什么是 RAID 存储级别 0、1、5、10

什么是 Raid 及其各种类型？ “RAID”（“独立磁盘冗余阵列”，有时也称为“廉价磁盘冗余阵列”）是一种存储虚拟化技术，它将多个磁盘驱动器集成到逻辑组件中，以提供数据冗余、性能改进或两者兼而有之。

这与高质量大型机磁盘驱动器的旧观念相反，称为“单一大成本磁盘”或 SLED。

究竟什么是突袭？ 它有哪些不同的类型？

根据冗余量和性能，数据以 RAID 级别已知的各种方法分布在驱动器上。 用于数据分布的各种方案或布局由术语“RAID”标识，后跟数字。 例如，RAID 1 或 RAID 2。

每个方案以及 RAID 级别在可用性、可靠性性能和容量的主要目标之间具有不同级别的平衡。 高于 RAID 0 的 RAID 级别可保护不可恢复的扇区读取错误并防止所有物理驱动器出现故障的可能性。

概述

许多 RAID 级别使用称为“奇偶校验”的防错方案，这是一种在信息技术领域非常流行的方法。 它为特定的数据集合提供容错能力。

许多 RAID 级别使用基本 XOR。 但是，RAID 6 使用基于特定 Reed-Solomon 纠错或 Galois 字段中的乘法和加法的两个独立方。

RAID 还可以使用固态驱动器 (SSD) 提供数据安全性，而无需购买完整的 SSD 系统。 例如，可以使用电子驱动器镜像高速 SSD。 为了提供尽可能快的速度，需要正确的控制器来利用快速 SSD 进行每次读取操作。 它被称为“混合 RAID”。

标准水平

起初，有五个级别的 RAID。 从那时起，已经开发了许多变体，其中包含多个嵌套级别以及多个非标准级别（大部分是排他性的） 。 RAID 级别及其相关的数据格式可以通过存储网络行业协会 (SNIA) 的 Common RAID DDF PDisk Drive Format) 标准进行标准化：

RAID 0

它是一种条纹形式。 但是，没有镜像甚至奇偶校验。 与跨区卷相比，其卷的容量完全相同。 它是集合内驱动器的总容量。 但是，由于条带化将每个文件的内容传播到集合中的所有驱动器，因此任何驱动器的故障都可能导致整个文件或卷丢失。

与跨区卷的情况相比，它们保留了非故障驱动器上的文件。 优点是对任何特定文件的读写操作的速度将随着驱动器的数量而增加。 与跨区卷不同，读取和写入操作是同时进行的。

RAID 1

RAID 1 由数据镜像组成，但没有剥离或奇偶校验。 数据以类似的方式写入多个驱动器，这导致包含驱动器的“镜像集合”。

这意味着每个读取请求都由集合中的任何驱动器处理。 如果请求被发送到集合中的所有驱动器，那么它可以通过最初能够访问的驱动器（取决于它的旋转延迟）来提供服务，这会提高性能。

如果控制器或程序针对它进行了优化，则持续读取吞吐量类似于集合内每个驱动器的总吞吐量，与之前的级别完全相同。 与最强大的驱动器相比，许多 RAID 1 实现的实际读取吞吐量较慢。  

写入吞吐量通常较慢，因为每个驱动器都需要升级，而速度最低的驱动器会限制写入速度。 只要至少有一个驱动器在运行，阵列就会继续运行。

RAID 2

RAID 2 由基于汉明码奇偶校验的位级条带化组成。 每个磁盘主轴的旋转都是同步的，并且数据被分割，以便每个连续的位都存储在一个驱动器上。 汉明码奇偶校验可以在相同的位上计算，并保存在至少一个驱动器上以进行奇偶校验。

这仅具有历史意义。 尽管它已在某些较旧的机器上使用（例如 Thinking Machines CM-2），但在撰写本文时，它还没有用于任何商业可用的系统。

RAID 3

RAID 3 是专用于奇偶校验的字节级条带化。 每个磁盘主轴的旋转都是同步的。 数据被拆分，以便每个连续字节位于完全不同的驱动器上。 奇偶校验是在相同的字节上计算的，并存储在单独的奇偶校验驱动器上。 RAID 3 在现实世界中并未广泛使用，但存在实施。

RAID 4

RAID 4 由具有专用奇偶校验的块级条带化组成。 这以前由 NetApp 使用，但现在已被具有两个奇偶校验磁盘的私有版本 RAID 4 大量取代，称为 RAID-DP。

RAID 4 相对于 RAID 2 和 3 的主要优势在于 I/O 的并行化。 也就是说，在 RAID 2 和 3 中，单次读取 I/O 操作涉及读取整个数据驱动器阵列； 但是，对于 RAID 4，不需要将一个 I/O 读取操作分布在所有驱动器上。 反过来，可以并行执行更多数量的 I/O 进程，这提高了较小传输的效率。

RAID 5

RAID 5 包含具有分布式奇偶校验的块级条带化。 与 RAID 4 相比，奇偶校验信息在驱动器之间共享，这要求每个驱动器（减一）都在运行。 如果是单个驱动器，可以使用分布式奇偶校验计算未来的读取，以确保数据不会丢失。 RAID 5 至少需要三个磁盘。

与所有单奇偶校验想法类似，大规模 RAID 5 实施容易受到系统故障的影响。 其原因是重建阵列所需时间的趋势以及重建过程中驱动器发生故障的可能性。 重建阵列涉及使用所有磁盘读取数据，这可能导致另一个驱动器故障，甚至破坏所有阵列。

RAID 6 包含具有双重分布奇偶校验的块级条带化。 双奇偶校验允许最多 2 个故障驱动器出现故障。 这意味着更大的 RAID 组更可行，特别是在高可用性系统中，因为更大容量的驱动器可能需要更长的时间来修复。

RAID 6

RAID 6 至少需要四个磁盘。 与 RAID 5 一样，单个驱动器故障可能会导致整个阵列的性能下降，直到更换为止。 通过利用不同来源的驱动器，可以缓解与 RAID 5 相关的最常见问题。驱动器的容量越大，阵列数量越多，选择 RAID 6 的重要性就越低。

软件 RAID

了解 RAID 控制器是 RAID 系统的中心部分至关重要。 它在包括每个硬件 RAID 和软件 RAID 的 RAID 磁盘阵列之间分配数据方面发挥着重要作用。

软件 RAID 利用软件 RAID 提供的功能。 它是内置在服务器操作系统中的 RAID 软件或 RAID 驱动程序。 此方法不需要额外的硬件来链接存储设备。 但是，它可能会增加服务器的整体处理负载，并可能导致 RAID 计算和小工具运行的其他功能变慢。

许多服务器操作系统都能够支持 RAID 配置，例如来自 Microsoft、Apple 和各种版本的 Unix/Linux 系统的那些。 大多数时候，软件 RAID 取决于所使用的操作系统。 因此，不建议在多个操作系统之间共享分区。

优点

• 我们可以为相同的操作系统（例如 Ubuntu）创建一个 RAID 配置，然后将其应用到其他类似的系统上。
• 软件 RAID 的安装具有成本效益，因为它不需要任何额外的硬件设备。
• RAID 级别的重新配置是可能的，因为配置灵活且不复杂。
• 大多数操作系统都与 RAID 软件配置兼容，这使得安装和完成有助于解决各种问题的配置任务变得更加容易。
• 软件 RAID 最适合处理不会对系统产生额外负载的基本 RAID 0、1 和 10。

缺点

• 服务器上的系统故障可能会对数据的完整性产生负面影响。
• 如果系统上有多个驱动程序，软件 RAID 实施就没有好处，因为可能会发生某些冲突。
• 某些操作系统仅支持某些范围的 RAID。
• 在进行复杂的 RAID 配置时，软件 RAID 可能会显着影响系统的负载。
• 在集群操作系统上使用 RAID 的机会并不多。
• 修复故障磁盘可能很复杂。
• 软件 RAID 容易受到恶意软件和病毒的影响，因为它在用于主服务器的服务器的操作系统中运行。

我们正在研究软件 RAID 及其一些优势和劣势。 我们可以得出结论，这种方法可以用于预算有限的小型项目以及节能计算和数据安全的情况。 磁盘恢复和快速数据不是首要任务。

重要的是要意识到这些只是一般性建议，因为选项取决于项目的需求和需要完成的工作。

硬件 RAID

硬件 RAID 是所有驱动器都连接到位于单个 RAID 卡或服务器上或集成到主板上的硬件 RAID 控制器。 硬件 RAID 控制器管理设置和 RAID 阵列。 它可以支持多个级别的 RAID。

在某些情况下，RAID 控制器可以用作计算机的微型版本。 之所以如此，是因为他们配备了专为完成工作而设计的处理器。

在硬件 RAID 安装中，驱动器通过 RAID 控制器板直接相互连接。 这不仅限于大型服务器，也适用于台式计算机。 处理硬件 RAID 是对存储系统中独立控制器（例如 ATA RAID、SATA、DELTA PLC 等）的引用。

由于 RAID 由控制器板控制和处理，因此服务器的处理器没有额外的负载。 硬件 RAID 还可以提供其他一些附加功能，例如在单个磁盘发生故障时交换磁盘的选项。 此外，硬件 RAID 比软件 RAID 更昂贵，但效率更高，功能兼容性更好。

优点

• 在服务器、计算机和操作系统之间移动盒子很容易。
• 对于无法提高计算机计算能力的旧系统而言，高水平的系统效率至关重要。
• 由于硬件 RAID 使用备用电池及其内部闪存，因此在生产备份副本期间发生电源中断的情况下，可能会发生数据损坏和丢失的保护。
• 在创建备份副本以及数据恢复的过程中使用 RAID 系统时问题较少。
• 硬件 RAID 使用其高速缓存内存来创建备份副本和数据恢复。
• 如果没有合适的设备，配置 RAID 的灵活性是很难实现的。
• 可以使用更多的 RAID 级别，但它们需要更多的资源。
• 它适用于各种磁盘。
• 兼容多种操作系统。

缺点：

• 它也更昂贵，因为它需要更多的设备。
• 有趣的是，考虑到其成本，硬件 RAID 对某些项目和任务的效率可能较低。
• 当 RAID 控制器发生故障时，必须更换为替换型号，以防止故障。 如果无法立即更换控制器，则可能会出现系统性能延迟。
• 使用硬件 RAID，在安装不同制造商的 HDD 或安装 SSD 和 HDD 驱动器时可能会遇到困难。

在分析硬件 RAID 的优点/缺点时，我们认为它是一个可行的选择，可以帮助没有预算限制的更昂贵的项目。 此外，当数据的安全性和计算能力至关重要时，它是一个理想的选择。 在某些情况下，硬件 RAID 可能更适合连接到技术设备的项目，因为与存储设备的交互可能会导致问题。

混合 RAID

在某些情况下，混合 RAID 产品可能会更好。 例如，如果 RAID 可以与主板的 BIOS 集成，它可以在系统开机时提供额外的冗余数据，并有助于防止数据损坏。

优点

• 在许多情况下，混合 RAID 系统都配备了图形用户界面，可用于协助 RAID 配置。
• 混合 RAID 成本低，是各种项目的理想选择。
• 混合 RAID 通常能够在运行相同操作系统的多个系统上运行。
• 混合 RAID 可以防止引导系统在引导期间出现故障，这可能是由系统错误或类似故障引起的。

缺点

• 还有关于驱动器交换和数据恢复的问题。
• 混合 RAID 可能会导致服务器负载过大，从而影响生产力。
• 某些操作系统（尤其是最新的操作系统）可能需要定期升级 RAID 驱动程序。 这可能会导致驱动程序冲突。
• 由于软件 RAID 容易受到病毒的影响，因此它的威胁模型可能不太安全。

然而，混合 RAID 是一个很好的选择，但它可能有一些特殊性。 这就是为什么它是各种项目的理想选择。 如果您事先知道可能会出现什么问题以及解决这些问题的最佳方法，建议您选择混合 RAID。

此外，如果您的项目需要软件和硬件 RAID，它可能是一个理想的选择。 但是，这些项目通常非常具体。 最后，重要的是要记住，最终决定将完全基于您项目的独特目标和要求。