深入解析什么是磁盘阵列技术？常用的磁盘阵列有哪几种？

　　对于磁盘阵列很多不知道它是干什么的，有时候会听别人说把硬件组成一个Raid，这个Raid又是个啥？它和磁盘阵列是一回事吗?部分似懂非懂朋友可能又会问磁盘阵列常用到的是哪里几种呢？ 为了给大家讲的清楚我就从磁盘阵列的工作原理来给大家详细的了解这个磁盘阵列。
　　一、什么是 JBOD
　　假设我们有多块磁盘如果我不组建磁盘阵列的话磁盘与磁盘之间是没有任何关系的，我们把文件放进磁盘 A里那么跟磁盘 B一点关系没有，同样的把文件放进磁盘 B里它跟磁盘 A也是没有什么关系的，两块磁盘是完全独立存在的，这种传统的没有任何联系的磁盘关系用英文来讲就是 Just a bunch of disk，简称 JBOD结构（意思是说只是一堆磁盘）。这种结构有很大的弊端，我们调取磁盘 A里的数据时只是磁盘 A在工作而磁盘 B是空间的，调取磁盘 B里的数据时只是磁盘 B在工作而磁盘 A是空闲的；除非我们同时获取两块磁盘的数据，不然总有一块磁盘是空闲的，这无形当中浪费了部分磁盘性能，所以为了让多块磁盘协调工作一块运转发挥它的全部性能就有了磁盘阵列这个东西。
　　二、磁盘阵列是什么
　　磁盘阵列在电脑当中我们通常称之为 Raid，给多块磁盘组建 Raid后我们电脑内就只会看到一个 Raid的阵列盘，它的子磁盘我们是看不到的，我们就跟使用普通磁盘一样去使用这个由多块磁盘组合起来的 Raid磁盘， Raid有很多的等级，目前行业公认的 Raid等级为 0-7，不同的 Raid等级之间并没有优劣之分，它们仅仅是不同功能的阵列，只是在我们实际使用的时候需要根据不同的情况和不同的需求去灵活的决定用哪个等级的 Raid，下面给大家讲解一个不同等级的 Raid之间的区别、工作原理和优劣。
　　三、磁盘阵列有几种
　　（一） Raid0：
　　它的工作原理类似于内存的双通道，它至少要用两块磁盘，工作原理就是将一个完整的数据拆分后分别放到两块磁盘中，写入时两块磁盘同时写入，读取时两块磁盘同时读取，和内存双通道一个道理，带宽翻倍速度翻倍的效果，比之更强的地方在于我有多少块磁盘就是可以翻多少倍的性能，不像内存那样有 IMC的限制，甚至可以把南桥芯片的带宽跑到上限。但这里翻倍的速度只是连续读写的速度， Raid是无法提高随机读写性能的，因为随机读写主要考验的是硬盘的寻道和寻址能力，所以我们组建了 Raid仍然改变不了硬盘随机读写性能低下的问题。硬盘还是要花大量的时间去寻道和寻址，所以组 Raid随机读写性能的提高相对于单块磁盘来说提升的幅度是微弱的，也有可能是某一块磁盘拖了后腿导致木桶短板效应，以至于组 Raid0后反而随机读写性能居然会弱于单块磁盘的现象， Raid0是所有阵列里速度最快的同样也是最不安全的，因为我们的数据被拆分到了多块磁盘当中，比如我们组了 6块磁盘的 Raid0，数据就会被拆分成 6块分散在 6个磁盘中，万一其中一块磁盘出了故障我们只有其他 5块磁盘的数据是无法正常读取的 ,这就导致了整个数据全部报废，由此可见 Raid0的优缺点都很极端，加的磁盘越多速度就是越快，同样的磁盘越多数据就越危险。
　　（二） Raid1：
　　又被叫做镜像，他也至少需要 2块磁盘才能实现，其工作原理是把一份完整的数据复制到其它的磁盘当中，假设我们把 2块磁盘组成 Raid1，在往这个 Raid1里存放数据时 2块磁盘内部都会存入完全一模一样的数据，所以说 Raid1就是我们平时说的自动备份。当然我们也可以手动的去复制手动备份，但手动操作是需要时间的，而我们组建好了 Raid1后，就可以实现全自动实时备份了，而且组建完了 Raid1以后我们在系统里只会看见 1块磁盘的，这种阵列和 Raid0一样也是一种极端，是所有阵列当中最安全的，但是相应的空间利用率和速度是最低的。因为，如有 2块磁盘组成了 Raid1，我们在系统内只能看到 1块容量的磁盘，同样速度也是 1块磁盘的速度。
　　（三） Raid2：
　　一种利用海明码校验的一种阵列，其主要目的是在 Raid0的基础上增加了数据纠错能力，注意这里是纠错而非容灾。 Raid2其数据的第 2的 n次方为校验文件，如 1、 2、 4、 8、 16、 32位就是用来纠错的校验码，其他的位置才是原始数据。假设我们有一个四位编码的数据需要存储，那就需要 7块磁盘，其 1、 2、 4存放校验码，只有 3、 5、 6、 7是存放数据的。如果有一个八位编码的数据，需要存储那么 1、 2、 4、 8是校验码，而 3、 5、 6、 7、 9、 10、 11、 12是存储数据的。所以我们发现 Raid2当中编码数据位数越少磁盘利用率就越低。由于一次写入数据可以往多块磁盘写入所以他具有和 Raid0比较相似的并发性能，但是由于写入还需要计算校验码，读取时也需要读取校验码用于纠错，所以实际上其性能开销还是比较大的，因此使用 Raid2的人还是很少的。
　　（四） Raid3：
　　它的实现至少需要 3块磁盘，既然 Raid0不安全，只要坏其中一块磁盘所有数据全部报废，那我们就想办法让他有一定的容灾能力。假设我用 3块磁盘组了 Raid0，然后我们再增加一块磁盘做为第 4块，这里面存放着前面 3块磁盘的恢复码，当前面 3块磁盘任意一个磁盘出现故障的时候，靠着剩下 2个磁盘的数据再加上恢复码我们就可以恢复丢失磁盘的数据了，而恢复码的磁盘要是损坏了也不是会影响到前面 3个磁盘，所以说 Raid3相对于 Raid0来说容灾能力从 0块增加到了 1块，由于前面 3块磁盘和 Raid0一样，只是多了 1块校验码磁盘，和 Raid2海明码那种一下一堆纠错码不同，恢复码的性能还是消耗比较少的，所以 Raid3的性能非常接近 Raid0。
　　（五） Raid4：
　　和 Raid3很像，也是在 Raid0的基础上增加一块恢复码磁盘，假设 Raid3和 Raid4都是 3个数据盘 +1个恢复盘，这时我有一个文件它被分成了 3组，这 3组数据需要分别存储到磁盘内。 Raid3就是第一组拆分加上第一组恢复码，写入；第二组拆分以后加上第二组恢复恢复码，写入；第三组拆分以后加上第三组恢复码，写入。而 Raid4则是 1、 2、 3组直接准备好，然后把 1、 2、 3组的数据整体准备一个恢复码，再把三组数据和整体的恢复码写入进去。他们的区别是 Raid3是将一个数据块拆分分别存储，校验码也是针对拆分的这一部分去进行计算的；而 Raid4是直接按区块去进行存储，校验码是针对几个块一块进行计算，其容灾能力也是一块磁盘。
　　（六） Raid5：
　　因为 Raid4也有自己的问题， 3块磁盘对应 1块恢复盘，如果我增加到了 5块磁盘他还只是一块恢复盘，再增加到 10块他也是一块恢复盘，无论多少块磁盘他都只有一块恢复盘。当我们有很多数据磁盘但只有一块恢复盘的话这个恢复盘的性能可能会制约整个阵列的性能，恢复盘的恢复数据块没有写完下次写入是无法进行的，所以我们把原本要存入恢复盘恢复码直接拆分开，每块磁盘中都分别存储一部分恢复码，这样恢复码的写入操作就会被拆分由 4块磁盘共同完成。假设磁盘 3故障无法读取，数据 B是完整数据的， B1、 B2、 B3都在，不需要恢复， A1+A2+Ap可以恢复 A3， C1+C3+Cp可以恢复 C2， D1+D3+Dp可以恢复 D2。所以 Raid5一方面可以做到 Raid0相似的性能，还增加了一块磁盘的容灾能力，更解决了 Raid4恢复码磁盘的瓶颈，就目前来讲民用层面 Raid5是使用最多的一种磁盘阵列，常见于各种私有 NAS服务器里。
　　（七） Raid6：
　　Raid3、 Radi4、 Radi5都只能容灾一块磁盘的故障还是不安全，万一运气有点背同时坏掉了两块磁盘，为了解决这个问题于是有了 Raid6。 Raid6的恢复码相对于 Raid5从 1组变成了 2组，这个时候如果坏了两块磁盘我们的数据还是依旧能找回的，这就让 Raid6有了 2块磁盘的容灾能力。
　　（八） Raid7：
　　是一种全新的 Raid，它比其他几种 Raid更为先进，它自身带有智能化的实时操作系统和存储管理的软件工具，可以独立于主机运行而不占用系统资源。理论上讲 Raid7是性能最高也最安全的 Raid架构，它的组建方式就跟 Raid0-Raid6极大不同， Raid7对所有的磁盘读取写入均是同步进行的，可以分别控制每块磁盘从而提高了系统的并行性，系统访问数据的速度更快。因为每个磁盘都带有一个高速缓冲存储器，如果系统一旦断电，这个缓冲存储器里的数据会他问丢失，所以必须配备 UPS一起工作，因为价格昂贵所以使用 Raid7的并不多。
　　（九） Raid10：
　　基本上我们能接触到的大部分基础的 Raid就这些， Raid除了基础的单个存在之外还可以嵌套存在。比如我们先用两个磁盘组成 Raid1，用另外两个磁盘再组一个 Raid1，最后把这两个 Raid1组成一个 Raid0，这个就是 Raid10。
　　（十） Raid50：
　　我们还可以用 9块磁盘，每 3块磁盘组成一个 Raid5，然后再把这三个 Raid5组成一个 Raid0，这个就是 Raid50。
　　四、总结
　　单纯从使用率来讲 Raid0 、 Raid1 、 Raid5 、 Raid6 、 Raid10 、 Raid50 用的比较多，剩下几种用的较少。但是并不是说用的少就是不好，无论用哪种 Raid ，如何去做嵌套组合，不同的 Raid 之间各有优劣，没必要非要争论出谁好谁坏，大家如果需要组建磁盘阵列的话，要灵活的根据自己的需求的实际情况下兼顾安全性与速度在实现性能提升的同时，不要因为容灾能力的低下导致数据丢失就可以了。