RAID

本人一直想写一篇关于RAID的Blog。由于RAID概念较模糊的状态。甚至对某些RAID的理解错误。近期少爷庄-James提供解惑及技术讲解支持。所以输出此Blog特地记录。

RAID

RAID即磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks）即独立磁盘冗余阵列，通常简称为磁盘阵列。简单地说， RAID 是由多个独立的高性能磁盘驱动器组成的磁盘子系统，从而提供比单个磁盘更高的存储性能和数据冗余的技术。其中较为常见的RAID为RAID0，RAID1，RAID5，RAID10等。

虚拟磁盘

服务器做完RAID后，在服务器所识别到RAID为虚拟磁盘。如果有多个RAID，则为多个虚拟磁盘。

物理磁盘

服务器硬盘和普通硬盘的主要区别在于速度、可靠性、接口类型、支持热插拔功能以及安全性、抗震性等方面。服务器硬盘大多使用SCSI接口，这种接口具有数据吞吐量大、CPU占有率极低的优势。此外，服务器硬盘支持热插拔功能，允许在服务器不停机的情况下更换硬盘，这对于保持服务器24小时不间断运行至关重要。在安全性、抗震性等方面，服务器硬盘也优于普通硬盘。

热备盘

热备盘是硬盘系统中的一个独立的硬盘，当RAID组中的硬盘故障时，热备盘自动取代故障盘作为成员盘，并在热备盘上重构故障盘数据。
如一台服务器中，存在4块硬盘且硬盘大小为1T。在阵列卡中配置RAID 5且将一块硬盘设置为热备盘。那么此服务器最终容量为2T。由于RAID 5最低为三块硬盘构成，三块硬盘总容量为3.6T。热备盘为空闲状态，此硬盘将在RAID 5硬盘中出现问题后自动顶上并rebuild数据，rebuild完成后此时热备盘为此RAID 5的一块硬盘。当新硬盘换上后此时热备盘会将数据重新rebuild到新硬盘中，rebuild完成后新硬盘又重新回到RAID 5中，此时新硬盘为此RAID 5的一块硬盘，热备盘退出RAID 5后重新变成热备盘。

RAID 0介绍

通俗来说即为多块硬盘作为RAID 0，在系统中体现所构建的虚拟磁盘为一块。虚拟磁盘大小为多块硬盘总和。例如：如服务器中有多块硬盘需构建RAID 0，则此RAID 0空间容量为【硬盘数N*每块硬盘大小】。RAID 0可以将所有硬盘空间完全使用，但在此RAID中某块硬盘出现损坏，则整个虚拟磁盘数据均会丢失。所以RAID 0适用于性能要求严格但对数据安全性和可靠性不高的应用，如视频、音频存储、临时数据缓存空间等。

RAID 1介绍

RAID 1通过磁盘数据镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据。当原始数据繁忙时，可直接从镜像拷贝中读取数据，因此RAID 1可以提高读取性能。RAID 1是磁盘阵列中单位成本最高的，但提供了很高的数据安全性和可用性。当一个磁盘失效时，系统可以自动切换到镜像磁盘上读写，而不需要重组失效的数据。（磁盘数需为偶数）
通俗来讲即所有磁盘分为两部分，当数据到达时，两部分硬盘均写入一样的数据，互为备份。当硬盘坏时，则会调用另一边的数据。从而确保数据及服务器的高可用。但RAID 1由于使用将硬盘分为两部分。所以RAID 1的空间容量为【（硬盘数N/2）*每块硬盘大小】

RAID 5介绍

关于RAID 5，是本人理解错误且较为纠结的一个RAID。因为在虚拟磁盘空间容量体现上为【硬盘数（N-1）*每块硬盘大小】。遂错误认为其中一块盘为此RAID的专用备份盘且磁盘不写入数据，在RAID 5中出现坏硬盘时，磁盘自动顶上。其实在RAID 5中所有硬盘均在写入或读取数据。不存在热备盘是热备盘，RAID 5空出一块硬盘为此RAID 5专属热备盘的概念。

关于RAID 5需搞清楚两个概念：奇偶校验信息及异或运算。

奇偶校验信息

RAID的保存原理是用Bit Striping及当前主流Block Striping的分割方式，将Data分散保存至各硬盘中。出现（N-1）*硬盘大小的磁盘的亏空是因为RAID 5的磁盘空间中有一部分存放奇偶校验信息。
如下图，其中P0为D0，D1和D2的奇偶校验信息，P1为D3，D4，D5的奇偶校验信息，P2为D6，D7，D8的奇偶校验信息，P3为D9,D10，D11的奇偶校验信息。

异或运算（XOR）

异或的逻辑定义：同则假，异则真。
两位数异或运算：0^0=0，1^1=0， 0^1=1 ，1^0=1
三位数异或运算：0^0^0=0，0^0^1=1，0^1^0=1，0^1^1=0，1^0^0=1，1^0^1=0，1^1^0=0，1^1^1=1


当新硬盘或热备盘启动进行rebuild的时候，则会进行上述的XOR Data Recovery。

数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID 5的各个磁盘上。当出现一块磁盘损坏时，由于其他磁盘存在奇偶校验信息，数据仍然存在于剩下的磁盘中。所以仍然可以正常访问（性能较差）。如更换硬盘后，新磁盘Recovery，RAID 5内部剩余磁盘使用异或运算，将其他磁盘中的数据重新计算到新硬盘中。

RAID 5参考文档：
RAID 5 是什麼？一篇搞懂其原理與架構（2022年最新）
RAID 5是什麼？探討運作原理和優缺點
RAID 5工作原理介绍(推荐)

RAID 10介绍

RAID 10是一个RAID 1与RAID 0的组合体，它是利用奇偶校验实现条带集镜像，所以它继承了RAID 0的快速和RAID 1的安全。我们知道，RAID 1在这里就是一个冗余的备份阵列，而RAID 0则负责数据的读写阵列。其实，概述图只是一种RAID 10方式，更多的情况是从主通路分出两路，做Striping操作，即把数据分割，而这分出来的每一路则再分两路，做Mirroring操作，即互做镜像。RAID 10最低需4块硬盘组成。将4块硬盘分为2组，2组做独立RAID 1。将两组独立RAID 1再组成一个RAID 0。此时如有4块硬盘各为1T，则最终RAID 10磁盘空间为2T（详情可查看上文关于RAID 1及RAID 0关于RAID 空间容量的组成说明）。当数据写入时，数据会按照RAID 0方式进行记录并记录在各RAID 1磁盘中，如下图所示。各RAID 1又会互相备份数据，从而保证数据安全。

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