The RAID Levels

llinguomin

在I/O系统中，磁盘阵列指来自一个或多个磁盘系统的磁盘及其阵列控制器。RAID是磁盘阵列的一种特殊形式，其中部分存储容量保存了用户数据的校验信息。校验信息保证了当个别阵列磁盘成员或访问路径故障时，可以通过读取正常工作的磁盘成员上的内容来重新构造出用户数据，从而提高数据的可用性。在RAID中，将基本的数据块按照Block(块)，分条(Stripe)，划分(Extent)的逻辑层次组织起来的。
通常RAID用RAID Level 来表示数据保护和映射的方法。最初提出时，只有5级，后经过不断的完善，同RAB(RAID ASSOCIATE BOARD)审定，现基本分为6级，表示为RAID0~6。
RAID0(Data Striping Array Without Parity)将数据分割交叉存储在所有的磁盘成员上，亦即所谓的round-robin方式，所有的磁盘成员都是数据盘，无冗余数据，因而没有容错功能。数据分割的粒度是位、字节、块。广泛应用于要求数据传输速度快、存储容量大，而对数据的可靠性要求不高的某些超级计算环境中。
RAID1(Disk Mirroring)镜像磁盘阵列。采用和数据盘相同数目的磁盘作为镜像盘，利用完全备份的方式来提高数据的可靠性。如果数据盘失效，可以用镜像盘提供服务，并由镜像盘的数据重新构造出数据盘上的数据。
RAID2(Memory-Style ECC)以位为单位进行数据的分割与重构，采用海明码容错的磁盘阵列。模仿主存中的容错技术，使用海明码来恢复失效数据，冗余盘的数目是磁盘阵列系统总盘数的对数，随着磁盘阵列系统规模的增加，磁盘的利用率也会相应的提高。RAID2的冗余信息量很大，代价昂贵，一般很少使用。
RAID3(Bit-Interleaved Parity)位交叉奇偶校验磁盘阵列，以位为粒度进行的分割与重构，采用奇偶编码，将数据盘上的所有数据经“异或”后产生的校验值存放在校验盘上，当任何一个磁盘控制器发现磁盘失效时，均可以通过计算其它盘上的奇偶信息来恢复丢失的数据。与RAID2相比，减少了校验盘的数目。数据是按位交叉的，计算和写入校验位花费时间，而读出涉及数据盘，故读写操作比写操作快。小规模数据请求浪费存储空间和增加系统开销，但大块数据请求则有良好的I/O带宽。
RAID4(Block-Interleaved Parity)块交叉奇偶校验磁盘阵列。它与RAID3惟一不同的是数据分块的粒度，这种在块一级上进行数据交叉的分布方法提高了读率，但对写请求因需修改校验数据而使速率降低，特别是写小块数据。因为写小块数据需要进行读旧数据、读旧校验信息、写新数据、写新校验信息四次I/O操作，即两次“读­－修改－写（RWM）”操作。由于所有的写操作都需要访问校验盘，校验盘便成为“瓶颈”。
RAID5(Block-Interleaved Distributed Parity)块交叉和校验信息旋转分布磁盘阵列，RAID4的显著缺点是校验盘成为“瓶颈”，RAID5不将校验信息保存在固定的校验盘上，而将校验信息分布到所有的盘上，因为所有的盘都能参与读写，故读出时的带宽有所提高。但“小写”问题因需要RWM操作而性能差。
RAID6(P + Q Redundancy)双校验磁盘阵列，采用两种不同的方法计算校验数据。用两个校验盘支持数据磁盘，第一个校验般支持一种算法，而另一个盘使用另一种校验算法，使用两种算法称为P + Q校验，这样，它能支持两个磁盘的失败。在结构和工作方式上与RAID5相似。
以上介绍了RAID系统的基本层次。实际的实现中，还可以有各种层次的组合形式，如RAID0+1，RAID0+5等。

RAID实际存储容量计算：
    RAID 级别                    实际容量
RAID0                        N * DiskSize
RAID1                        DiskSize
RAID4                        (N - 1) * DiskSize
RAID5                        (N - 1) * DiskSize
RAID10                       NumberoOfMirrors * DisksSize
RAID50                       (N - ParityDisks) * DiskSize

RAID级别比较：
RAID级别    冗余能力    分条长度      读写性能                  成本
RAID0          0           2~N       读写性能最好，优于单个     成本低，没有额
磁盘                      外开销
RAID1          1           1          写性能较差，读性能较好    成本很高(50%)
RAID3          1           3~N        读写性能优于单个磁盘      一个校验盘
RAID4          1           3~N        读性能优于单个磁盘        一个校验盘
写操作受校验盘瓶颈限制      
RAID5          1           3~N        读写性能优于单个磁盘      一个校验盘
                                        写操作优于RAID4
RAID6          2           3~N        多重校验和复杂算法影响    两个或多个
                                        系统性能                  校验盘




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