淺談RAID技術

山東省招遠廣播電視臺 黃蓬勃

1.引言

隨著計算機和網絡技術的迅猛發展，服務器已被廣泛應用于各種領域，它具有極長的系統連續運行時間、優異的擴展性能和系統性能，而作為信息的重要載體――硬盤，卻由于讀寫速度慢、可靠性差，日益成為系統性能的瓶頸。在金融、證券和通信等行業，需要處理大量數據，對速度和可靠性要求極高。為此，RAID技術應運而生。

2.RAID技術的原理與級別

RAID是Redundant Arrays of Independent Disks的縮寫，即廉價冗余磁盤陣列。

RAID的本意是通過組合小的廉價磁盤來生成大的昂貴磁盤，從而降低數據存儲的費用；采取冗余信息技術進行數據保護，在磁盤失效時仍能正常訪問數據；有效提高數據的讀寫速度。

通俗地說，RAID就是將多個磁盤按照一定的方式組織起來，映射成為一個磁盤，以獲取比單個硬盤更高的速度、更好的穩定性和更大的存儲能力。

使用RAID技術，多個硬盤同時進行讀寫操作，讀寫的速度成倍提高；數據被分割成許多區段，并生成冗余信息，分別存放到各個硬盤上。如某硬盤發生故障，通過特定的算法還原數據，更換硬盤后進行數據重構，將數據重新寫入新硬盤中。

根據實現原理的不同，RAID已經發展了多個級別，有明確標準的級別分別是0、1、2、3、4、5、6等，并衍生出01、10、30、50等級別。它們通過對磁盤進行不同的組合，以達到減少錯誤和提高效率的目的。

3.RAID技術的突出優勢

RAID技術能夠為計算機系統提供以下三個方面的優異性能：

(1)提供更大的存儲容量：使用RAID技術，可以獲得更大的存儲空間。例如利用RAID0技術把10塊2TB的硬盤組織起來，能夠提供20TB的存儲容量。

(2)提供更快的傳輸速度：使用RAID技術，可以讓所有硬盤同時傳輸數據，而這些硬盤在邏輯上又表現為一塊硬盤，可以達到單個硬盤幾倍，甚至幾十倍的讀寫速度，大幅提高了存儲系統的數據吞吐量。

(3)提供更高的安全性：RAID可以通過數據校驗提供容錯功能，在很多RAID模式中都有較為完備的冗余措施，甚至是直接相互的鏡像備份，大大提高了RAID系統的容錯性，使系統的穩定性更好、安全性更高。

4.常用的RAID模式

圖1 RAID 0

圖2 RAID 1

圖3 RAID 5

圖4 RAID 6

在所有的RAID模式中，RAID0、RAID1、RAID5、RAID6最為常用。它們的工作原理不盡相同，以下逐一作簡要的介紹。

(1)RAID0：無容錯設計的條帶磁盤陣列

RAID0連續以位或字節為單位分割數據，把數據分布在多個磁盤上，在讀寫時是以并行的方式對各磁盤同時進行操作。從理論上講，其容量和數據傳輸率是單個磁盤的N倍，N為構成RAID0的磁盤總數。雖然它具有很高的數據傳輸率，但它沒有數據冗余，并不能算是真正的RAID結構。在所有的級別中，RAID0的速度是最快的，但它的可靠性是最差的，只要有一個磁盤損壞，則所有的數據都無法恢復。因此，RAID0不能應用于數據安全要求高的場合，如圖1。

(2)RAID1：鏡像磁盤陣列

RAID1的每個工作盤都有一個鏡像盤，數據同時寫入鏡像盤，平時只從工作盤中讀出數據。一旦工作盤發生故障，立即從鏡像盤中讀出數據，當更換故障盤后，數據可以重構，恢復工作盤的正確數據。RAID1的磁盤利用率只有50%，是所有RAID級別中最低的，但它的數據安全性是最好的，常用于對容錯要求極高的場合，如圖2。

(3)RAID5：旋轉奇偶校驗磁盤陣列

RAID5采用了分布式奇偶校驗的獨立磁盤結構，將奇偶校驗碼存放在所有的磁盤上，每個磁盤既有數據信息也有校驗信息。對于RAID5來說，大部分數據傳輸只對一塊磁盤操作，可進行并行操作。即使一個磁盤失效，也可以根據其它硬盤上的信息來恢復數據。當有N個陣列盤時，可用空間為N－1個盤的容量。

RAID5是一種存儲性能、數據安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案，既適用于大數據量的操作，也適用于各種事務處理，是一種快速、大容量和容錯分布合理的磁盤陣列，如圖3。

(4)RAID6

RAID6是對RAID5的擴展，它增加了第二個獨立的校驗信息。由于兩個獨立的校驗信息使用不同的算法，數據的可靠性非常高，即使兩個磁盤同時失效，也可以根據其它硬盤上的信息來恢復數據。當有N個陣列盤時，可用空間為N－2個盤的容量。

由于RAID6需要給校驗信息分配更大的磁盤空間，相對于RAID5有更大的“寫損失”，因此“寫性能”非常差。較差的性能和復雜的實施方式使得RAID6應用不多，主要是用于要求數據絕對不能出錯的場合，如圖4。

5.如何選擇合適的RAID級別

RAID有較多的級別，最常用的RAID級別是RAID0、RAID1和RAID5。這三種級別對數據的傳輸速度和保護程度都有所不同：RAID0能夠提供最快的傳輸速度，但是提供的保護最少；RAID1能夠提供最好的數據保護；而RAID5能夠同時提供良好的速度和保護，使得RAID5應用最為廣泛。

選擇RAID級別時，應考慮三個主要因素：可用性（數據冗余）、性能和成本。如果不關注數據冗余，可選擇RAID0以獲得最佳性能；如果強調可用性和性能而不計成本，則可選擇RAID1。如果可用性、性能和成本都同等重要，可選擇RAID5。

6.結論

RAID技術的出現，極大地提高了數據的傳輸速度和可靠性。我們應當深刻理解RAID級別的優缺點，根據實際需求，綜合權衡取舍，合理地選擇RAID級別，以獲得最佳的存儲效果。

[1]涂彥暉,戴士劍.數據安全與編程技術[M].清華大學出版社,2005.

[2]劉偉.數據恢復技術深度揭秘[M].電子工業出版社,2010.