【存储】RAID磁盘阵列选择

RAID磁盘阵列（Redundant Arrays of Inexpensive Disks）

一个基本思想：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。

两个关键目标：高 I/O 性能（多磁盘并发读写）和高数据可靠性（数据校验和镜像）。

三个关键技术：镜像（ Mirroring ）、数据条带（ Data Stripping ）和数据校验（ Data parity ） [3][4][5] 。

七个标准等级：SNIA 、 Berkeley 等组织机构按照磁盘组织在一起的工作方式不同，把 RAID0 、 RAID1 、 RAID2 、 RAID3 、 RAID4 、 RAID5 、 RAID6 七个等级定为标准的 RAID 等级，这也被业界和学术界所公认。

多个组合等级：标准 RAID 可以组合，即 RAID 组合等级，满足对性能、安全性、可靠性要求更高的存储应用需求，常用的有R01、R10。

1.RAID0模式：一块硬盘或者以上就可做raid0

RAID0 是一种简单的、无数据校验的数据条带化技术，不提供任何形式的冗余策略。将所在磁盘条带化后组成大容量的存储空间，将数据分散存储在所有磁盘中，以独立访问方式实现多块磁盘的并读访问。由于并发执行磁盘 I/O 操作，且不需要进行数据校验，总线带宽可得到充分利用。

优势：理论上N块磁盘组成的RAID0，硬盘容量提高N倍，读写速率为单块硬盘的N倍，读写性能在所有 RAID 等级中是最高的。

缺点：无冗余容错能力，一块硬盘损坏，数据全无。

建议：做raid0 可以提供更好的容量以及性能，推荐对数据安全性要求不高的使用，如视频、音频存储、临时数据缓存空间等。

 2.RAID1模式：至少2块硬盘可做raid1

RAID1 称为镜像，它将是数据完全一致地分别写到工作磁盘和镜像磁盘，两块硬盘互为镜像。

优势：镜像，数据安全强，2快硬盘做raid一块正常运行，另外一块镜像备份数据，保障数据的安全。一块坏了，另外一块硬盘也有完整的数据，保障运行。

缺点：磁盘空间利用率50%；读取时可并发I/O操作，读性能大大提升；但写入时一份数据写入两块磁盘，写性能略有下降。

建议：对数据安全性比较看重，写性能没有太高要求的场景使用，如对邮件系统的数据保护。

3.RAID 3模式：至少3块硬盘可做raid3

RAID3是使用专用校验盘的并行访问阵列，它采用一个专用的磁盘作为校验盘，其余磁盘作为数据盘，数据以位为单位来分割并交叉存储到各个数据盘中。

RAID3 至少需要三块磁盘，不同磁盘上同一带区的数据作 XOR 校验（奇偶校验），校验值写入校验盘中。 某一磁盘出现故障，可以借助校验数据和其他完好数据来重建数据。

重建原理主要是知道XOR结果和A与B中的任何一个数值，就可以反推出另一个数值。XOR的校验原理如下表：

假如所要读取的数据块正好位于失效磁盘，则系统需要读取所有同一条带的数据块，并根据校验值重建丢失的数据，系统性能将受到影响。当故障磁盘被更换后，系统按相同的方式重建故障盘中的数据至新磁盘。

优点：RAID3 完好时读性能与 RAID0 完全一致；只要一个校验盘，存储空间利用率高。

缺点：需要计算和写入校验值，系统开销非常大。校验盘仅有一个，很容易成为系统瓶颈，尤其是出现坏盘性能会大幅下降。

建议：适用于大容量数据的顺序访问场景，如影像处理、流媒体服务等。

 4.RAID 5模式：至少需要3块硬盘做raid5

RAID5 应该是目前最常见的 RAID 等级，基本上可以满足大部分的存储应用需求，数据中心大多采用它作为应用数据的保护方案。

RAID5与 RAID3 的原理大致相同，区别在于条带化的方式不同，RAID3是按照位的方式来组织数据，RAID5按照块的方式组织数据。

RAID5不对存储的数据进行备份，而是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。当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。

优势：RAID5 兼顾存储性能、数据安全和存储成本等各方面因素，它可以理解为 RAID0 和 RAID1 的折中方案，是目前综合性能最佳的数据保护解决方案。任意N-1快硬盘都有完整的数据。
缺点：只允许单盘故障，一盘出现故障得尽快处理。有盘坏情况下，raid5 IO/CPU性能狂跌，此时性能烂到无以复加。
建议：盘不多，对数据安全性和性能提示都有要求，raid5是个不错选择，鉴于出问题的性能，盘多可考虑riad10。

 5.RAID 6模式：至少需要4块硬盘做raid6

raid6是再raid5的基础上为了加强数据保护而设计的，引入双重校验的概念，它可以保护阵列中同时出现两个磁盘失效时，阵列仍能够继续工作，不会发生数据丢失。

可用容量 = ( 磁盘数量 - 2 ) × 单个磁盘容量，例如4块1T硬盘做raid6可用容量是：(4-2)×1000GB=2000GB=2T

优势：可允许损坏2块硬盘。

缺点：性能提升方面不明显

建议： RAID6 很少得到实际应用，主要用于对数据安全等级要求非常高的场合。它一般是替代 RAID10 方案的经济性选择。

6、RAID 10模式：至少需要4快硬盘做raid10或raid01

RAID10 是磁盘分段及镜像的结合，把2块硬盘组成一个RAID1，然后两组RAID1组成一个RAID0。虽然RAID10方案造成了50%的磁盘浪费，但是它提供了200%的速度和单磁盘损坏的数据安全性。

优势：兼顾安全性和速度。基础4盘的情况下，raid10允许对柜盘2块故障，随着硬盘数量的提示，容错量也会相对应提升。这是raid5无法做到的。

缺点：对盘的数量要求稍高，磁盘使用率为一半。

建议：硬盘数量足够的情况，建议riad10.

 （1）raid10 VS raid01

RAID01 与RAID10类似，采用2组RAID0的磁盘阵列互为镜像，它们之间又成为一个RAID1的阵列。

RAID01 是先做条带化再作镜像，本质是对物理磁盘实现镜像；而 RAID10 是先做镜像再作条带化，是对虚拟磁盘实现镜像。相同的配置下，通常 RAID01 比 RAID10 具有更好的容错能力。

（2） raid10 VS raid 5

只看盘的数量的话，raid5的写性能不逊于raid10。

看容量4块硬盘的情况下，raid10提供2盘的写性能，raid5提供3盘。但raid5的校检本质，导致额外的I0和CPU使用。

7.应用选择

RAID 等级的选择主要有三个因素，即数据可用性、 I/O 性能和成本。　目前，在实际应用中常见的主流 RAID 等级是 RAID0 ， RAID1 ， RAID3 ， RAID5 ， RAID6 和 RAID10 ，它们之间的技术对比情况如下表所示：

如果不要求可用性，选择 RAID0 以获得高性能。

如果可用性和性能是重要的，而成本不是一个主要因素，则根据磁盘数量选择 RAID1 。

如果可用性，成本和性能都同样重要，则根据一般的数据传输和磁盘数量选择 RAID3 或 RAID5 。

在实际应用中，应当根据用户的数据应用特点和具体情况，综合考虑可用性、性能和成本来选择合适的 RAID 等级。

参考文档：

图文并茂 RAID 技术全解

RAID原理及软RAID的实现方式

RAID优缺点和做各自raid需要几块硬盘