RAID,RAID技術規范有哪些?

RAID是“Redundant Array of Independent Disk”的縮寫，中文意思是獨立冗余磁盤陣列。冗余磁盤陣列技術誕生于1987年，由美國加州大學伯克利分校提出。簡單地解釋，就是將N臺硬盤通過RAID Controller（分Hardware，Software）結合成虛擬單臺大容量的硬盤使用。RAID的采用為存儲系統（或者服務器的內置存儲）帶來巨大利益，其中提高傳輸速率和提供容錯功能是最大的優點。另外，raid還有殺蟲劑品牌，法國特警隊伍名，游戲專有名詞等義項。 　RAID磁盤陣列（Redundant Array of Independent Disks）
　　其特色是N臺硬盤同時讀取速度加快及提供容錯性Fault Tolerant，所以RAID是當成平時主要訪問數據的存儲速度問題（Storage）不是備份問題（Backup Solution）。
　　在RAID有一基本概念稱為EDAP（Extended Data Availability and Protection），其強調擴充性及容錯機制， 也是各家廠商如：Mylex，IBM，HP，Compaq，Adaptec，Infortrend等訴求的重點，包括在不須停機情況下可處理以下動作：
　　RAID 磁盤陣列支援自動檢測故障硬盤；
　　RAID 磁盤陣列支援重建硬盤壞軌的資料；
　　RAID 磁盤陣列支援支持不須停機的硬盤備援 Hot Spare；
　　RAID 磁盤陣列支援支持不須停機的硬盤替換 Hot Swap；
　　RAID 磁盤陣列支援擴充硬盤容量等。
[編輯本段]功能
　　1、擴大了存儲能力 可由多個硬盤組成容量巨大的存儲空間。
　　2、降低了單位容量的成本 市場上最大容量的硬盤每兆容量的價格要大大高于普及型硬盤，因此采用多個普及型硬盤組成的陣列其單位價格要低得多。
　　3、提高了存儲速度 單個硬盤速度的提高均受到各個時期的技術條件限制，要更進一步往往是很困難的，而使用RAID，則可以讓多個硬盤同時分攤數據的讀或寫操作，因此整體速度有成倍地提高。
　　4、可靠性 RAID系統可以使用兩組硬盤同步完成鏡像存儲，這種安全措施對于網絡服務器來說是最重要不過的了。
　　5、容錯性 RAID控制器的一個關鍵功能就是容錯處理。容錯陣列中如有單塊硬盤出錯，不會影響到整體的繼續使用，高級RAID控制器還具有拯救功能。
　　6、對于IDE RAID來說，目前還有一個功能就是支持ATA/66/100。RAID也分為SCSI RAID和IDE RAID兩類，當然IDE RAID要廉價得多。如果主機主板不支持ATA/66/100硬盤，通過RAID卡，則能夠使用上新硬盤的ATA/66/100功能。
優點
　　RAID的采用為存儲系統（或者服務器的內置存儲）帶來巨大利益，其中提高傳輸速率和提供容錯功能是最大的優點。
　　RAID通過同時使用多個磁盤，提高了傳輸速率。RAID通過在多個磁盤上同時存儲和讀取數據來大幅提高存儲系統的數據吞吐量（Throughput）。在RAID中，可以讓很多磁盤驅動器同時傳輸數據，而這些磁盤驅動器在邏輯上又是一個磁盤驅動器，所以使用RAID可以達到單個磁盤驅動器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率。這也是RAID最初想要解決的問題。因為當時CPU的速度增長很快，而磁盤驅動器的數據傳輸速率無法大幅提高，所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾。RAID最后成功了。
　　通過數據校驗，RAID可以提供容錯功能。這是使用RAID的第二個原因，因為普通磁盤驅動器無法提供容錯功能，如果不包括寫在磁盤上的CRC（循環冗余校驗）碼的話。RAID容錯是建立在每個磁盤驅動器的硬件容錯功能之上的，所以它提供更高的安全性。在很多RAID模式中都有較為完備的相互校驗/恢復的措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提高了RAID系統的容錯度，提高了系統的穩定冗余性。
種類及應用
　　基于不同的架構,RAID 的種類又可以分為: 軟件RAID (軟件 RAID) ，硬件RAID (硬件 RAID) ，外置RAID (External RAID)
　　軟件RAID很多情況下已經包含在系統之中,并成為其中一個功能,如 Windows、Netware及Linux。軟件RAID中的所有操作皆由中央處理器負責,所以系統資源的利用率會很高,從而使系統性能降低。軟件RAID是不需要另外添加任何硬件設備,因為它是靠你的系統—主要是中央處理器的功能—提供所有現成的資源。 硬件RAID通常是一張PCI卡,你會看到在這卡上會有處理器及內存。因為這卡上的處理器已經可以提供一切RAID所需要的資源,所以不會占用系統資源,從而令系統的表現可以大大提升。
　　硬件RAID的應用之一是可以連接內置硬盤、熱插拔背板或外置存儲設備。無論連接何種硬盤,控制權都是在RAID卡上,亦即是由系統所操控。 在系統里,硬件RAID PCI卡通常都需要安驅動程序,否則系統會拒絕支持。 磁盤陣列可以在安裝系統之前或之后產生,系統會視之為一個（大型）硬盤,而它具有容錯及冗余的功能。磁盤陣列不單只可以加入一個現成的系統,它更可以支持容量擴展,方法也很簡單,只需要加入一個新的硬盤并執行一些簡單的指令,系統便可以實時利用這新加的容量。
　　外置式RAID也是屬于硬件RAID的一種,區別在于RAID卡不會安裝在系統里,而是安裝在外置的存儲設備內。而這個外置的儲存設備則會連接到系統的SCSI卡上。系統沒有任何的RAID功能, 因為它只有一張SCSI卡；所有的RAID功能將會移到這個外置存儲里。好處是外置的存儲往往可以連接更多的硬盤,不會受系統機箱的大小所影響。而一些高級的技術,如雙機容錯,是需要多個服務器外連到一個外置儲存上,以提供容錯能力.外置式RAID的應用之一是可以安裝任何的操作系統,因此是與操作系統無關的。為什么呢?因為在系統里只存在一張SCSI卡,并不是RAID卡。而對于這個系統及這張SCSI卡來說,這個外置式的RAID只是一個大型硬盤,并不是什么特別的設備,所以這個外置式的RAID可以安裝任何的操作系統。唯一的要求就是你用的這張SCSI卡在這個操作系統要安裝驅動程序。
技術術語解釋
　　硬盤鏡像（Disk Mirroring）：硬盤鏡像最簡單的形式是，一個主機控制器帶二個互為鏡像的硬盤。數據同時寫入二個硬盤，二個硬盤上的數據完全相同，因此一個硬盤故障時，另一個硬盤可提供數據。
　　硬盤數據跨盤（Disk Spanning）：利用這種技術，幾個硬盤看上去像是一個大硬盤；這個虛擬盤可以把數據跨盤存儲在不同的物理盤上，用戶不需關心哪個盤上存有他需要的數據。
　　硬盤數據分段（Disk Striping）：數據分散存儲在幾個盤上。數據的第一段放在盤0，第2段放在盤1，……直至達到硬盤鏈中的最后一個盤，然后下一個邏輯段將放在硬盤0，再下一個邏輯段放在盤1，如此循環直至完成寫操作。
　　雙控（Duplexing）：這里指的是用二個控制器來驅動一個硬盤子系統。一個控制器發生故障，另一個控制器馬上控制硬盤操作。此外，如果編寫恰當的控制器軟件，可實現不同的硬盤驅動器同時工作。
　　容錯（Fault Tolerant）：具有容錯功能的機器有抗故障的能力。例如RAID 1鏡像系統是容錯的，鏡像盤中的一個出故障，硬盤子系統仍能正常工作。
　　主機控制器（Host Adapter）：這里指的是使主機和外設進行數據交換的控制部件（如SCSI控制器）。
　　熱修復（Hot Fix）：指用一個硬盤熱備份來替換發生故障的硬盤。要注意故障盤并不是真正地被物理替換了。用作熱備份的盤被加載上故障盤原來的數據，然后系統恢復工作。
　　熱補（Hot Patch）：具有硬盤熱備份，可隨時替換故障盤的系統。
　　熱備份（Hot Spare）：與CPU系統帶電連接的硬盤，它能替換下系統中的故障盤。與冷備份的區別是，冷備份盤平時與機器不相連接，硬盤故障時才換下故障盤。
　　平均數據丟失時間（MTBDL－Mean Time Between Data Loss）：發生數據丟失的事件間的平均時間。
　　平均無故障工作時間（MTBF－Mean Time Between Failure或MTIF）：設備平均無故障運行時間。
　　廉價冗余磁盤陣列（RAID－Redundant Array of Inexpensive Drives）：一種將多個廉價硬盤組合成快速，有容錯功能的硬盤子系統的技術。
　　系統重建（Reconstruction or Rebuild）：一個硬盤發生故障后，從其它正確的硬盤數據和奇偶信息恢復故障盤數據的過程。
　　恢復時間（Reconstruction Time）：為故障盤重建數據所需要的時間。
　　單個大容量硬盤（SLED－Singe Expensive Drive）。
　　傳輸速率（Transfer Rate）：指在不同條件下存取數據的速度。
　　虛擬盤（Virtual Disk）：與虛擬存儲器類似，虛擬盤是一個概念盤，用戶不必關心他的數據寫在哪個物理盤上。虛擬盤一般跨越幾個物理盤，但用戶看到的只是一個盤。

?RAID技術主要包含RAID 0～RAID 7等數個規范，它們的側重點各不相同，常見的規范有如下幾種：

　　RAID 0：RAID 0連續以位或字節為單位分割數據，并行讀/寫于多個磁盤上，因此具有很高的數據傳輸率，但它沒有數據冗余，因此并不能算是真正的RAID結構。RAID 0只是單純地提高性能，并沒有為數據的可靠性提供保證，而且其中的一個磁盤失效將影響到所有數據。因此，RAID 0不能應用于數據安全性要求高的場合。

　　RAID 1：它是通過磁盤數據鏡像實現數據冗余，在成對的獨立磁盤上產生互 為備份的數據。當原始數據繁忙時，可直接從鏡像拷貝中讀取數據，因此RAID 1可以提高讀取性能。RAID 1是磁盤陣列中單位成本最高的，但提供了很高的數據安全性和可用性。當一個磁盤失效時，系統可以自動切換到鏡像磁盤上讀寫，而不需要重組失效的數據。

　　RAID 0+1: 也被稱為RAID 10標準，實際是將RAID 0和RAID 1標準結合的產物，在連續地以位或字節為單位分割數據并且并行讀/寫多個磁盤的同時，為每一塊磁盤作磁盤鏡像進行冗余。它的優點是同時擁有RAID 0的超凡速度和RAID 1的數據高可靠性，但是CPU占用率同樣也更高，而且磁盤的利用率比較低。

　　RAID 2：將數據條塊化地分布于不同的硬盤上，條塊單位為位或字節，并使用稱為“加重平均糾錯碼（海明碼）”的編碼技術來提供錯誤檢查及恢復。這種編碼技術需要多個磁盤存放檢查及恢復信息，使得RAID 2技術實施更復雜，因此在商業環境中很少使用。

　　RAID 3：它同RAID 2非常類似，都是將數據條塊化分布于不同的硬盤上，區別在于RAID 3使用簡單的奇偶校驗，并用單塊磁盤存放奇偶校驗信息。如果一塊磁盤失效，奇偶盤及其他數據盤可以重新產生數據；如果奇偶盤失效則不影響數據使用。RAID 3對于大量的連續數據可提供很好的傳輸率，但對于隨機數據來說，奇偶盤會成為寫操作的瓶頸。

　　RAID 4：RAID 4同樣也將數據條塊化并分布于不同的磁盤上，但條塊單位為塊或記錄。RAID 4使用一塊磁盤作為奇偶校驗盤，每次寫操作都需要訪問奇偶盤，這時奇偶校驗盤會成為寫操作的瓶頸，因此RAID 4在商業環境中也很少使用。

　　RAID 5：RAID 5不單獨指定的奇偶盤，而是在所有磁盤上交叉地存取數據及奇偶校驗信息。在RAID 5上，讀/寫指針可同時對陣列設備進行操作，提供了更高的數據流量。RAID 5更適合于小數據塊和隨機讀寫的數據。RAID 3與RAID 5相比，最主要的區別在于RAID 3每進行一次數據傳輸就需涉及到所有的陣列盤；而對于RAID 5來說，大部分數據傳輸只對一塊磁盤操作，并可進行并行操作。在RAID 5中有“寫損失”，即每一次寫操作將產生四個實際的讀/寫操作，其中兩次讀舊的數據及奇偶信息，兩次寫新的數據及奇偶信息。

　　RAID 6：與RAID 5相比，RAID 6增加了第二個獨立的奇偶校驗信息塊。兩個獨立的奇偶系統使用不同的算法，數據的可靠性非常高，即使兩塊磁盤同時失效也不會影響數據的使用。但RAID 6需要分配給奇偶校驗信息更大的磁盤空間，相對于RAID 5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RAID 6很少得到實際應用。

　　RAID 7：這是一種新的RAID標準，其自身帶有智能化實時操作系統和用于存儲管理的軟件工具，可完全獨立于主機運行，不占用主機CPU資源。RAID 7可以看作是一種存儲計算機（Storage Computer），它與其他RAID標準有明顯區別。除了以上的各種標準（如表1），我們可以如RAID 0+1那樣結合多種RAID規范來構筑所需的RAID陣列，例如RAID 5+3（RAID 53）就是一種應用較為廣泛的陣列形式。用戶一般可以通過靈活配置磁盤陣列來獲得更加符合其要求的磁盤存儲系統。