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完全图解RAID存储技术(RAID 0、1、5、6、10、50、60)

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RAID（Redundant Array of Independent Disks）是一种存储技术，通过将多个独立的硬盘组合在一起，以提供更高的数据性能、容量和冗余性。

RAID技术的主要目标是提供数据的可靠性和性能提升。以下是几种常见的RAID级别：

RAID 0：数据条带化（Striping）技术，将数据分散存储在多个硬盘上，提供更高的读写性能。但是，RAID 0没有冗余性，如果其中一个磁盘故障，所有数据都将丢失。

RAID 1：镜像技术，将数据同时写入两个硬盘，提供冗余性，即当一个硬盘故障时，数据仍然可以从另一个硬盘恢复。RAID 1的容量利用率相对较低，因为数据被完全复制。

RAID 5：数据条带化和分布式奇偶校验技术的组合。数据和奇偶校验信息分散存储在多个硬盘上，提供更高的读写性能和冗余性。当其中一个硬盘故障时，RAID 5可以通过计算奇偶校验信息恢复数据。

RAID 6：与RAID 5类似，但提供了更高的冗余性。RAID 6在每个条带上使用两个奇偶校验信息，因此可以容忍两个硬盘的故障。

除了以上提到的RAID级别，还有其他各种级别，如RAID 10、RAID 50和RAID 60等，它们是通过组合不同的RAID级别来获得更高的性能和冗余性。

RAID技术在服务器和存储系统中广泛应用，可以提供更高的数据安全性、可靠性和性能。不同的RAID级别适用于不同的应用场景和需求，管理员可以根据具体需求选择合适的RAID级别来配置存储系统。

本文给大家科普一下RAID存储，我会从以下几个方面进行介绍：

本文篇幅有点长，介绍的非常全面，可以不夸张的说全网找不到第二篇那么详细了，强烈建议在阅读前先收藏，以防后期找不到了！

下面让我们直接开始！

什么是RAID存储？

独立磁盘冗余阵列（RAID）是一种存储技术，通过将两个或多个硬盘驱动器（HDD）或固态硬盘（SSD）合并成一个协调的存储单元或阵列，从而创建数据丢失的故障安全机制。

RAID存储通过将数据重复或重新创建，并将其存储在附加的驱动器上来防止磁盘驱动器数据的完全丢失，这个过程也被称为数据冗余。

提供数据丢失保护的配置被称为“容错”配置，这意味着即使磁盘驱动器发生故障，阵列仍然可以成功运行并提供可恢复的数据。

RAID的历史

RAID的概念最早由加州大学伯克利分校的计算机科学家David Patterson、Garth Gibson和Randy Katz在1987年提出。他们的研究论文“关于RAID的论证”提出了将多个磁盘驱动器组合起来，以提高性能和可靠性的想法。

最初，RAID的目标是通过将多个廉价的磁盘驱动器组合起来，以取代昂贵的大型磁盘驱动器，从而提供更高的性能和容错能力。因此，RAID的原始名称是“Redundant Array of Inexpensive Disks”（廉价磁盘冗余阵列）。

余和性能特征的不同，RAID级别分为多个类型，如RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6等。

RAID的发展离不开硬件和软件技术的进步。早期的RAID实施通常依赖于软件，即操作系统提供的RAID功能。然而，随着硬件技术的进步，硬件RAID控制器出现了，提供更高的性能和更强大的功能。

RAID的标准化工作也逐渐展开。Storage Networking Industry Association（SNIA）成立了RAID专门兴趣小组，致力于制定和推动RAID的标准化和发展。这些标准化工作为不同RAID级别的实施提供了一致性和互操作性。

RAID级别

RAID存储提供了不同的级别，每个级别具有不同的冗余和性能特性。

以下是常见的RAID级别：

下面我们来详细介绍一下RAID的各个级别

RAID 0

原理

RAID 0使用数据条带化（striping）的方式将数据分散存储在多个磁盘驱动器上，而不进行冗余备份。数据被分成固定大小的块，并依次存储在每个磁盘上。例如，如果有两个驱动器（驱动器A和驱动器B），一块数据的第一个部分存储在驱动器A上，第二个部分存储在驱动器B上，以此类推。这种条带化的方式可以同时从多个驱动器读取或写入数据，从而提高系统的性能。

原理图

以下是RAID 0的冗余原理图，展示了数据条带化存储的方式：

在上述示例中，数据被分成块，并依次存储在两个驱动器上。每个块的一部分存储在驱动器A上，另一部分存储在驱动器B上。

适用场景

RAID 0适用于需要高性能而不关心数据冗余的场景。以下是几种适合使用RAID 0的场景：

优点

RAID 0具有以下优点：

缺点

RAID 0也存在一些缺点：

RAID 1

使用数据镜像（mirroring）的方式将数据完全复制到两个或多个磁盘驱动器上。当写入数据时，数据同时写入所有驱动器。这样，每个驱动器都具有相同的数据副本，从而实现数据的冗余备份。如果其中一个驱动器发生故障，系统可以继续从剩余的驱动器中读取数据，确保数据的可用性和完整性。

原理图

以下是RAID 1的冗余原理图，展示了数据镜像的方式：

在上述示例中，数据被完全复制到两个驱动器上。每个块的数据都同时存储在两个驱动器上，以实现数据的冗余备份。

适用场景

RAID 1适用于对数据冗余和高可用性要求较高的场景。以下是几种适合使用RAID 1的场景：

优点

RAID 1具有以下优点：

缺点

RAID 1也存在一些缺点：

RAID 5

原理

RAID 5使用数据条带化（striping）的方式将数据分散存储在多个磁盘驱动器上，并通过分布式奇偶校验实现数据的冗余备份。数据和奇偶校验信息被组织成数据块，其中奇偶校验信息被分布式存储在不同的驱动器上。当写入数据时，奇偶校验信息也会被更新。如果其中一个驱动器发生故障，系统可以通过重新计算奇偶校验信息来恢复丢失的数据。这种方式可以同时提供性能增强和数据冗余。

原理图

以下是RAID 5的冗余原理图，展示了数据条带化和分布式奇偶校验的方式：

在上述示例中，数据被分成块，并依次存储在不同的驱动器上。奇偶校验信息被分布式存储在驱动器中。通过奇偶校验信息，可以计算和恢复丢失的数据。

适用场景

RAID 5适用于需要性能增强和数据冗余的场景。以下是几种适合使用RAID 5的场景：

优点

RAID 5具有以下优点：

缺点

RAID 5也存在一些缺点：

RAID 6

原理

RAID 6使用数据条带化（striping）的方式将数据分散存储在多个磁盘驱动器上，并通过分布式奇偶校验和双重奇偶校验实现数据的冗余备份。数据和奇偶校验信息被组织成数据块，其中奇偶校验信息被分布式存储在不同的驱动器上，并通过双重奇偶校验提供更高的数据冗余性。当写入数据时，奇偶校验信息也会被更新。如果其中两个驱动器发生故障，系统可以通过重新计算奇偶校验信息来恢复丢失的数据。这种方式可以同时提供性能增强和更高级别的数据冗余。

原理图

以下是RAID 6的冗余原理图，展示了数据条带化、分布式奇偶校验和双重奇偶校验的方式：

在上述示例中，数据被分成块，并依次存储在不同的驱动器上。奇偶校验信息被分布式存储在驱动器中，并通过双重奇偶校验提供更高级别的数据冗余性。

适用场景

RAID 6适用于需要更高级别的数据冗余和性能增强的场景。以下是几种适合使用RAID 6的场景：

优点

RAID 6具有以下优点：

缺点

RAID 6也存在一些缺点：

RAID 10

原理

RAID 10使用条带化（striping）的方式将数据分散存储在多个磁盘驱动器上，并通过镜像（mirroring）实现数据的冗余备份。数据被分成固定大小的块，并依次存储在不同的驱动器上，类似于RAID 0。然而，每个数据块都会被完全复制到另一个驱动器上，实现数据的冗余备份，类似于RAID 1。这样，RAID 10在提供性能增强的同时，也提供了数据的冗余保护。

原理图

以下是RAID 10的冗余原理图，展示了数据条带化和镜像的方式：

在上述示例中，数据被分成块，并依次存储在不同的驱动器上。每个块的数据都完全复制到另一个驱动器上，实现数据的冗余备份。

适用场景

RAID 10适用于需要高性能和数据冗余的场景。以下是几种适合使用RAID 10的场景：

优点

RAID 10具有以下优点：

缺点

RAID 10也存在一些缺点：

RAID 50

原理

RAID 50使用条带化（striping）的方式将数据分散存储在多个RAID 5组中，并通过RAID 0的条带化方式对这些RAID 5组进行条带化。每个RAID 5组由多个磁盘驱动器组成，并使用分布式奇偶校验来提供数据冗余备份。RAID 0则通过将数据划分为固定大小的块，并将这些块依次存储在多个驱动器上，提供了更高的性能。这样，RAID 50既提供了数据冗余备份，又提供了性能增强。

原理图

以下是RAID 50的冗余原理图，展示了数据条带化和分布式奇偶校验的方式：

在上述示例中，数据被分成块，并依次存储在不同的RAID 5组中。每个RAID 5组由多个驱动器组成，并使用分布式奇偶校验提供数据的冗余备份。

适用场景

RAID 50适用于需要高性能和更高级别的数据冗余的场景。以下是几种适合使用RAID 50的场景：

优点

RAID 50具有以下优点：

缺点

RAID 50也存在一些缺点：

RAID 60

原理

RAID 60采用条带化（striping）的方式将数据分散存储在多个RAID 6组中，并通过RAID 0的条带化方式对这些RAID 6组进行条带化。每个RAID 6组由多个磁盘驱动器组成，并使用分布式奇偶校验来提供数据的冗余备份。RAID 0则通过将数据划分为固定大小的块，并将这些块依次存储在多个驱动器上，提供了更高的性能。这样，RAID 60既提供了更高级别的数据冗余备份，又提供了性能增强。

原理图

以下是RAID 60的冗余原理图，展示了数据条带化和分布式奇偶校验的方式：

在上述示例中，数据被分成块，并依次存储在不同的RAID 6组中。每个RAID 6组由多个驱动器组成，并使用分布式奇偶校验提供数据的冗余备份。

适用场景

RAID 60适用于需要更高级别的数据冗余和更高性能的场景。以下是几种适合使用RAID 60的场景：

优点

RAID 60具有以下优点：

缺点

RAID 60也存在一些缺点：

RAID级别对比

RAID 0

RAID 1

RAID 5

RAID 6

RAID 10

RAID 50

RAID 60

为了方便记忆，瑞哥将其整理成表格：

RAID级别最小磁盘数容错能力磁盘空间开销读取速度写入速度硬件成本
RAID 02无0%高高低
RAID 12单个磁盘50%高低中
RAID 53单个磁盘1 / N中低中
RAID 64两个磁盘2 / N中低高
RAID 104多个磁盘50%高中高
RAID 506单个磁盘1 / N高中高
RAID 608多个磁盘50%高中高

如何选择RAID？

在选择合适的RAID级别时，需要综合考虑以下因素：

1. 容错能力需求

如果您的数据对于故障容忍性非常敏感，那么具有更高级别容错能力的RAID级别是首选。例如，对于关键数据和业务应用，RAID 6或RAID 10是较好的选择。

2. 性能需求

根据应用程序和工作负载对性能的要求，选择适当的RAID级别非常重要。如果您需要高读写性能和较低的响应时间，可以考虑RAID 0或RAID 10。对于需要较高读取性能的应用，RAID 5或RAID 6也可以考虑。

3. 存储空间利用率

如果您对存储空间的利用率有较高的要求，可以考虑RAID 5、RAID 6或RAID 10。这些级别可以在一定程度上提供较高的存储空间利用率。RAID 1则会导致存储空间的浪费，因为数据完全复制到多个驱动器上。

4. 成本预算

成本是选择RAID级别时需要考虑的重要因素之一。不同的RAID级别具有不同的硬件配置和成本。RAID 0通常是成本最低的选择，而RAID 10和RAID 6可能需要更多的硬件资源和较高的成本。

综合考虑以上因素，以下是一些推荐的RAID级别和应用场景：

对于需要高性能和容错能力的环境，推荐使用RAID 10。如果对于成本和性能要求较高，同时对容错能力也有一定要求，可以选择RAID 5。如果对于数据完整性的要求较高，并且能提供更高的容错能力，推荐使用RAID 6。如果对于存储空间利用率和成本效益的要求较高，同时对性能和容错能力有一定要求，可以选择RAID 5或RAID 6。如果对于读写性能要求较高，但容错能力不是首要考虑因素，可以选择RAID 0或RAID 10。

RAID的演进

随着时间的推移，RAID存储技术不断演进和改进。以下是RAID存储领域的一些重要演进：

硬件RAID控制器

硬件RAID控制器是RAID技术发展的重要里程碑之一。硬件RAID控制器是一种独立的设备，具有自己的处理器和缓存，用于执行RAID级别的计算和管理。它通过降低主机系统的负担，提供更高的性能和更好的数据保护。

RAID级别的增加

随着RAID技术的发展，不断引入了新的RAID级别，以满足不同的需求。RAID 5和RAID 6提供了更高级别的容错能力，可以容忍多个磁盘故障。RAID 10结合了RAID 1和RAID 0的优势，提供了更高的性能和容错能力。RAID 50和RAID 60结合了不同级别的RAID，提供更高级别的性能和容错能力。

SSD和RAID

随着固态硬盘（SSD）技术的发展，SSD在RAID存储中的应用也逐渐增多。SSD具有更高的读写性能和更好的可靠性，可以提供更高的RAID性能。SSD的低延迟和高吞吐量使得RAID存储能够更好地满足高性能计算和数据密集型应用的需求。

RAID存储的未来

RAID存储技术在过去几十年中取得了巨大的进步，为数据存储提供了更高的可靠性和性能。然而，随着大数据、云计算和人工智能等技术的快速发展，对存储系统的需求也在不断增长和变化。

未来的RAID存储将面临更大的挑战和机遇。新的技术和创新将推动RAID存储在容错能力、性能、扩展性和成本效益方面的进一步发展。例如，分布式RAID、混合存储技术和软件定义存储等新兴技术将在未来的RAID存储中发挥重要作用。

本文完！