RAID技术详解

第1章RAID技术详解

自从计算机问世以来，存储技术就伴随着计算机的发展而飞速发展，但从重要性和影响力方面来说，没有哪项存储技术的发明能够与RAID相提并论，RAID技术理念引发了数据存储的重大变革，也成为现在虚拟化存储技术的奠基石。

RAID技术有各种级别之分，包括RAID-0、RAID-1、RAID-10、RAID-1E、RAID-2、RAID-3、RAID-4、RAID-5、RAID-5E、RAID-5EE、RAID双循环、RAID-6、JBOD等，本章将详细讲解各个级别RAID的数据组织原理、故障原因分析及其数据恢复思路。

1.1 什么是RAID

这一节首先对RAID做一个基本介绍，包括RAID的概念、RAID的作用、RAID级别的分类、软RAID和硬RAID的组建方法，同时还会对RAID中常用的一些专业术语进行讲解。

1.1.1 RAID基础知识

RAID最初是1987年在加利福尼亚大学进行的一个科研项目，后来由伯克利分校的D.A. Patterson教授在1988年正式提出。

RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks），直译为“廉价冗余磁盘阵列”，最初是为了组合多块小容量的廉价磁盘来代替大容量的昂贵磁盘，同时希望在磁盘失效时不会对数据造成影响而开发出的一种磁盘存储技术。

后来随着硬盘研发技术的不断提升，硬盘的容量越来越大，成本却在不断下降，所以RAID中Inexpensive（廉价）一词已经失去意义，于是将这个词用Independent（独立）来替代，RAID就成了“独立冗余磁盘阵列”，也简称为“磁盘阵列”，但这只是名称的变化，实质性的内容并没有改变。

1.1.2 RAID能解决什么问题

通俗地说，RAID就是通过将多个磁盘按照一定的形式和方案组织起来，通过这样的形式能够获取比单个硬盘更高的速度、更好的稳定性、更大的存储能力的存储解决方案，用户不必关心磁盘阵列究竟由多少块硬盘组成，使用中整个阵列就如同一块硬盘一样。所以，RAID技术能够为计算机系统提供以下三个方面的优异性能：

1．提供更大的存储空间

目前容量为2TB的硬盘已经在市场上销售，2TB的存储空间对于个人用户来说已经很大了，但对于企业用户来说，还远远不够，那么使用RAID技术，就可以把多块硬盘组成一个更大的存储空间供用户使用。比如，利用RAID-0技术把5块2TB的硬盘组织起来，能够提供10TB的存储空间。

2．提供更快的传输速度

从计算机问世以来的这几十年间，CPU的处理速度以几何数量级迅猛增长，著名的摩尔定律告诉我们，CUP的性能每隔18个月就会提高一倍，可见其速度增长之快。然而，硬盘作为计算机中最重要的存储设备，在容量飞速增长的同时，速度却提高缓慢，已经成为计算机速度发展的瓶颈。

如果采用RAID技术，可以让很多硬盘同时传输数据，而这些硬盘在逻辑上又表现为一块硬盘，所以使用RAID可以达到单个硬盘几倍，甚至几十倍的速率。

也就是说，RAID技术可以通过在多个硬盘上同时存储和读取数据的方式来大幅提高存储系统的数据吞吐量。

3．提供更高的安全性

RAID可以通过数据校验提供容错功能，在很多RAID模式中都有较为完备的冗余措施，甚至是直接相互的镜像备份，从而大大提高了RAID系统的容错性，让系统的稳定性更好、安全性更高。

1.1.3 RAID级别简介

RAID技术针对不同的应用需求而使用不同的技术类别，这些类别被称为RAID级别，每一种级别代表一种技术。目前业界公认的标准是RAID-0级、RAID-1级、RAID-2级、RAID-3级、RAID-4级、RAID-5级，这些不同的级别并不代表技术的高低，也就是说，RAID-5并不高于RAID-0，RAID-1也不低于RAID-4，至于该选择哪一种RAID级别的产品，需要根据用户的操作环境和应用需求而定，与级别的高低没有必然的关系。

在上面提到的RAID-0～RAID-5这6个级别之间，还可以互相组合出新的RAID形式，如RAID-0与RAID-1组合成为RAID-10；RAID-0与RAID-5组合成为RAID-50等。

除了RAID-0～RAID-5这6个级别以及它们之间的组合以外，目前很多服务器和存储厂商还发布了很多非标准RAID，例如，IBM公司研发的RAID-1E、RAID-5E、RAID-5EE；康柏公司研发的双循环RAID-5，因康柏公司已被惠普公司收购，所以这种RAID级别也被称为惠普双循环。

近几年很多厂商又推出一种新的RAID级别，即RAID-6，因为RAID-6也不是标准RAID，所以厂商各有各的标准，其中包括Intel公司的P＋Q双校验RAID-6、惠普公司的RAID-ADG、NetApp公司的双异或RAID-6（也称为RAID-DP），另外还有X-Code编码RAID-6、ZZS编码RAID-6、Park编码RAID-6、EVENODD编码RAID-6等。

从上面的介绍可以看出，RAID-6确实有太多的标准，但除了P＋Q双校验RAID-6以

外，其他形式的RAID-6都应该看作是“准RAID6”。

另外，有些RAID控制器厂商还支持一种叫做JBOD的结构，严格地说这种结构不能算作RAID，仅仅是把多块硬盘捆绑起来使用。

对于上文提到的各种级别的RAID形式，1.1.4节将详细讲述。

1.1.4 如何实现RAID

前文介绍了RAID的基础知识和级别，那么RAID是如何构建出来的呢？有两种方法可以实现RAID，一种是使用RAID控制器组建RAID，称为硬RAID；另外一种是直接用程序创建RAID，称为软RAID，下面分别介绍。

1．硬RAID创建方法

硬RAID需要RAID控制器才能实现，RAID控制器也称为RAID卡。在前些年RAID 卡的价格是很高昂的，并且只能支持SCSI接口的硬盘，往往只在高档服务器上才能使用。近来随着技术的发展和产品成本的不断下降，IDE硬盘和SATA硬盘的性能都有了很大提升，加之RAID芯片的普及，使得RAID技术也应用到了IDE硬盘和SATA硬盘上。

图1-1是一个4通道的IDE-RAID卡，可连接8块IDE硬盘。

图1-2是一个4通道的SATA-RAID卡，可连接4块SATA硬盘。

图1-1 4通道的IDE-RAID卡图1-2 4通道的SATA-RAID卡随着SAS硬盘的普及，其优越的性能使

SAS硬盘逐渐替代了专业的SCSI硬盘，成为服

务器的主流硬盘，图1-3是一个4通道的

SAS-RAID卡，它也可以向下兼容SATA硬盘。

有了RAID卡，把RAID卡插到计算机主板

上，再连接几块硬盘，就可以配置RAID了，下

面演示一下这个过程。

首先启动计算机并进入RAID配置界面，如

图1-4所示。

图1-3 4通道的SAS-RAID卡选择Configure下的New Configuration ，开