【CPP114】raid的出現(xiàn)為那些正在為計算機存儲方案犯愁的人帶來了福音，也為高端大容量服務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，中文意為“廉價冗余磁盤陣列”是美國加州大學d.a.帕特森教授在1988年提出的。raid其實就是用軟件或硬件將一組磁盤合并成一個磁盤來使用，用以滿足用戶對磁盤容量的要求。不過，raid除了在容量上超越普通硬盤外，還能在速度、容錯能力及擴充性上占據(jù)極大的優(yōu)勢。常規(guī)的硬盤，如果受到諸如文件丟失、硬盤損壞等故障，幾乎無法挽救，而raid則能夠在當一塊硬盤出現(xiàn)故障時，并不影響數(shù)據(jù)的存儲且能正常工作，這就是其容錯能力的一大優(yōu)點。同時，raid還具備以下幾個特點：

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

　　2.提供容錯能力，是保證數(shù)據(jù)安全最有效的方法；

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

　　4.成本低，相對于同容量的磁盤，raid具有更高的性價比。

　　在raid的發(fā)展過程中先后出現(xiàn)了raid0、raid1、raid0+1、raid2、raid3、raid4和raid5等不同類型。根據(jù)不同的性能要求可以采用不同的raid，通常raid0、raid1、raid0+1是用戶選擇最多的方式，而在制版行業(yè)，raid5是首選的陣列方式，當然也可根據(jù)用戶對數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的要求而采用其他陣列方式。

　　二、種類

　　1.raid0

　　raid0為無冗余校驗的磁盤陣列，數(shù)據(jù)均勻分布在每個磁盤上，讀寫速度在所有的raid類型中最快，但不具備容錯能力，運行中只要有一個磁盤損壞，所有的數(shù)據(jù)將全部丟失。

　　當系統(tǒng)向控制器發(fā)送指令時，控制器進行四項操作，并且每一項對應一個磁盤，這樣所發(fā)送的資料就分別寫入4個磁盤中；當需要進行讀出時，又從4個磁盤中同時讀取數(shù)據(jù)。這就使得它比單個的磁盤速度提高了3倍，但在建立raid0時需要創(chuàng)建帶區(qū)集（stripe）。帶區(qū)集使數(shù)據(jù)均勻分布在每一個磁盤上，并且控制帶區(qū)集的帶區(qū)大小。

　　2.raid1

　　raid1是將每一個磁盤作一個鏡像，所以又稱為磁盤鏡像。每一個鏡像磁盤保證與原磁盤的數(shù)據(jù)保持一致，同raid0相比，raid1的數(shù)據(jù)更具可靠性和可恢復性，但在所有的raid類型中成本最高，所以一般只有在數(shù)據(jù)安全可靠性要求較高的場合才使用raid1來存儲。

 

　　在raid1模式下，其中任一磁盤發(fā)生故障并不影響硬盤的工作；不過，當鏡像的兩個磁盤都發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)將無法挽回，當然這種情況極少發(fā)生。如果一個磁盤發(fā)生故障，更換新的硬盤時需要將原磁盤數(shù)據(jù)復制到新硬盤中，這一操作稱為同步鏡像。同步鏡像需較長時間，在復制過程中，要占據(jù)系統(tǒng)資源，降低了系統(tǒng)性能。為了提高磁盤控制器的讀寫性能，也有采用雙控制器來解決磁盤與控制卡的性能瓶頸問題的。

　　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，并將資料分別寫入硬盤中，其中第1、2、4……是用于檢驗數(shù)據(jù)，其余用于存儲數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)存儲，但實際被應用的并不多見。

　　4.raid3

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

 

　　5.raid4

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

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

　　在raid3和raid4系統(tǒng)中，如果有四塊硬盤，三塊硬盤將用來保存數(shù)據(jù)，第四塊磁盤用于校驗，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(shù)據(jù)，第四個硬盤的校驗塊與所對應的數(shù)據(jù)塊顏色一致構成帶區(qū)，并包含其他三塊硬盤中對應的數(shù)據(jù)信息。

　　raid3和raid4同樣提供容錯能力，在讀寫時需要校驗與計算、數(shù)據(jù)塊寫入和校驗塊寫入等過程，相對于其他raid模式系統(tǒng)指令較繁瑣，但可以通過設置帶區(qū)的大小使raid系統(tǒng)得到簡化。raid3和raid4雖具備容錯能力，但當有一個數(shù)據(jù)盤損壞時，需要較長恢復的時間，而校驗盤如果出現(xiàn)故障，問題就會更加麻煩；同時每當讀寫數(shù)據(jù)時，都要對校驗盤進行操作，使其成為工作瓶頸，這是raid3和raid4的最大弱點。