RAID
1、什么是RAID
RAID：Redundant Arrays of Inexpensive（Independent） Disks
1988年由加利福尼亚大学伯克利分校（University of California-Berkeley） “A Case for Redundant
Arrays of Inexpensive Disks”,多个磁盘合成一个“阵列”来提供更好的性能、冗余，或者两者都提供
RAID功能实现：
提高IO能力,磁盘并行读写
提高耐用性,磁盘冗余算法来实现
RAID实现的方式
外接式磁盘阵列：通过扩展卡提供适配能力
内接式RAID：主板集成RAID控制器，安装OS前在BIOS里配置
软件RAID：通过OS实现
RAID级别
所谓raid等级，就是把多块硬盘组织一起，工作方式有所不同
RAID-0：条带卷，strip
RAID-1：镜像卷，mirror
RAID-2
…
RAID-5
RAID-6
RAID-10
RAID-01
RAID级别
RAID组织好后，都是以CHUNK为读写单位
RAID-0
RAID0 是一种简单的、无数据校验的数据条带化技术。实际上不是一种真正的 RAID ，因为它并不提供任何形式的冗余策略。 RAID0 将所在磁盘条带化后组成大容量的存储空间（如下图 所示），将数据分散存储在所有磁盘中，以独立访问方式实现多块磁盘的并读访问。由于可以并发执行 I/O 操作，总线带宽得到充分利用。再加上不需要进行数据校验，RAID0 的性能在所有 RAID 等级中是最高的。理论上讲，一个由 n 块磁盘组成的 RAID0 ，它的读写性能是单个磁盘性能的 n 倍，但由于总线带宽等多种因素的限制，实际的性能提升低于理论值。
总结：读、写性能提升
可用空间：N*min(S1,S2,…)
无容错能力
最少磁盘数：2, 2+
RAID-1
RAID1 称为镜像，它将数据完全一致地分别写到工作磁盘和镜像 磁盘，它的磁盘空间利用率为 50% 。 RAID1 在数据写入时，响应时间会有所影响，但是读数据的时候没有影响。 RAID1 提供了最佳的数据保护，一旦工作磁盘发生故障，系统自动从镜像磁盘读取数据，不会影响用户工作。工作原理如下图所示。
RAID1 与 RAID0 刚好相反，是为了增强数据安全性使两块 磁盘数据呈现完全镜像，从而达到安全性好、技术简单、管理方便。 RAID1 拥有完全容错的能力，但实现成本高。 RAID1 应用于对顺序读写性能要求高以及对数据保护极为重视的应用，如对邮件系统的数据保护。
总结：读性能提升、写性能略有下降
可用空间：1*min(S1,S2,…)
有冗余能力
最少磁盘数：2, 2N
RAID-4
RAID4 与 RAID3 的原理大致相同，区别在于条带化的方式不同。 RAID4 按照 块的方式来组织数据，写操作只涉及当前数据盘和校验盘两个盘，多个 I/O 请求可以同时得到处理，提高了系统性能。 RAID4 按块存储可以保证单块的完整性，可以避免受到其他磁盘上同条带产生的不利影响。
RAID4 在不同磁盘上的同级数据块同样使用 XOR 校验，结果存储在校验盘中。写入数据时， RAID4 按这种方式把各磁盘上的同级数据的校验值写入校验 盘，读取时进行即时校验。因此，当某块磁盘的数据块损坏， RAID4 可以通过校验值以及其他磁盘上的同级数据块进行数据重建。
RAID4 提供了 非常好的读性能，但单一的校验盘往往成为系统性能的瓶颈。对于写操作， RAID4 只能一个磁盘一个磁盘地写，并且还要写入校验数据，因此写性能比较差。而且随着成员磁盘数量的增加，校验盘的系统瓶颈将更加突出。正是如上这些限制和不足， RAID4 在实际应用中很少见，主流存储产品也很少使用 RAID4 保护。
总结：多块数据盘异或运算值存于专用校验盘
磁盘利用率 (N-1)/N
有冗余能力
至少3块硬盘才可以实现
RAID-5
RAID5 应该是目前最常见的 RAID 等级，它的原理与 RAID4 相似，区别在于校验数据分布在阵列中的所有磁盘上，而没有采用专门的校验磁盘。对于数据和校验数据，它们的写操作可以同时发生在完全不同的磁盘上。因此， RAID5 不存在 RAID4 中的并发写操作时的校验盘性能瓶颈问题。另外， RAID5 还具备很好的扩展性。当阵列磁盘 数量增加时，并行操作量的能力也随之增长，可比 RAID4 支持更多的磁盘，从而拥有更高的容量以及更高的性能。
RAID5 的磁盘上同时存储数据和校验数据，数据块和对应的校验信息存保存在不同的磁盘上，当一个数据盘损坏时，系统可以根据同一条带的其他数据块和对应的校验数据来重建损坏的数据。与其他 RAID 等级一样，重建数据时， RAID5 的性能会受到较大的影响。
RAID5 兼顾存储性能、数据安全和存储成本等各方面因素，它可以理解为 RAID0 和 RAID1 的折中方案，是目前综合性能最佳的数据保护解决方案。 RAID5 基本上可以满足大部分的存储应用需求，数据中心大多采用它作为应用数据的保护方案。
总结：读、写性能提升
可用空间：(N-1)*min(S1,S2,…)
有容错能力：允许最多1块磁盘损坏
最少磁盘数：3, 3+
RAID-6
前面所述的各个 RAID 等级都只能保护因单个磁盘失效而造成的数据丢失。如果两个磁盘同时发生故障，数据将无法恢复。 RAID6 引入双重校验的概念，它可以保护阵列中同时出现两个磁盘失效时，阵列仍能够继续工作，不会发生数据丢失。 RAID6 等级是在 RAID5 的基础上为了进一步增强数据保护而设计的一种 RAID 方式，它可以看作是一种扩展的 RAID5 等级。
RAID6 不仅要支持数据的恢复，还要支持校验数据的恢复，因此实现代价很高，控制器的设计也比其他等级更复杂、更昂贵。 RAID6 思想最常见的实现方式是采用两个独立的校验算法，假设称为 P 和 Q ，校验数据可以分别存储在两个不同的校验盘上，或者分散存储在所有成员磁盘中。当两个磁盘同时失效时，即可通过求解两元方程来重建两个磁盘上的数据。
RAID6 具有快速的读取性能、更高的容错能力。但是，它的成本要高于 RAID5 许多，写性能也较差，并有设计和实施非常复杂。因此， RAID6 很少得到实际应用，主要用于对数据安全等级要求非常高的场合。它一般是替代 RAID10 方案的经济性选择。
总结：读、写性能提升
可用空间：(N-2)*min(S1,S2,…)
有容错能力：允许最多2块磁盘损坏
最少磁盘数：4, 4+
RAID组合等级
RAID0-1 RAID1-0 RAID-50
一些文献把这两种 RAID 等级看作是等同的，本文认为是不同的。 RAID01 是先做条带化再作镜像，本质是对物理磁盘实现镜像；而 RAID10 是先做镜像再作条带化，是对虚拟磁盘实现镜像。相同的配置下，通常 RAID01 比 RAID10 具有更好的容错能力。
RAID01 兼备了 RAID0 和 RAID1 的优点，它先用两块磁盘建立镜像，然后再在镜像内部做条带化。 RAID01 的数据将同时写入到两个磁盘阵列中，如果其中一个阵列损坏，仍可继续工作，保证数据安全性的同时又提高了性能。 RAID01 和 RAID10 内部都含有 RAID1 模式，因此整体磁盘利用率均仅为 50% 。
RAID1-0 总结 读、写性能提升
可用空间：N*min(S1,S2,…)/2
有容错能力：每组镜像最多只能坏一块
最少磁盘数：4, 4+
RAID0-1可以自己琢磨一下
RAID-50
软RAID的实现
mdadm工具：为软RAID提供管理界面，为空余磁盘添加冗余，结合内核中的md(multi devices)
RAID设备可命名为/dev/md0、/dev/md1、/dev/md2、/dev/md3等
mdadm：模式化的工具,支持的RAID级别：LINEAR, RAID0, RAID1, RAID4, RAID5, RAID6, RAID10
命令的语法格式：
模式：
创建：-C
装配：-A
监控：-F
管理：-f, -r, -a
: /dev/md#
: 任意块设备
-C: 创建模式
-n #: 使用#个块设备来创建此RAID
-l #：指明要创建的RAID的级别
-a {yes|no}：自动创建目标RAID设备的设备文件
-c CHUNK_SIZE: 指明块大小,单位k
-x #: 指明空闲盘的个数
-D：显示raid的详细信息
mdadm -D /dev/md#
管理模式：
-f: 标记指定磁盘为损坏
-a: 添加磁盘
-r: 移除磁盘
观察md的状态： cat /proc/mdstat
范例：
生成配置文件：
停止设备：
mdadm [mode] [options]
#使用mdadm创建并定义RAID设备
mdadm -C /dev/md0 -a yes -l 5 -n 3 -x 1 /dev/sd{b,c,d,e}1
#用文件系统对每个RAID设备进行格式化
mkfs.xfs /dev/md0
#使用mdadm检查RAID设备的状况
mdadm --detail|D /dev/md0
#增加新的成员
mdadm –G /dev/md0 –n4 -a /dev/sdf1
#模拟磁盘故障
mdadm /dev/md0 -f /dev/sda1
#移除磁盘
mdadm /dev/md0 –r /dev/sda1
#在备用驱动器上重建分区
mdadm /dev/md0 -a /dev/sda1
#系统日志信息
cat /proc/mdstat
生成配置文件：
mdadm –D –s >> /etc/mdadm.conf
停止设备：
mdadm –S /dev/md0
激活设备：
mdadm –A –s /dev/md0
强制启动：
mdadm –R /dev/md0
删除raid信息：
mdadm --zero-superblock /dev/sdb1
