RAID磁盘阵列技术比较
Raid详细解释及性能比较
Raid详细解释及性能比较Raid 0：由多个硬盘组成系统中的单一硬盘，并且在存取的时候采用分段的方式进行，比如有4个硬盘组成一个系统的单一硬盘，在进行写操作的时候，系统会在第一个硬盘写一段数据，接着再在第二块盘上写，其后是3、4号盘，完成一个循环后，再从第一个盘开始写起。
这样，进行存取操作的时候，能够充分利用多个硬盘的读写能力，一个读写操作能够将任务分摊到多个硬盘上执行，大大提高读写操作的执行效率，并行处理的能力得到有效发挥。
读写的块的大小，一般情况下称为strip size。
Raid 1：是使用磁盘镜像(disk mirroring)的技术。
磁盘镜像应用在RAID1之前就在很多系统中使用,它的方式是在工作磁盘(working disk)之外再加一额外的备份磁盘(backup disk),两个磁盘所储存的数据完全一样,数据写入工作磁盘的同时亦写入备份磁盘。
磁盘镜像不见得就是RAID 1,如Novell Netware亦有提供磁盘镜像的功能,但并不表示Netware有了RAID 1的功能。
一般磁盘镜像和RAID 1有二点最大的不同:RAID 1无工作磁盘和备份磁盘之分,多个磁盘可同时动作而有重叠(overlaping)读取的功能,甚至不同的镜像磁盘可同时作写入的动作,这是一种最佳化的方式,称为负载平衡(load-balance)。
例如有多个用户在同一时间要读取数据,系统能同时驱动互相镜像的磁盘,同时读取数据,以减轻系统的负载,增加I/O的性能。
RAID 1的磁盘是以磁盘延伸的方式形成阵列,而数据是以数据分段的方式作储存,因而在读取时,它几乎和RAID 0有同样的性能。
从RAID的结构就可以很清楚的看出RAID 1和一般磁盘镜像的不同。
读取数据时可用到所有的磁盘,充分发挥数据分段的优点;写入数据时,因为有备份,所以要写入两个磁盘,其效率是N/2,磁盘空间的使用率也只有全部磁盘的一半。
很多人以为RAID 1要加一个额外的磁盘,形成浪费而不看好RAID1,事实上磁盘越来越便宜,并不见得造成负担,况且RAID1有最好的容错(fault tolerence)能力,其效率也是除RAID 0之外最好的。
磁盘阵列各种RAID原理磁盘使用率
磁盘阵列各种RAID原理磁盘使用率RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks）是一种磁盘阵列，可以将多块普通的磁盘拼接在一起形成更高效、可靠的数据存储系统。
它可以通过将存储空间划分成若干块虚拟磁盘来提高磁盘访问性能。
存储空间划分的方式共分为9种，分别是RAID0，RAID1，RAID2，RAID3，RAID4，RAID5，RAID6，RAID7和RAID10，其中RAID 0、RAID 1、RAID 5和RAID 10是最常用的四种RAID级别。
RAID0是把多块磁盘组合成一个虚拟磁盘，通过分割、重组来提升数据的存取速度，这种RAID把多块磁盘拼接在一起形成一个虚拟磁盘，不提供数据冗余，磁盘使用率比较高，但是其可靠性较低。
RAID1是把多块相同容量的磁盘拼接在一起形成一个虚拟磁盘，不同的是，这种RAID方式采用镜像技术，每个磁盘上的数据都会与另一块磁盘上的数据完全相同，提供了更好的可靠性，磁盘使用率较低，只有一半的磁盘空间可以使用。
RAID5是一种磁盘阵列中比较常用的RAID级别，它将磁盘阵列中的磁盘分成两种，一般磁盘和校验磁盘，这样就可以在一个虚拟磁盘上存储大量数据，任一块磁盘出现问题时，系统可以通过校验磁盘上的冗余数据来恢复受损的数据，并且RAID5提供了比RAID1更高的数据存储空间，磁盘使用率也比RAID1更高。
RAID5_和_RAID10_(性能比较和原理)
RAID5 和RAID10 (性能比较和原理) 原帖出处:it168(/h/2007-06-12/200706121108656.shtml)存储是目前IT产业发展的一大热点，而RAID技术是构造高性能、海量存储的基础技术，也是构建网络存储的基础技术。
专家认为，磁盘阵列的性能优势得益于磁盘运行的并行性，提高设备运行并行度可以提高磁盘的性能和数据安全性。
20年来，RAID 推出了一系列级别，包括RAID 0、RAID 1、RAID 2、RAID 3、RAID4、RAID 5，以及各种组合如RAID 0+1 等。
其中最广泛的包括RAID5与RAID10。
但是一直以来，关于RAID5与RAID10的性能优劣的争端还是非常多的，甚至很多人包括很多公司都那拿出了测试数据。
而这些测试数据复杂难懂相互矛盾，更加让用户感到迷惑，不知道如何选择。
在这里，我将就这两种RAID的内部运行原理来分析一下，看看我们在什么情况下应当适合选哪一种RAID方式。
根据我的经验与分析：象小io的数据库类型操作，如ERP等等应用，建议采用RAID10，而大型文件存储，数据仓库，如医疗PACS系统、视频编辑系统则从空间利用的角度，建议采用RAID5。
下面请看详细的性能对比：本文分为上下两篇，上文侧重分析两种RAID的内部运行原理，下文将根据不同的影响磁盘性能的因素来分析，RAID方案对磁盘系统的影响，参考“RAID5和RAID10，哪种RAID更适合你(下) ”为了方便对比，我这里拿同样多驱动器的磁盘来做对比，RAID5选择3D+1P的RAID方案，RAID10选择2D+2D的Raid方案，分别如图RAID5+RAID10那么，我们分析如下三个过程：读，连续写，随机写，但是，在介绍这三个过程之前，我需要介绍另外一个磁盘阵列中的重要概念：cache.磁盘读写速度的关键之一：Cachecache技术最近几年，在磁盘存储技术上，发展的非常迅速，作为高端存储，cache 已经是整个存储的核心所在，就是中低端存储，也有很大的cache存在，包括最简单的RAID卡，一般都包含有几十，甚至几百兆的RAID cache。
磁盘阵列的不同级别及其特点
磁盘阵列的不同级别及其特点磁盘阵列（RAID，Redundant Array of Independent Disks）技术是一种将多个物理硬盘组合在一起，以提高数据存储和处理的性能、可靠性和容错性的技术。
磁盘阵列通过分割、复制和分布数据，以实现数据的并行读写和冗余备份。
不同的磁盘阵列级别提供了不同的数据保护和性能方案，适用于不同的应用场景。
本文将针对不同级别的磁盘阵列，分别介绍其特点和适用场景。
1. RAID 0RAID 0级别使用条带化的数据分布方式（striping），将数据分散存储在多个硬盘上，提供了更快的读写性能。
数据被拆分成固定大小的块，然后块按照顺序分布在不同的硬盘上。
由于数据同时存储在多个硬盘上，RAID 0可以实现并行读写，从而提高了整体的数据传输速度。
然而，RAID 0并不提供冗余备份和容错能力。
任一硬盘的故障都会导致整个阵列不可用，并且无法恢复数据。
因此，RAID 0通常用于对性能需求较高而对数据可靠性没有特别要求的场景，如视频编辑和游戏开发等。
2. RAID 1RAID 1级别通过镜像数据的方式提供冗余备份。
每个数据块都被复制到至少两个硬盘上，确保在其中一个硬盘故障时仍然可以通过另一个硬盘访问数据。
RAID 1具有很高的数据可靠性和容错性，但相比RAID 0，写入性能有所降低。
RAID 1适用于对数据保护较为重视的场景，如企业级存储和数据库服务器。
但需要注意的是，RAID 1并不能提供增加存储空间的功能，因为每个数据块都需要镜像存储。
3. RAID 5RAID 5级别结合了条带化和分布式奇偶校验（parity）的方式实现数据的分布存储和冗余备份。
RAID 5需要至少三个硬盘，并将奇偶校验信息按照轮换的方式存储在不同的硬盘上，以保证阵列中同时容忍一次硬盘故障。
当读取数据时，RAID 5可以通过奇偶校验信息恢复任何一个硬盘上的数据。
而在硬盘故障时，阵列可以通过奇偶校验信息实现数据的重建和恢复。
RAID磁盘阵列技术比较
–可能配置：8个驱动器
Block 1 Block 3 Block 5
…
Copy 1 Copy 3 Copy 5
…
Block 2 Block 4 Block 6
…
Copy 2 Copy 4 Copy 6
…
R1
局部 R0-全部
RAID-10 跨区阵列
R1 局部
Block 1 Block 5 Block 9
Copy 1 Copy 3 Copy 5
...
Block 2 Block 4 Block 6
...
XCopy 2 Copy R1
局部
R0
局部
全部
XBlock 1
Block 5 Block 9
Copy 1 Copy 5 Copy 9
...
...
R1
局部
Block 2 Block 6 Block 10
– 可以给RAID 10 添加多块热备盘，以下图为例，假设添加了1块热备盘， 最多可以有4块（含热备盘）的磁盘驱动器出现问题而不会导致用户数据 的丢失
Block 1 Block 4 Block 7
...
Copy 1 Copy 4 Copy 7
...
RAID 10
Block 2 Block5 Block 8
热备用驱动器
– 磁盘子系统中配置的额外驱动器可以自动重建磁盘控制器上任何发生故障的驱动 器。
– 奇偶/镜像数据用于将有故障磁盘中丢失的数据写入到热备用磁盘中，从而将处于 临界状态的时间降为最低。
– RAID-0没有必要采用热备用驱动器，因为它不提供任何镜像数据或奇偶校验信息， 当然也不能实现磁盘重建。
磁盘镜像
磁盘阵列RAID0、RAID1和RAID5的区别和安全性介绍
磁盘阵列RAID0、RAID1和RAID5的区别和安全性介绍要实现RAID0必须要有两个以上硬盘驱动器，RAID0实现了带区组，数据并不是保存在⼀个硬盘上，⽽是分成数据块保存在不同驱动器上。
因为将数据分布在不同驱动器上，所以数据吞吐率⼤⼤提⾼，驱动器的负载也⽐较平衡。
如果刚好所需要的数据在不同的驱动器上效率最好。
它不需要计算校验码，实现容易。
它的缺点是它没有数据差错控制，如果⼀个驱动器中的数据发⽣错误，即使其它盘上的数据正确也⽆济于事了。
不应该将它⽤于对数据稳定性要求⾼的场合。
如果⽤户进⾏图象（包括动画）编辑和其它要求传输⽐较⼤的场合使⽤RAID0⽐较合适。
同时，RAID可以提⾼数据传输速率，⽐如所需读取的⽂件分布在两个硬盘上，这两个硬盘可以同时读取。
那么原来读取同样⽂件的时间被缩短为1/2。
对于使⽤这种RAID1结构的设备来说，RAID控制器必须能够同时对两个盘进⾏读操作和对两个镜象盘进⾏写操作。
通过下⾯的结构图您也可以看到必须有两个驱动器。
因为是镜象结构在⼀组盘出现问题时，可以使⽤镜象，提⾼系统的容错能⼒。
它⽐较容易设计和实现。
每读⼀次盘只能读出⼀块数据，也就是说数据块传送速率与单独的盘的读取速率相同。
因为RAID1的校验⼗分完备，因此对系统的处理能⼒有很⼤的影响，通常的RAID功能由软件实现，⽽这样的实现⽅法在服务器负载⽐较重的时候会⼤⼤影响服务器效率。
当您的系统需要极⾼的可靠性时，如进⾏数据统计，那么使⽤RAID1⽐较合适。
⽽且RAID1技术⽀持“热替换”，即不断电的情况下对故障磁盘进⾏更换，更换完毕只要从镜像盘上恢复数据即可。
当主硬盘损坏时，镜像硬盘就可以代替主硬盘⼯作。
镜像硬盘相当于⼀个备份盘，可想⽽知，这种硬盘模式的安全性是⾮常⾼的，但带来的后果是硬盘容量利⽤率很低，只有50%，是所有RAID级别中最低的。
虽然RAID 0可以提供更多的空间和更好的性能，但是整个系统是⾮常不可靠的，如果出现故障，⽆法进⾏任何补救。
目前的硬盘技术有哪些
目前的硬盘技术有哪些1、RAID(Redundent Array of Inexpensive Disks)磁盘阵列技术RAID实际上可以理解成一种使用磁盘驱动器的方法，它将一组磁盘驱动器用某种逻辑方式联系起来，作为逻辑上的一个磁盘驱动器来使用。
这种技术的优点是成本低、功耗小、传输速率高，可以提供容错功能、安全性更高，以及比起传统的大直径磁盘驱动器来，在同样的容量下，价格要低许多。
RAID现在主要应用在服务器硬盘上，但就像任何高端技术一样，RAID也在向PC机上转移。
也许所有的PC机都用上了SCSI磁盘驱动器的RAID的那一天，才是PC机真正的“出头之日”。
2、PRML(Partial Response Maximum Likelyhood，部分响应完全匹配)读取通道技术PRML技术简单的讲就是将硬盘数据读取电路分成两段“操作流水线”，流水线第一段将磁头读取的信号进行数字化处理然后只选取部分“标准”信号移交第二段继续处理，第二段将所接收的信号与PRML芯片预置信号模型进行对比，然后选取差异最小的信号进行组合后输出以完成数据的读取过程。
PRML技术可以降低硬盘读取数据的错误率，因此可以进一步提高磁盘数据密集度。
PRML技术的普通采用，使硬盘的容量、速度、可靠性都有了不同程度的提高。
3、S.M.A.R.T.(Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology)技术由于硬盘的容量越来越大，为了保证数据的安全性，硬盘厂商都在努力寻求一种硬盘安全监测机制，S.M.A.R.T.技术便应运而生。
S.M.A.R.T.即“自我监测、分析及报告技术”。
它可以监控磁头、磁盘、电机、电路等部件，由硬盘的监测电路和主机上的监测软件对被监对象的运行情况与历史记录和预设的安全值进行分析、比较，一旦出现安全值范围以外的情况，它就会自动向用户发出警告。
而更先进的技术还可以自动降低硬盘的运行速度，把重要数据文件转存到其它安全扇区，通过S.M.A.R.T.技术可以对硬盘潜在故障进行有效预测，提高数据的安全性。
硬件RAID与软件RAID的比较与选择
硬件RAID与软件RAID的比较与选择RAID（冗余磁盘阵列）是一种数据存储技术，通过将多个物理磁盘组合成一个逻辑磁盘来提高数据的可靠性和性能。
在RAID中，硬件RAID与软件RAID是两种常见的实现方式，在选择适合自己需求的RAID方案时，了解它们的特点和比较是非常重要的。
1. 硬件RAID硬件RAID是通过专用的RAID控制器来实现的。
这些控制器通常有自己的处理器和缓存，能够独立于主机进行RAID计算和管理。
硬件RAID的主要优点包括：- 性能：硬件RAID的处理器和缓存提供了更高的性能，可以提升数据的读写速度，特别是在处理大量IO请求时表现优异。
- 可靠性：硬件RAID控制器具备多种数据保护机制，如磁盘冗余、热备份和错误纠正等。
这些机制可以确保数据的安全性和可靠性。
- 管理：硬件RAID控制器通常配备了可视化的管理界面，方便用户进行配置和监控。
同时，由于控制器独立于主机，更换主机时不需要重新配置RAID。
然而，硬件RAID也存在一些限制和劣势：- 成本：硬件RAID需要专用的RAID控制器，对硬件要求较高，因此成本较高。
- 易用性：硬件RAID的配置和管理相对复杂，需要具备一定的技术知识和经验。
- 扩展性：硬件RAID的扩展性有限，当需要增加存储容量时，需要更换控制器或添加额外的硬件。
2. 软件RAID软件RAID是通过操作系统的软件来实现的，没有独立的RAID控制器。
软件RAID的特点和优势包括：- 成本：相比硬件RAID，软件RAID无需额外的硬件设备，因此成本较低。
- 灵活性：软件RAID可以根据需要进行配置和管理，不受硬件限制，更易于扩展和升级。
- 易用性：软件RAID的配置和管理相对简单，由操作系统提供GUI或命令行工具进行操作，用户可以快速上手。
然而，软件RAID也有一些局限性和劣势：- 性能：由于软件RAID依赖于操作系统的处理能力，对CPU的占用相对较高，可能会对系统性能产生一定影响，尤其是在处理大量IO请求时。
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0、1、5
1E、5跨所有的磁盘保存数据的过程。 – 条带花称为RAID 0 – 数据条纹是阵列中的一系列条纹单元 • 条纹单元是指在写到下一个磁盘前写在磁盘上的数据量
– 选择正确的条纹单元容量可以提高ServeRAID适配器的性能，从而改善服务器的
RAID 5
热备用 驱动器
重建RAID 5
磁盘故障
失效的磁盘
RAID 10 的容错
– 在RAID 10没有配置热备盘的情况下可以有n/2块磁盘驱动器故障而不会 导致用户数据的丢失,以下图为例，最多可以有3块磁盘驱动器损坏 – 如果给RAID 10 配置了热备盘，在RAID中的磁盘出现故障时，热备盘会 自动顶替出现故障的磁盘并重建RAID 10 – 可以给RAID 10 添加多块热备盘，以下图为例，假设添加了1块热备盘， 最多可以有4块（含热备盘）的磁盘驱动器出现问题而不会导致用户数据 的丢失 RAID 10
Raid磁盘阵列技术
Raid （磁盘阵列技术）：如何增加磁盘的存取(access)速度,如何防止数据因磁盘的 及如何 有效的利用磁盘空间,一直是电脑专业人员和用户的困扰;而大容量磁盘的价格非常昂贵,对用 户形成很大的负担。磁盘阵列技术的产生一举解决了这些问题。RAID是一种综合的技术，它 将多个磁盘当作一个联合单元（阵列）来对待，并在磁盘子系统中实现多种级别的容错能力。
RAID-10 的特点
RAID-10是 RAID-1 加 RAID-0。 – RAID-10最少需要4个磁盘 – 性能：非常好 – 保护能力：每个局部阵列中的一个驱动器可能发生故障(详细见后页的“RAID-10
的磁盘故障”)
– 容量：n/2乘以一个磁盘的容量
RAID-10 的磁盘空间分配
– 最小配置：4个驱动器
Copy 4 Copy 8 Copy 12 …
R0-Global RAID-10 跨区阵列
– 最大配置：16个驱动器
RAID-10 的磁盘故障
– 每个局部阵列中容许一个磁盘发生故障，最大可以有n/2的磁盘同时故障 – 在跨区阵列中局部的镜像为每个局部阵列提供冗余
X
Block 1 Block 3 Block 5 ... R1 局部
X
RAID 5 的容错
– 在RAID 5没有配置热备盘的情况下可以有1块磁盘驱动器故障而不会导致 用户数据的丢失 – 如果给RAID 5配置了热备盘当RAID的任意一快磁盘出现故障的同时热备 盘都会顶替出现故障的磁盘驱动器，进行RAID的重建 – 一个RAID中可以配置多块热备盘 – 假设给RAID 5配置了1块热备盘，在同一时刻可以有2块（包括热备盘在 内）磁盘驱动器损坏不导致用户数据丢失
热备盘
RAID 5和RAID 10 的比较
RAID 级别
特点 读性能 随机写性能 持续写性能 容错 空间利用率 （可用空间）
RAID 5
高 较低 低
在一个RAID中（未算热备盘）最多可 以有一块磁盘损坏 空间利用率较高， 有效容量为：(n-1)×单盘容量
RAID 10
中等 中等 中等
在一个RAID中（未算热备盘）最多同 时可以有1/2磁盘数的磁盘损坏 最少需要4个磁盘驱动器 空间利用率较低， 有效容量为：(1/2)×单盘容量
Copy 1 Copy 5 Copy 9 …
Block 2 Block 6 Block 10 … R1 局部
Copy 2 Copy 6 Copy 10 …
Block 3 Block 7 Block 11 … R1 局部
Copy 3 Copy 7 Copy 11 …
Block 4 Block 8 Block 12 … R1 局部
举例
以7块300GB磁盘为例，采用1块磁盘 做热备盘，采用RAID 5后的可用容量 为1500GB
以7块300GB磁盘为例，采用1块磁盘做 热备盘，采用RAID 10后的可用容量为 900GB
R1 局部
X X
Copy 2 Copy 6 Copy 10 ... R0 全部
Block 3 Copy 3 Block 7 Copy 7 Block 11 Copy 11 ... ... R1 局部
Block 4 Copy 4 Block 8 Copy 8 Block 12 Copy 12 ... ... R1 局部
它将数据以分段 (striping)的方式储存在不同的磁盘中 ,存取数据时 ,阵列中的相关磁盘一起动
作,大幅减低数据的存取时间,同时有更佳的空间利用率。磁盘阵列所利用的不同的技术,称为 RAID level,不同的level针对不同的系统及应用,以解决数据安全的问题。 • 目前 IBM RAID 产品中采用的 RAID 级别包括：
Copy 1 Copy 3 Copy 5 ... R0 全部
Block 2 Block 4 Block 6 ...
R1 局部
X
Copy 2 Copy 4 Copy 6 ...
X
Block 1 Block 5 Block 9 ...
R1 局部
Copy 1 Copy 5 Copy 9 ...
Block 2 Block 6 Block 10 ...
Block 1 Block 3 Block 5 … Copy 1 Copy 3 Copy 5 … Block 2 Block 4 Block 6 … Copy 2 Copy 4 Copy 6 …
– 可能配置：8个驱动器
R1 局部
R0-全部 RAID-10 跨区阵列
R1 局部
Block 1 Block 5 Block 9 … R1 局部
RAID-1: 磁盘镜像
– 数据同时写入两个驱动器 – RAID-1 比单个驱动器快一些 – 实现成本高 – 在阵列中允许一个磁盘发生故障 – 总磁盘容量为n/2乘以一个磁盘的容量 (n 是磁盘的数量)
磁盘镜像
RAID-5: 带有不对称奇偶校验的条纹化
– – – – – – – – 实现了价格和性能之间的最佳平衡 RAID-5要损失一个磁盘的容量 在阵列中允许一个磁盘发生故障 一个驱动器发生故障将引起系统性能下降 读性能接近RAID-0 数据和校验和（奇偶校验）均匀分布在所有驱动器上 最少需要三个磁盘 总容量为n-1乘以一个磁盘的容量 (n 是磁盘的数量)
Block 1 Block 4 Block 7 ... Copy 1 Copy 4 Copy 7 ... Block 2 Block5 Block 8 ... Copy 2 Copy 5 Copy 8 ... Block 3 Block 6 Block 9 ... Copy 3 Copy 6 Copy 9 ...
热备用驱动器
– 磁盘子系统中配置的额外驱动器可以自动重建磁盘控制器上任何发生故障的驱动 器。 – 奇偶/镜像数据用于将有故障磁盘中丢失的数据写入到热备用磁盘中，从而将处于 临界状态的时间降为最低。 – RAID-0没有必要采用热备用驱动器，因为它不提供任何镜像数据或奇偶校验信息，
当然也不能实现磁盘重建。
– 可以使用多个热备用驱动器。
阵列 A
热备用 驱动器
阵列A
磁盘故障
失效的磁盘
复合 RAID 级别
复合RAID 级别扩展了RAID子系统的能力。 – 增加了可以集成到一个阵列中去的物理磁盘数量（产生更大的逻辑驱动器） – 提高性能 – 提高可靠性 – RAID阵列可以组合在一起，构成更大的RAID阵列： • RAID-00: 多个 RAID-0 阵列组合到一个RAID-0 阵列结构中 • RAID-10: 多个 RAID-1 阵列组合到一个RAID-0 阵列结构中 • RAID-1E0: 多个 RAID-1E 阵列组合到一个RAID-0 阵列结构中 • RAID-50: 多个 RAID-5 阵列组合到一个RAID-0 阵列结构中 – 得到ServeRAID-4 系列适配器的支持
整体性能。 – 使用条纹化的常用RAID级别为RAID 0、1E、5和5E
RAID-0: 数据条纹化
– 在阵列中跨所有的磁盘均匀分配（条纹化）数据 – 为多个同时请求提供最快的性能 – 不提供任何容错功能 – 在所有RAID级别中，RAID 0的存储容量最大
– 总磁盘容量为n个磁盘容量的和 (n 为驱动器的数量)