本思想是：將有效信息按照某種規(guī)律分成若干組，對(duì)每一個(gè)組作奇偶測(cè)試并安排一個(gè)校驗(yàn)位，從而能提供多位檢錯(cuò)信息，以定位錯(cuò)誤點(diǎn)并糾正。可見海明校驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是一種多重奇偶校驗(yàn)。異或校驗(yàn)通過異或邏輯運(yùn)算產(chǎn)生，將一個(gè)有效信息與一個(gè)給定的初始值進(jìn)行異或運(yùn)算，會(huì)得到校驗(yàn)信息。如果有效信息出現(xiàn)錯(cuò)誤，通過校驗(yàn)信息與初始值的異或運(yùn)算能還原正確的有效信息。

四、RAID 等級(jí)

4.1 JBOD

　　JBOD （ Just a Bunch Of Disks ）不是標(biāo)準(zhǔn)的 RAID 等級(jí)，它通常用來表示一個(gè)沒有控制軟件提供協(xié)調(diào)控制的磁盤集合。 JBOD 將多個(gè)物理磁盤串聯(lián)起來，提供一個(gè)巨大的邏輯磁盤。 JBOD （如圖 1 ）的數(shù)據(jù)存放機(jī)制是由第一塊磁盤開始按順序往后存儲(chǔ)，當(dāng)前磁盤存儲(chǔ)空間用完后，再依次往后面的磁盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 JBOD 存儲(chǔ)性能完全等同于單塊磁盤，而且也不提供數(shù)據(jù)安全保護(hù)。它只是簡(jiǎn)單提供一種擴(kuò)展存儲(chǔ)空間的機(jī)制， JBOD 可用存儲(chǔ)容量等于所有成員磁盤的存儲(chǔ)空間之和。目前 JBOD 常指磁盤柜，而不論其是否提供 RAID 功能。

圖1 JBOD

4.2 標(biāo)準(zhǔn) RAID 等級(jí)

　　SNIA 、 Berkeley 等組織機(jī)構(gòu)把 RAID0 、 RAID1 、 RAID2 、 RAID3 、 RAID4 、 RAID5 、 RAID6 七個(gè)等級(jí)定為標(biāo)準(zhǔn)的 RAID 等級(jí)，這也被業(yè)界和學(xué)術(shù)界所公認(rèn)。標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)是最基本的 RAID 配置集合，單獨(dú)或綜合利用數(shù)據(jù)條帶、鏡像和數(shù)據(jù)校驗(yàn)技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn) RAID 可以組合，即 RAID 組合等級(jí)，滿足 對(duì)性能、安全性、可靠性要求更高的存儲(chǔ)應(yīng)用需求。 [6][7][8][9][10][11]

1.RAID0

　　RAID0 是一種簡(jiǎn)單的、無數(shù)據(jù)校驗(yàn)的數(shù)據(jù)條帶化技術(shù)。實(shí)際上不是一種真正的 RAID ，因?yàn)樗⒉惶峁┤魏涡问降娜哂嗖呗浴?RAID0 將所在磁盤條帶化后組成大容量的存儲(chǔ)空間（如圖 2 所示），將數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在所有磁盤中，以獨(dú)立訪問方式實(shí)現(xiàn)多塊磁盤的并讀訪問。由于可以并發(fā)執(zhí)行 I/O 操作，總線帶寬得到充分利用。再加上不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，RAID0 的性能在所有 RAID 等級(jí)中是最高的。理論上講，一個(gè)由 n 塊磁盤組成的 RAID0 ，它的讀寫性能是單個(gè)磁盤性能的 n 倍，但由于總線帶寬等多種因素的限制，實(shí)際的性能提升低于理論值。

　　RAID0 具有低成本、高讀寫性能、 100% 的高存儲(chǔ)空間利用率等優(yōu)點(diǎn)，但是它不提供數(shù)據(jù)冗余保護(hù)，一旦數(shù)據(jù)損壞，將無法恢復(fù)。 因此， RAID0 一般適用于對(duì)性能要求嚴(yán)格但對(duì)數(shù)據(jù)安全性和可靠性不高的應(yīng)用，如視頻、音頻存儲(chǔ)、臨時(shí)數(shù)據(jù)緩存空間等。

圖2 RAID0 ：無冗錯(cuò)的數(shù)據(jù)條帶

2.RAID1

　　RAID1 稱為鏡像，它將數(shù)據(jù)完全一致地分別寫到工作磁盤和鏡像 磁盤，它的磁盤空間利用率為 50% 。 RAID1 在數(shù)據(jù)寫入時(shí)，響應(yīng)時(shí)間會(huì)有所影響，但是讀數(shù)據(jù)的時(shí)候沒有影響。 RAID1 提供了最佳的數(shù)據(jù)保護(hù)，一旦工作磁盤發(fā)生故障，系統(tǒng)自動(dòng)從鏡像磁盤讀取數(shù)據(jù)，不會(huì)影響用戶工作。工作原理如圖 3 所示。

　　RAID1 與 RAID0 剛好相反，是為了增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性使兩塊 磁盤數(shù)據(jù)呈現(xiàn)完全鏡像，從而達(dá)到安全性好、技術(shù)簡(jiǎn)單、管理方便。 RAID1 擁有完全容錯(cuò)的能力，但實(shí)現(xiàn)成本高。 RAID1 應(yīng)用于對(duì)順序讀寫性能要求高以及對(duì)數(shù)據(jù)保護(hù)極為重視的應(yīng)用，如對(duì)郵件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護(hù)。

圖3 RAID1 ：無校驗(yàn)的相互鏡像

3.RAID2

　　RAID2 稱為糾錯(cuò)海明碼磁盤陣列，其設(shè)計(jì)思想是利用海明碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)校驗(yàn)冗余。海明碼是一種在原始數(shù)據(jù)中加入若干校驗(yàn)碼來進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正的編碼技術(shù)，其中第 2n 位（ 1, 2, 4, 8, … ）是校驗(yàn)碼，其他位置是數(shù)據(jù)碼。因此在 RAID2 中，數(shù)據(jù)按位存儲(chǔ)，每塊磁盤存儲(chǔ)一位數(shù)據(jù)編碼，磁盤數(shù)量取決于所設(shè)定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寬度，可由用戶設(shè)定。圖 4 所示的為數(shù)據(jù)寬度為 4 的 RAID2 ，它需要 4 塊數(shù)據(jù)磁盤和 3 塊校驗(yàn)磁盤。如果是 64 位數(shù)據(jù)寬度，則需要 64 塊 數(shù)據(jù)磁盤和 7 塊校驗(yàn)磁盤?？梢?， RAID2 的數(shù)據(jù)寬度越大，存儲(chǔ)空間利用率越高，但同時(shí)需要的磁盤數(shù)量也越多。

　　海明碼自身具備糾錯(cuò)能力，因此 RAID2 可以在數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤的情況下對(duì)糾正錯(cuò)誤，保證數(shù)據(jù)的安全性。它的數(shù)據(jù)傳輸性能相當(dāng)高，設(shè)計(jì)復(fù)雜性要低于后面介紹的 RAID3 、 RAID4 和 RAID5 。

　　但是，海明碼的數(shù)據(jù)冗余開銷太大，而且 RAID2 的數(shù)據(jù)輸出性能受陣列中最慢磁盤驅(qū)動(dòng)器的限制。再者，海明碼是按位運(yùn)算， RAID2 數(shù)據(jù)重建非常耗時(shí)。由于這些顯著的缺陷，再加上大部分磁盤驅(qū)動(dòng)器本身都具備了糾錯(cuò)功能，因此 RAID2 在實(shí)際中很少應(yīng)用，沒有形成商業(yè)產(chǎn)品，目前主流存儲(chǔ)磁盤陣列均不提供 RAID2 支持。

圖 4 RAID2 ：海明碼校驗(yàn)

4.RAID3

　　RAID3 （圖 5 ）是使用專用校驗(yàn)盤的并行訪問陣列，它采用一個(gè)專用的磁盤作為校驗(yàn)盤，其余磁盤作為數(shù)據(jù)盤，數(shù)據(jù)按位可字節(jié)的方式交叉存儲(chǔ)到各個(gè)數(shù)據(jù)盤中。RAID3 至少需要三塊磁盤，不同磁盤上同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)作 XOR 校驗(yàn)，校驗(yàn)值寫入校驗(yàn)盤中。 RAID3 完好時(shí)讀性能與 RAID0 完全一致，并行從多個(gè)磁盤條帶讀取數(shù)據(jù)，性能非常高，同時(shí)還提供了數(shù)據(jù)容錯(cuò)能力。向 RAID3 寫入數(shù)據(jù)時(shí)，必須計(jì)算與所有同條帶的校驗(yàn)值，并將新校驗(yàn)值寫入校驗(yàn)盤中。一次寫操作包含了寫數(shù)據(jù)塊、讀取同條帶的數(shù)據(jù)塊、計(jì)算校驗(yàn)值、寫入校驗(yàn)值等多個(gè)操作，系統(tǒng)開銷非常大，性能較低。

　　如果 RAID3 中某一磁盤出現(xiàn)故障，不會(huì)影響數(shù)據(jù)讀取，可以借助校驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他完好數(shù)據(jù)來重建數(shù)據(jù)。假如所要讀取的數(shù)據(jù)塊正好位于失效磁盤，則系統(tǒng)需要讀取所有同一條帶的數(shù)據(jù)塊，并根據(jù)校驗(yàn)值重建丟失的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)性能將受到影響。當(dāng)故障磁盤被更換后，系統(tǒng)按相同的方式重建故障盤中的數(shù)據(jù)至新磁盤。

　　RAID3 只需要一個(gè)校驗(yàn)盤，陣列的存儲(chǔ)空間利用率高，再加上并行訪問的特征，能夠?yàn)楦邘挼拇罅孔x寫提供高性能，適用大容量數(shù)據(jù)的順序訪問應(yīng)用，如影像處理、流媒體服務(wù)等。目前， RAID5 算法不斷改進(jìn)，在大數(shù)據(jù)量讀取時(shí)能夠模擬 RAID3 ，而且 RAID3 在出現(xiàn)壞盤時(shí)性能會(huì)大幅下降，因此常使用 RAID5 替代 RAID3 來運(yùn)行具有持續(xù)性、高帶寬、大量讀寫特征的應(yīng)用。

圖5 RAID3 ：帶有專用位校驗(yàn)的數(shù)據(jù)條帶

5.RAID4

　　RAID4 與 RAID3 的原理大致相同，區(qū)別在于條帶化的方式不同。 RAID4 （圖 6 ）按照 塊的方式來組織數(shù)據(jù)，寫操作只涉及當(dāng)前數(shù)據(jù)盤和校驗(yàn)盤兩個(gè)盤，多個(gè) I/O 請(qǐng)求可以同時(shí)得到處理，提高了系統(tǒng)性能。 RAID4 按塊存儲(chǔ)可以保證單塊的完整性，可以避免受到其他磁盤上同條帶產(chǎn)生的不利影響。

　　RAID4 在不同磁盤上的同級(jí)數(shù)據(jù)塊同樣使用 XOR 校驗(yàn)，結(jié)果存儲(chǔ)在校驗(yàn)盤中。寫入數(shù)據(jù)時(shí)， RAID4 按這種方式把各磁盤上的同級(jí)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)值寫入校驗(yàn) 盤，讀取時(shí)進(jìn)行即時(shí)校驗(yàn)。因此，當(dāng)某塊磁盤的數(shù)據(jù)塊損壞， RAID4 可以通過校驗(yàn)值以及其他磁盤上的同級(jí)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行數(shù)據(jù)重建。

　　RAID4 提供了 非常好的讀性能，但單一的校驗(yàn)盤往往成為系統(tǒng)性能的瓶頸。對(duì)于寫操作， RAID4 只能一個(gè)磁盤一個(gè)磁盤地寫，并且還要寫入校驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此寫性能比較差。而且隨著成員磁盤數(shù)量的增加，校驗(yàn)盤的系統(tǒng)瓶頸將更加突出。正是如上這些限制和不足， RAID4 在實(shí)際應(yīng)用中很少見，主流存儲(chǔ)產(chǎn)品也很少使用 RAID4 保護(hù)。

圖6 RAID4 ：帶有專用塊級(jí)校驗(yàn)的數(shù)據(jù)條帶

6.RAID5

　　 RAID5 應(yīng)該是目前最常見的 RAID 等級(jí)，它的原理與 RAID4 相似，區(qū)別在于校驗(yàn)數(shù)據(jù)分布在陣列中的所有磁盤上，而沒有采用專門的校驗(yàn)磁盤。對(duì)于數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，它們的寫操作可以同時(shí)發(fā)生在完全不同的磁盤上。因此， RAID5 不存在 RAID4 中的并發(fā)寫操作時(shí)的校驗(yàn)盤性能瓶頸問題。另外， RAID5 還具備很好的擴(kuò)展性。當(dāng)陣列磁盤 數(shù)量增加時(shí)，并行操作量的能力也隨之增長(zhǎng)，可比 RAID4 支持更多的磁盤，從而擁有更高的容量以及更高的性能。

　　RAID5 （圖 7）的磁盤上同時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)塊和對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)信息存保存在不同的磁盤上，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)盤損壞時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)同一條帶的其他數(shù)據(jù)塊和對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)數(shù)據(jù)來重建損壞的數(shù)據(jù)。與其他 RAID 等級(jí)一樣，重建數(shù)據(jù)時(shí)， RAID5 的性能會(huì)受到較大的影響。

　　RAID5 兼顧存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全和存儲(chǔ)成本等各方面因素，它可以理解為 RAID0 和 RAID1 的折中方案，是目前綜合性能最佳的數(shù)據(jù)保護(hù)解決方案。 RAID5 基本上可以滿足大部分的存儲(chǔ)應(yīng)用需求，數(shù)據(jù)中心大多采用它作為應(yīng)用數(shù)據(jù)的保護(hù)方案。

圖7 RAID5 ：帶分散校驗(yàn)的數(shù)據(jù)條帶

7.RAID6

　　前面所述的各個(gè) RAID 等級(jí)都只能保護(hù)因單個(gè)磁盤失效而造成的數(shù)據(jù)丟失。如果兩個(gè)磁盤同時(shí)發(fā)生故障，數(shù)據(jù)將無法恢復(fù)。 RAID6 （如圖 8 ）引入雙重校驗(yàn)的概念，它可以保護(hù)陣列中同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)磁盤失效時(shí)，陣列仍能夠繼續(xù)工作，不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。 RAID6 等級(jí)是在 RAID5 的基礎(chǔ)上為了進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)據(jù)保護(hù)而設(shè)計(jì)的一種 RAID 方式，它可以看作是一種擴(kuò)展的 RAID5 等級(jí)。

　　RAID6 不僅要支持?jǐn)?shù)據(jù)的恢復(fù)，還要支持校驗(yàn)數(shù)據(jù)的恢復(fù)，因此實(shí)現(xiàn)代價(jià)很高，控制器的設(shè)計(jì)也比其他等級(jí)更復(fù)雜、更昂貴。 RAID6 思想最常見的實(shí)現(xiàn)方式是采用兩個(gè)獨(dú)立的校驗(yàn)算法，假設(shè)稱為 P 和 Q ，校驗(yàn)數(shù)據(jù)可以分別存儲(chǔ)在兩個(gè)不同的校驗(yàn)盤上，或者分散存儲(chǔ)在所有成員磁盤中。當(dāng)兩個(gè)磁盤同時(shí)失效時(shí)，即可通過求解兩元方程來重建兩個(gè)磁盤上的數(shù)據(jù)。

　　RAID6 具有快速的讀取性能、更高的容錯(cuò)能力。但是，它的成本要高于 RAID5 許多，寫性能也較差，并有設(shè)計(jì)和實(shí)施非常復(fù)雜。因此， RAID6 很少得到實(shí)際應(yīng)用，主要用于對(duì)數(shù)據(jù)安全等級(jí)要求非常高的場(chǎng)合。它一般是替代 RAID10 方案的經(jīng)濟(jì)性選擇。

圖8 RAID6 ：帶雙重分散校驗(yàn)的數(shù)據(jù)條帶

4.3 RAID 組合等級(jí)

　　標(biāo)準(zhǔn) RAID 等級(jí)各有優(yōu)勢(shì)和不足。自然地，我們想到把多個(gè) RAID 等級(jí)組合起來，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，彌補(bǔ)相互的不足，從而達(dá)到在性能、數(shù)據(jù)安全性等指標(biāo)上更高的 RAID 系統(tǒng)。目前在業(yè)界和學(xué)術(shù)研究中提到的 RAID 組合等級(jí)主要有 RAID00 、 RAID01 、 RAID10 、 RAID100 、 RAID30 、 RAID50 、 RAID53 、 RAID60 ，但實(shí)際得到較為廣泛應(yīng)用的只有 RAID01 和 RAID10 兩個(gè)等級(jí)。當(dāng)然，組合等級(jí)的實(shí)現(xiàn)成本一般都非常昂貴，只是在 少數(shù)特定場(chǎng)合應(yīng)用。 [12]

1.RAID00

　　簡(jiǎn)單地說， RAID00 是由多個(gè)成員 RAID0 組成的高級(jí) RAID0 。它與 RAID0 的區(qū)別在于， RAID0 陣列替換了原先的成員磁盤?？梢园?RAID00 理解為兩層條帶化結(jié)構(gòu)的磁盤陣列，即對(duì)條帶再進(jìn)行條帶化。這種陣列可以提供更大的存儲(chǔ)容量、更高的 I/O 性能和更好的 I/O 負(fù)均衡。

2. RAID01 和 RAID10

　　一些文獻(xiàn)把這兩種 RAID 等級(jí)看作是等同的，本文認(rèn)為是不同的。 RAID01 是先做條帶化再作鏡像，本質(zhì)是對(duì)物理磁盤實(shí)現(xiàn)鏡像；而 RAID10 是先做鏡像再作條帶化，是對(duì)虛擬磁盤實(shí)現(xiàn)鏡像。相同的配置下，通常 RAID01 比 RAID10 具有更好的容錯(cuò)能力，原理如圖 9 所示。

　　RAID01 兼?zhèn)淞?RAID0 和 RAID1 的優(yōu)點(diǎn)，它先用兩塊磁盤建立鏡像，然后再在鏡像內(nèi)部做條帶化。 RAID01 的數(shù)據(jù)將同時(shí)寫入到兩個(gè)磁盤陣列中，如果其中一個(gè)陣列損壞，仍可繼續(xù)工作，保證數(shù)據(jù)安全性的同時(shí)又提高了性能。 RAID01 和 RAID10 內(nèi)部都含有 RAID1 模式，因此整體磁盤利用率均僅為 50% 。

圖 9 典型的 RAID01 （上）和 RAID10 （下）模型

3.RAID100

　　通?？醋?RAID 1+0+0 ，有時(shí)也稱為 RAID 10+0 ，即條帶化的 RAID10 。原理如圖 10 所示。 RAID100 的缺陷與 RAID10 相同，任意一個(gè) RAID1 損壞一個(gè)磁盤不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，但是剩下的磁盤存在單點(diǎn)故障的危險(xiǎn)。最頂層的 RAID0 ，即條帶化任務(wù)，通常由軟件層來完成。

　　RAID100 突破了單個(gè) RAID 控制器對(duì)物理磁盤數(shù)量的限制，可以獲得更高的 I/O 負(fù)載均衡， I/O 壓力分散到更多的磁盤上，進(jìn)一步提高隨機(jī)讀性能，并有效降低熱點(diǎn)盤故障風(fēng)險(xiǎn)。因此， RAID100 通常是大數(shù)據(jù)庫的最佳選擇。

圖10 典型的 RAID100 模型

4.RAID30 （ RAID53 ）、 RAID50 和 RAID60

　　這三種 RAID 等級(jí)與 RAID00 原理基本相同，區(qū)別在于成員 “ 磁盤 ” 換成了 RAID3 、 RAID5 和 RAID6 ，分別如圖 11 、 12 、 13 所示。其中， RAID30 通常又被稱為 RAID53[13] 。其實(shí)，可把這些等級(jí) RAID 統(tǒng)稱為 RAID X0 等級(jí)， X 可為標(biāo)準(zhǔn) RAID 等級(jí)，甚至組合等級(jí)（如 RAID100 ）。利用多層 RAID 配置，充分利用 RAID X 與 RAID0 的優(yōu)點(diǎn)，從而獲得在存儲(chǔ)容量、數(shù)據(jù)安全性和 I/O 負(fù)載均衡等方面的大幅性能提升。

圖11 典型的 RAID50 模型

圖12 典型的 RAID50 模型

圖13 典型的 RAID60 模型

4.4 非標(biāo)準(zhǔn) RAID 等級(jí)

　　雖然標(biāo)準(zhǔn) RAID 和組合 RAID 在具體實(shí)現(xiàn)上存在一定程度的不同，但與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是保持一致或兼容的。然而除此之外，一些存儲(chǔ)廠商還實(shí)現(xiàn)了非標(biāo)準(zhǔn)的 RAID 等級(jí)，往往都是公司私有的產(chǎn)品。這里簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)非標(biāo)準(zhǔn) RAID 等級(jí)。 [14]

1.RAID7

　　RAID7 的全稱是最優(yōu)化的異步高 I/O 速率和高數(shù)據(jù)傳輸率，它與其他 RAID 等級(jí)有著明顯區(qū)別。它不僅僅是一種技術(shù)，它還是一個(gè)獨(dú)立存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)，自身帶的操作系統(tǒng)和管理工具，完全可以獨(dú)立運(yùn)行。

　　RAID7 的存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是一套實(shí)時(shí)事件驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)，其主要用來進(jìn)行系統(tǒng)初始化和安排 RAID7 磁盤陣列的所有數(shù)據(jù)傳輸，并把它們轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的物理存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器上。 RAID7 通過自身系統(tǒng)中的專用控制板來控制讀寫速度，存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)可使主機(jī) I/O 傳遞性能達(dá)到最佳。如果一個(gè)磁盤出現(xiàn)故障， RAID7 還能夠自動(dòng)執(zhí)行恢復(fù)操作，并可管理備份磁盤的重建過程。

　　RAID7 突破了以往 RAID 標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)架構(gòu)，采用了非同步訪問，極大地減輕了數(shù)據(jù)寫瓶頸，提高了 I/O 速度。 RAID7 系統(tǒng)內(nèi)置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)還可自動(dòng)對(duì)主機(jī)發(fā)送過來的讀寫指令進(jìn)行優(yōu)化處理，以智能化方式將可能被讀取的數(shù)據(jù)預(yù)先讀入快速緩存中，從而大大減少了磁頭的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)，提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的 I/O 速度。

　　RAID7 可幫助用戶有效地管理日益龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，并使系統(tǒng)的運(yùn)行效率大大提高，滿足不同用戶的存儲(chǔ)需求。但是， RAID7 的成本比其他 RAID 等級(jí)要高許多。另外， RAID7 已被某公司注冊(cè)為商標(biāo)，目前僅有一家公司提供 RAID7 的產(chǎn)品，用戶沒有更多的選擇。技術(shù)封閉，缺乏主流專業(yè)存儲(chǔ)廠商的參與和研發(fā)嚴(yán)重制約了 RAID7 的發(fā)展。

2.RAID-DP

　　按照 SNIA 最新的 RAID6 定義 [15] ，雙重?cái)?shù)據(jù)校驗(yàn)的磁盤陣列都可歸為 RAID6 等級(jí)。 NetApp 公司按照 RAID6 的定義實(shí)現(xiàn)了 RAID-DP ，使用雙重的數(shù)據(jù)校驗(yàn)來保護(hù)數(shù)據(jù)，可以保證兩塊磁盤同時(shí)損壞的情況下不發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。與該公司的 RAID4 實(shí)現(xiàn)對(duì)比，傳統(tǒng)的 RAID6 實(shí)現(xiàn)會(huì)致使系統(tǒng)性能損失 30% 左右，而 RAID-DP 的性能下降低于 2% 。上層文件系統(tǒng)的請(qǐng)求首先寫入后端的 NVRAM 中，確保即使在 掉電的情況下也不會(huì)有任何數(shù)據(jù)丟失。因此，數(shù)據(jù)塊不會(huì)立即更新，當(dāng)執(zhí)行新來的寫操作，會(huì)對(duì)寫操作進(jìn)行聚集，然后存儲(chǔ)控制器嘗試一次性寫入包括校驗(yàn)數(shù)據(jù)在內(nèi)的整個(gè)數(shù)據(jù)條帶。 RAID-DP 提供了比 RAID10 更好的數(shù)據(jù)保護(hù)，性能卻不低于 RAID10 。對(duì)于相同大小的 RAID 組，在大多數(shù)情況下， RAID-DP 沒有受到傳統(tǒng) RAID6 即時(shí)更新數(shù)據(jù)塊的挑戰(zhàn)，并提供更多的磁盤進(jìn)行讀寫。它甚至允許磁盤固件實(shí)時(shí)更新而不發(fā)生任何中斷。

3.RAID1.5

　　這是 HighPoint 公司的 RAID 產(chǎn)品，有時(shí)也被錯(cuò)誤地稱為 RAID15 。 RAID1.5 僅使用兩個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)條帶化和鏡像，數(shù)據(jù)可以同時(shí)從兩塊磁盤進(jìn)行讀取。這其中的大部分工作都由硬件來完成，而非驅(qū)動(dòng)程序。 Linux 、 Solaris 等操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的 RAID1 也可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)從兩塊磁盤進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)，因此 RAID1.5 并不優(yōu)于傳統(tǒng)的　RAID1。

4. RAID5E 、 RAID5EE 和 RAID6E

　　這種概念首次在 IBM ServerRAID 中被提出， E 是 Enhanced 的首字母。它們分別是對(duì) RAID5 和 RAID6 的增強(qiáng)，增加了熱冗余磁盤驅(qū)動(dòng)器，冗余磁盤與其他磁盤一塊進(jìn)行數(shù)據(jù)塊編排。這種設(shè)計(jì)使得 I/O 可以分散到包括熱冗余在內(nèi)的所在磁盤，從而減小單塊磁盤的 I/O 帶寬， 提供更高的性能。然而，熱冗余磁盤不能夠被多個(gè)陣列共享。

　　在實(shí)現(xiàn)中，實(shí)際上不存在專用的熱冗余磁盤，就像 RAID5 和 RAID6 中沒有專用的校驗(yàn)磁盤一樣，所有的冗余數(shù)據(jù)塊分布在所的成員磁盤中。例如，一個(gè) 10 塊磁盤的 RAID5E ，包括 80% 數(shù)據(jù)塊、 10% 的冗余數(shù)據(jù)塊和 10% 的校驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于 RAID5E 和 RAID6E ，冗余數(shù)據(jù)塊位于陣列尾部，而 RAID5EE 則分布在整個(gè) RAID 中。如果 RAID5E/5EE 中發(fā)生一塊磁盤損壞，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降級(jí)并重建至標(biāo)準(zhǔn)的 RAID5 。這一過程中， I/O 操作非常密集，并且需要花費(fèi)大量時(shí)間，從幾個(gè)小時(shí)至甚至幾天，根據(jù)陣列的具體配置而異。當(dāng)損壞磁盤被替換后，系統(tǒng)則又會(huì)自動(dòng)升級(jí)并重建至原先的 RAID5E/5EE ，同時(shí)非常耗時(shí)。在上面的重建過程中，數(shù)據(jù)沒有冗余保護(hù)。由于系統(tǒng)升級(jí)和降級(jí)時(shí)， I/O 活動(dòng)密集且所需時(shí)間過長(zhǎng)，因此實(shí)際應(yīng)用中成員磁盤數(shù)據(jù)限制在 4~8 塊。一旦超過 8 塊磁盤，由于損壞磁盤的重建耗時(shí)和重建中發(fā)生第二塊磁盤損壞造成的數(shù)據(jù)丟失， RAID5E/5EE 所獲得的性能提升和其他獲益都將嚴(yán)重降低。

5.RAID S (Parity RAID)

　　 RAID S 是 EMC 公司的 Symmetrix 存儲(chǔ)系統(tǒng)所使用的條帶化校驗(yàn) RAID 。該系統(tǒng)中，每個(gè)卷位于單獨(dú)的物理磁盤上，多個(gè)卷組合進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。 EMC 最早引入了 RAID S 概念，后來改名為 Parity RAID 并應(yīng)用于 Symmetrix DMX 平臺(tái)。 EMC 現(xiàn)在也為 Symmetrix DMX 提供標(biāo)準(zhǔn)的 RAID5 ， RAID S 已經(jīng)不再 EMC 產(chǎn)品中使用。

6.Intel Matrix RAID

　　 Matrix RAID 是 Intel ICH6R 和后繼的南橋芯片的一個(gè)重要特征，可以通過 RAID BIOS 進(jìn)行訪問。它使用兩塊磁盤或者控制器能支持的最多磁盤，它的顯著特征是允許 RAID0 、 1 、 5 、 10 多種數(shù)據(jù)卷混合共存，每塊磁盤的指定部分分配給相應(yīng)的 RAID 卷。 Matrix RAID 主要用于改善性能和數(shù)據(jù)完整性，實(shí)際應(yīng)用中可以將操作系統(tǒng)應(yīng)用于小的 RAID0 ，而大的 RAID1 存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)以及用戶數(shù)據(jù)。海量的流媒體數(shù)據(jù)容易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，可以考慮使用這種 RAID 。 linux 的 MD RAID 也可以實(shí)現(xiàn)類似的功能。

7.Linux MD RAID 10

　　RAID 10 是 Linux 內(nèi)核所支持的軟 RAID 等級(jí)之一，它還支持 RAID0、1、3、4、5、6 等級(jí)別。軟 RAID 驅(qū)動(dòng)程序通常通過構(gòu)造典型的 RAID1+0 陣開來實(shí)現(xiàn) RAID10 ， 2.6.9 以后的內(nèi)核也可作為單獨(dú)的級(jí)別來實(shí)現(xiàn)。

　　MD RAID10 支持重復(fù)數(shù)據(jù)塊的近布局和遠(yuǎn)布局兩種模式。近布局與標(biāo)準(zhǔn) RAID10 相同，鏡像數(shù)據(jù)塊相鄰存儲(chǔ)。對(duì)于 n 重鏡像的 k 路條帶，不要求 k 為 n 的 整倍數(shù)。兩重鏡像的2、3、4路條帶的 MD RAID10 分布相當(dāng)于 RAID1 、 RAID-1E 和 RAID10 。遠(yuǎn)布局模式下，所有磁盤被劃分為 f （ f= 鏡像數(shù)）個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，重復(fù)數(shù)據(jù)塊相對(duì)于原始數(shù)據(jù)塊具有一個(gè)磁盤和若干依偏移的距離，即保存在下一個(gè)磁盤對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)的偏移位置。這種設(shè)計(jì)能夠提高鏡像陣列的條帶性能，有效提高順序和隨機(jī)讀性能，但對(duì)寫性能沒有顯著提升。許多應(yīng)該通常具有讀密集而寫稀疏的特點(diǎn)， RAID10 適合此類數(shù)據(jù)應(yīng)用。需要指出的是，近布局和遠(yuǎn)布局兩種模式可以同時(shí)使用，這種情況下將有 n * f 個(gè)數(shù)據(jù)副本。

8. IBM ServerRAID 1E

　　 IBM 公司的 ServerRAID 陣列卡系列支持任意數(shù)量驅(qū)動(dòng)器上的兩路鏡像，多個(gè)磁盤對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行輪轉(zhuǎn)鏡像。這種配置能夠?qū)Σ幌噜彺疟P驅(qū)動(dòng)器發(fā)生的損壞進(jìn)行容錯(cuò)，其他的存儲(chǔ)系統(tǒng)也支持這種模式，比如 SUN 公司的 StorEdge T3 。

9.RAID-K

　　 Kaleidescape 公司實(shí)現(xiàn)了一種稱為 RAID-K[16] 的 RAID 類型。 RAID-K 與 RAID4 相似，但不對(duì)文件數(shù)據(jù)進(jìn)行塊級(jí)的條帶化處理，它企圖將整個(gè)電影或音樂集合完整地存儲(chǔ)在單個(gè)磁盤上。另外，它的冗余校驗(yàn)信息可存儲(chǔ)在多個(gè)磁盤上，從而適應(yīng)由多個(gè)容量不同的磁盤所組成的邏輯磁盤。而且，冗余數(shù)據(jù)包含比校驗(yàn)信息更多的數(shù)據(jù)，用于獲取更高的容錯(cuò)性。這些特征可以為影像、音樂提供更好的性能，增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。 RAID-K 還可以允許用戶以增量方式擴(kuò)充存儲(chǔ)容量，能夠增加容量更大的磁盤，甚至它還可以增加包含數(shù)據(jù)（僅限影像和音樂）的磁盤。 RAID-K 會(huì)自動(dòng)把這些磁盤組建成 RAID-K 陣列和 Kaleidescape 文件系統(tǒng)。

10. RAID-Z

　　 RAID-Z 是集成在 SUN 公司 ZFS 文件系統(tǒng)中的一種與 RAID5 相似的 RAID 模式。利用寫時(shí)復(fù)制策略， RAID-Z 避免了 RAID5 的寫操作困境（即更新數(shù)據(jù)同時(shí)需要更新校驗(yàn)數(shù)據(jù)），它不用新數(shù)據(jù)覆蓋舊數(shù)據(jù)，而是把新數(shù)據(jù)寫到新位置并自動(dòng)更新數(shù)據(jù)指針。對(duì)于小的寫操作，僅僅執(zhí)行完全的寫條帶操作，有效避免 “ 讀?。模瓕懟?” 的操作需求。另外，還可以直接對(duì)小寫操作使用鏡像替換校驗(yàn)進(jìn)行保護(hù)，因?yàn)槲募到y(tǒng)了解下層存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，可以在必要時(shí)分配 額外存儲(chǔ)空間。 ZFS 還實(shí)現(xiàn)了 RAID-Z2 ，提供類似與 RAID6 的雙重校驗(yàn)保護(hù)能力，可以保證不塊磁盤發(fā)生損壞而不發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。根據(jù) 2009 年 6 月的更新， ZFS 加入了三重校驗(yàn) RAID 支持，或許稱為 RAID-Z3 。

五、實(shí)現(xiàn)方式

　　通常計(jì)算機(jī)功能既可以由硬件來實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于 RAID 系統(tǒng)而言，自然也不例外，它可以采用軟件方式實(shí)現(xiàn)，也可以采用硬件方式實(shí)現(xiàn)，或者采用軟硬結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。 [3][8]

5.1 軟 RAID

　　軟 RAID 沒有專用的控制芯片和 I/O 芯片，完全由操作系統(tǒng)和 CPU 來實(shí)現(xiàn)所的 RAID 的功能?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)基本上都提供軟 RAID 支持，通過在磁盤設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序上添加一個(gè)軟件層，提供一個(gè)物理驅(qū)動(dòng)器與邏輯驅(qū)動(dòng)器之間的抽象層。目前，操作系統(tǒng)支持的最常見的 RAID 等級(jí)有 RAID0 、 RAID1 、 RAID10 、 RAID01 和 RAID5 等。比如， Windows Server 支持 RAID0 、 RAID1 和 RAID5 三種等級(jí)， Linux 支持 RAID0 、 RAID1 、 RAID4 、 RAID5 、 RAID6 等， Mac OS X Server 、 FreeBSD 、 NetBSD 、 OpenBSD 、 Solaris 等操作系統(tǒng)也都支持相應(yīng)的 RAID 等級(jí)。

　　軟 RAID 的配置管理和數(shù)據(jù)恢復(fù)都比較簡(jiǎn)單，但是 RAID 所有任務(wù)的處理完全由 CPU 來完成，如計(jì)算校驗(yàn)值，所以執(zhí)行效率比較低下，這種方式需要消耗大量的運(yùn)算資源，支持 RAID 模式 較少，很難廣泛應(yīng)用。

　　軟 RAID 由操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，因此系統(tǒng)所在分區(qū)不能作為 RAID 的邏輯成員磁盤，軟 RAID 不能保護(hù)系統(tǒng)盤 D 。對(duì)于部分操作系統(tǒng)而言， RAID 的配置信息保存在系統(tǒng)信息中，而不是單獨(dú)以文件形式保存在磁盤上。這樣當(dāng)系統(tǒng)意外崩潰而需要重新安裝時(shí)， RAID 信息就會(huì)丟失。另外，磁盤的容錯(cuò)技術(shù)并不等于完全支持在線更換、熱插拔或熱交換，能否支持錯(cuò)誤磁盤的熱交換與操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)，有的操作系統(tǒng)熱交換。

5.2 硬 RAID

　　硬 RAID 擁有自己的 RAID 控制處理與 I/O 處理芯片，甚至還有陣列緩沖，對(duì) CPU 的占用率和整體性能是三類實(shí)現(xiàn)中最優(yōu)的，但實(shí)現(xiàn)成本也最高的。硬 RAID 通常都支持熱交換技術(shù)，在系統(tǒng)運(yùn)行下更換故障磁盤。
　　
　　硬 RAID 包含 RAID 卡和主板上集成的 RAID 芯片， 服務(wù)器平臺(tái)多采用 RAID 卡。 RAID 卡由 RAID 核心處理芯片（ RAID 卡上的 CPU ）、端口、緩存和電池 4 部分組成。其中，端口是指 RAID 卡支持的磁盤接口類型，如 IDE/ATA 、 SCSI 、 SATA 、 SAS 、 FC 等接口。

5.3 軟硬混合 RAID

　　軟 RAID 性能欠佳，而且不能保護(hù)系統(tǒng)分區(qū)，因此很難應(yīng)用于桌面系統(tǒng)。而硬 RAID 成本非常昂貴，不同 RAID 相互獨(dú)立，不具互操作性。因此，人們采取軟件與硬件結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn) RAID ，從而獲得在性能和成本上的一個(gè)折中，即較高的性價(jià)比。

　　這種 RAID 雖然采用了處理控制芯片，但是為了節(jié)省成本，芯片往往比較廉價(jià)且處理能力較弱， RAID 的任務(wù)處理大部分還是通過固件驅(qū)動(dòng)程序由 CPU 來完成。

六、RAID 應(yīng)用選擇

　　RAID 等級(jí)的選擇主要有三個(gè)因素，即數(shù)據(jù)可用性、 I/O 性能和成本?！∧壳?，在實(shí)際應(yīng)用中常見的主流 RAID 等級(jí)是 RAID0 ， RAID1 ， RAID3 ， RAID5 ， RAID6 和 RAID10 ，它們之間的技術(shù)對(duì)比情況如表 1 所示。如果不要求可用性，選擇 RAID0 以獲得高性能。如果可用性和性能是重要的，而成本不是一個(gè)主要因素，則根據(jù)磁盤數(shù)量選擇 RAID1 。如果可用性，成本和性能都同樣重要，則根據(jù)一般的數(shù)據(jù)傳輸和磁盤數(shù)量選擇 RAID3 或 RAID5 。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)和具體情況，綜合考慮可用性、性能和成本來選擇合適的 RAID 等級(jí)。 [10]

表1 主流 RAID 等級(jí)技術(shù)對(duì)比

　　近年來，企業(yè)的信息化水平不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)已經(jīng)取代計(jì)算成為了信息計(jì)算的中心，信息數(shù)據(jù)的安全性就顯得尤為至關(guān)重要。隨著存儲(chǔ)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展， RAID 技術(shù)在成本、性能、數(shù)據(jù)安全性等諸多方面都將優(yōu)于其他存儲(chǔ)技術(shù)，例如磁帶庫、光盤庫等，大多數(shù)企業(yè)數(shù)據(jù)中心首選 RAID 作為存儲(chǔ)系統(tǒng)。當(dāng)前存儲(chǔ)行業(yè)的知名存儲(chǔ)廠商均提供全線的磁盤陣列產(chǎn)品，包括面向個(gè)人和中小企業(yè)的入門級(jí)的低端 RAID 產(chǎn)品，面向大中型企業(yè)的中高端 RAID 產(chǎn)品。這些存儲(chǔ)企業(yè)包括了國(guó)內(nèi)外的主流存儲(chǔ)廠商，如 EMC 、 IBM 、 HP 、 SUN 、 NetApp 、 NEC 、 HDS 、 H3C 、 Infortrend 、華賽等。另外，這些廠商在提供存儲(chǔ)硬件系統(tǒng)的同時(shí)，還往往提供非常全面的軟件系統(tǒng)，這也是用戶采購產(chǎn)品的一個(gè)主要參考因素。

　　不同的存儲(chǔ)廠商的產(chǎn)品在技術(shù)、成本、性能、管理、服務(wù)等方面各有優(yōu)勢(shì)和不足。用戶選擇 RAID 的原則是：在成本預(yù)算內(nèi)，滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求的前提下，選擇最優(yōu)的存儲(chǔ)廠商解決方案。因此，首先用戶需要對(duì)存儲(chǔ)需求作深入的調(diào)研和分析，并給出成本預(yù)算，然后對(duì)眾多存儲(chǔ)廠商的解決方案進(jìn)行分析和對(duì)比，最后選擇出一個(gè)綜合最優(yōu)的存儲(chǔ)方案。其中，存儲(chǔ)產(chǎn)品的擴(kuò)展性和存儲(chǔ)廠家的售后服務(wù)需要重點(diǎn)考察，存儲(chǔ)需求（如容量、性能）可能會(huì)不斷升級(jí)，存儲(chǔ)產(chǎn)品發(fā)生故障后的維修和支持保障，這些都要未雨先繆。

七、總結(jié)與展望

　　回顧 RAID 發(fā)展歷史，從首次提出概念至今已有二十多年。在此期間，整個(gè)社會(huì)信息化水平不斷提高，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)趨勢(shì)，數(shù)據(jù)取代計(jì)算成為信息計(jì)算的中心。這促使人們對(duì)數(shù)據(jù)愈加重視，不斷追求海量存儲(chǔ)容量、高性能、高 安全性、高可用性、可擴(kuò)展性、可管理性等等。 RAID 技術(shù)在這樣強(qiáng)大的存儲(chǔ)需求推動(dòng)下不斷發(fā)展進(jìn)步，時(shí)至今日技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中得到了十分廣泛的應(yīng)用。
　　
　　正是由于技術(shù)發(fā)展的成熟， RAID 技術(shù)的未來發(fā)展已經(jīng)不被廣泛看好，甚至預(yù)言在不久的將來會(huì)停止發(fā)展，稱之為 “ 僵尸技術(shù) ” ，即雖然宣布死亡，但在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍會(huì)繼續(xù)發(fā)揮巨大的價(jià)值。
　　
　　然而，當(dāng)前的 RAID 技術(shù)仍然存在諸多不足，各種 RAID 模式都存在自身的缺陷，主要集中在讀寫性能、實(shí)現(xiàn)成本、恢復(fù)時(shí)間窗口、多磁盤損壞等方面。因此， RAID 技術(shù)顯然還存在很大的提升空間，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。近年來新出現(xiàn)的 RAID 模式以及學(xué)術(shù)研究顯示了其未來的發(fā)展趨勢(shì)，包括分布式校驗(yàn)、多重校驗(yàn)、混合 RAID 模式、水平和垂直條帶、基于固態(tài)內(nèi)存 RAID 、網(wǎng)絡(luò)校驗(yàn)等等。特別指出的是，多核 CPU 和 GPU 是當(dāng)前的熱點(diǎn)技術(shù)，它們大幅提升了主機(jī)的可用計(jì)算資源，這可以解決 RAID 對(duì)計(jì)算資源的消耗問題，軟 RAID 很可能將重新成為熱點(diǎn)。另外，存儲(chǔ)硬件性能的提升、存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)以及其他存儲(chǔ)技術(shù)都會(huì)極大地推動(dòng) RAID 技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新和發(fā)展。