【CPP114】raid的出现为那些正在为计算机存储方案犯愁的人带来了福音，也为高端大容量服务器提供了更加畅通安全的存储通道。

　　一、概述

　　raid是英文redundantarray of inexpensive disks的缩写，中文意为“廉价冗余磁盘阵列”是美国加州大学d.a.帕特森教授在1988年提出的。raid其实就是用软件或硬件将一组磁盘合并成一个磁盘来使用，用以满足用户对磁盘容量的要求。不过，raid除了在容量上超越普通硬盘外，还能在速度、容错能力及扩充性上占据极大的优势。常规的硬盘，如果受到诸如文件丢失、硬盘损坏等故障，几乎无法挽救，而raid则能够在当一块硬盘出现故障时，并不影响数据的存储且能正常工作，这就是其容错能力的一大优点。同时，raid还具备以下几个特点：

　　1.传输速度快，容量大，从raid本身的含义中就能体现这一个基本特点；

　　2.提供容错能力，是保证数据安全最有效的方法；

　　3.不占用系统资源，硬件raid通过cpu的指令来控制raid板，不必占用较多的资源来控制硬盘；

　　4.成本低，相对于同容量的磁盘，raid具有更高的性价比。

　　在raid的发展过程中先后出现了raid0、raid1、raid0+1、raid2、raid3、raid4和raid5等不同类型。根据不同的性能要求可以采用不同的raid，通常raid0、raid1、raid0+1是用户选择最多的方式，而在制版行业，raid5是首选的阵列方式，当然也可根据用户对数据稳定性的要求而采用其他阵列方式。

　　二、种类

　　1.raid0

　　raid0为无冗余校验的磁盘阵列，数据均匀分布在每个磁盘上，读写速度在所有的raid类型中最快，但不具备容错能力，运行中只要有一个磁盘损坏，所有的数据将全部丢失。

　　当系统向控制器发送指令时，控制器进行四项操作，并且每一项对应一个磁盘，这样所发送的资料就分别写入4个磁盘中；当需要进行读出时，又从4个磁盘中同时读取数据。这就使得它比单个的磁盘速度提高了3倍，但在建立raid0时需要创建带区集（stripe）。带区集使数据均匀分布在每一个磁盘上，并且控制带区集的带区大小。

　　2.raid1

　　raid1是将每一个磁盘作一个镜像，所以又称为磁盘镜像。每一个镜像磁盘保证与原磁盘的数据保持一致，同raid0相比，raid1的数据更具可靠性和可恢复性，但在所有的raid类型中成本最高，所以一般只有在数据安全可靠性要求较高的场合才使用raid1来存储。

 

　　在raid1模式下，其中任一磁盘发生故障并不影响硬盘的工作；不过，当镜像的两个磁盘都发生故障时，数据将无法挽回，当然这种情况极少发生。如果一个磁盘发生故障，更换新的硬盘时需要将原磁盘数据复制到新硬盘中，这一操作称为同步镜像。同步镜像需较长时间，在复制过程中，要占据系统资源，降低了系统性能。为了提高磁盘控制器的读写性能，也有采用双控制器来解决磁盘与控制卡的性能瓶颈问题的。

　　3.raid2

　　raid2是raid0的改良版，是以hamming code方式将资料编码后分割为独立位元，并将资料分别写入硬盘中，其中第1、2、4……是用于检验数据，其余用于存储数据。但因加入了错误修正码（ecc， error conrection code），所以存储的资料比以前大，raid2主要用于极大数据存储，但实际被应用的并不多见。

　　4.raid3

　　经过编码将资料位元分割，并分别存于硬盘中，而将同位元检查单独存于一个硬盘中。但由于资料的位元分散在不同硬盘上，因此就算读取一小段资料都有可能用到所有的硬盘，所以这种模式比较适合读取较大容量的资料时使用。在raid3中采用奇偶校验的方法检查错误，使得任何一个单独的磁盘损坏后都可以恢复，但写数据时要计算校验位的值。raid3的用户也很少。

 

　　5.raid4

　　与raid3不同的是，raid4在分割时是以区块为单位分别存放入硬盘中，但每份资料的存取都必须从校验的硬盘中取出并与对应的资料进行核对。由于运转频繁，硬盘的损耗率较高。

　　raid3和raid4只是在创建时所分的区块有所不同，其他工作原理基本相似，

　　在raid3和raid4系统中，如果有四块硬盘，三块硬盘将用来保存数据，第四块磁盘用于校验，这种配置方式可用3+1的形式表示。图中相同的颜色表示使用同一校验块的所有数据，第四个硬盘的校验块与所对应的数据块颜色一致构成带区，并包含其他三块硬盘中对应的数据信息。

　　raid3和raid4同样提供容错能力，在读写时需要校验与计算、数据块写入和校验块写入等过程，相对于其他raid模式系统指令较繁琐，但可以通过设置带区的大小使raid系统得到简化。raid3和raid4虽具备容错能力，但当有一个数据盘损坏时，需要较长恢复的时间，而校验盘如果出现故障，问题就会更加麻烦；同时每当读写数据时，都要对校验盘进行操作，使其成为工作瓶颈，这是raid3和raid4的最大弱点。