独立硬盘冗余阵列RAID的学习笔记和心得
基本介绍
独立硬盘冗余阵列（RAID, Redundant Array of Independent Disks），旧称廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks），简称磁盘阵列。利用虚拟化存储技术把多个硬盘组合起来，成为一个或多个硬盘阵列组，目的为提升性能或减少冗余，或是两者同时提升。
在运作中，取决于 RAID 层级不同，资料会以多种模式分散于各个硬盘，RAID 层级的命名会以 RAID 开头并带数字，例如：RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 7、RAID 01、RAID 10、RAID 50、RAID 60。每种等级都有其理论上的优缺点，不同的等级在两个目标间获取平衡，分别是增加资料可靠性以及增加存储器（群）读写性能。
| RAID | 最少硬盘 | 最大容错 | 可用容量 | 读取性能 | 写入性能 | 安全性 | 目的 | 应用 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| UNRAID | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 无 | 到处都有 | |
| JBOD | 1 | 0 | n | 1 | 1 | 无 | 单纯增加容量 | 个人 |
| 0 | 2 | 0 | n | n | n | 一个硬盘寄了就全寄了 | 追求快 | 缓存 |
| 1 | 2 | n-1 | 1 | n | 1 | 高，一块硬盘正常即可 | 追求稳 | 个人、企业备份 |
| 5 | 3 | 1 | n-1 | n-1 | n-1 | 低，不能坏超过一块 | 追求快稳便宜 | 个人、小型企业备份 |
| 6 | 4 | 2 | n-2 | n-2 | n-2 | 比RAID5高，不能坏超过两块 | 追求快加更稳 | 个人、企业备份 |
| 10 | 4 | 又稳又快 | 大型数据库、服务器 | |||||
| 50 | 6 | 又稳又快但起步价小贵 | ||||||
| 60 | 8 | 又稳又快但起步价贵 |
- n 代表硬盘总数
- JBOD（Just a Bunch Of Disk) 指将数个物理硬盘，在操作系统中合并成一个逻辑硬盘，直接增加容量
- 10、50、60、依照组成公式不同，容量和性能也不同
RAID 0
RAID 0 亦称为带区集。它将两个以上的磁盘并联起来，成为一个大容量的磁盘。在存放数据时，分段后分散存储在这些磁盘中，因为读写时都可以并行处理，所以在所有的级别中，RAID 0 的速度是最快的。但是 RAID 0 既没有冗余功能，也不具备容错能力，如果一个磁盘（物理）损坏，所有数据都会丢失，危险程度与JBOD相当。
RAID 1
两组以上的 N 个磁盘相互作镜像，在一些多线程操作系统中能有很好的读取速度，理论上读取速度等于硬盘数量的倍数，与 RAID 0 相同。另外写入速度有微小的降低。只要一个磁盘正常即可维持运作，可靠性最高。其原理为在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘（物理）损坏时，镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因为有镜像硬盘做数据备份，所以 RAID 1 的数据安全性在所有的 RAID 级别上来说是最好的。但无论用多少磁盘做 RAID 1，仅算一个磁盘的容量，是所有 RAID 中磁盘利用率最低的一个级别。
如果用两个不同大小的磁盘建 RAID 1，可用空间为较小的那个磁盘，较大的磁盘多出来的空间也可以分割成一个区来使用，不会造成浪费。
RAID 1 没有校验机制。如果用两个磁盘组成 RAID 1 阵列，如果两个硬盘上的数据不知怎么的变得不一致，RAID 1 不知道应该相信哪一个硬盘，这就是大脑分裂的情况。事实上，RAID 1 的磁盘数量越多，越有可能其中某个磁盘的数据变得不一致（但仍然工作），RAID 1 只会从第一个工作的硬盘里提供数据，没有办法检测到底哪个硬盘的数据不对。
RAID1：发生 bit 反转才会寄，一般机械硬盘平均每读写 10^15 个比特才有可能反转一个 bit，否则只要有一块硬盘正常，就可以恢复数据
RAID 5
RAID Level 5 是一种储存性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。它使用的是 Disk Striping（硬盘分割）技术。
RAID 5 至少需要三个硬盘，RAID 5 不是对存储的数据进行备份，而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成 RAID 5 的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。当 RAID 5 的一个磁盘数据发生损坏后，可以利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。RAID 5 可以理解为是 RAID 0 和 RAID 1 的折衷方案。RAID 5 可以为系统提供数据安全保障，但保障程度要比镜像低而磁盘空间利用率要比镜像高。RAID 5 具有和 RAID 0 相近似的数据读取速度，只是因为多了一个奇偶校验信息，
写入数据的速度相对单独写入一块硬盘的速度略慢，若使用“回写缓存”可以让性能改善不少。同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息，RAID 5 的磁盘空间利用率要比 RAID 1 高，存储成本相对较便宜。
RAID 6
与 RAID 5 相比，RAID 6 增加第二个独立的奇偶校验信息块。两个独立的奇偶系统使用不同的算法，数据的可靠性非常高，任意两块磁盘同时失效时不会影响数据完整性。RAID 6 需要分配给奇偶校验信息更大的磁盘空间和额外的校验计算，相对于 RAID 5 有更大的 IO 操作量和计算量，其“写性能”强烈取决于具体的实现方案，因此 RAID 6 通常不会通过软件方式来实现，而更可能通过硬件方式实现。
同一数组中最多容许两个磁盘损坏。更换新磁盘后，资料将会重新算出并写入新的磁盘中。
依照设计理论，RAID 6 必须具备四个以上的磁盘才能生效。可使用的容量为硬盘总数减去 2 的差，乘以最小容量，公式为：
同理，数据保护区域容量则为最小容量乘以 2。
RAID 6 在硬件磁盘阵列卡的功能中，也是最常见的磁盘阵列等级。
实现
Storage Networking Industry Association (SNIA) 对于 RAID 6 的定义是：”在任意两块磁盘同时失效的情况下，仍然能够对RAID中的所有虚拟磁盘执行读写操作的RAID实现。迄今已经有：奇偶 和 里德-所罗门 双校验、正交双奇偶校验和对角奇偶校验等若干方法用于实现 RAID 6。”
为了达到容忍任意两块磁盘失效的目的，需要计算两种不同的综合解码。其中之一是 P，可以像 RAID 5 那样经过简单的异或计算获得，而另一个不同的综合编码则比较复杂，需要利用[域论]来解决。
反正就非常复杂
软件方式实现的 RAID 6 对于系统性能会有明显的影响，而硬件方案则相对复杂。
RAID 10/01
RAID 10 是先分割资料再镜像，再将所有硬盘分为两组，视为以 RAID 1 作为最低组合，然后将每组 RAID 1 视为一个“硬盘”组合为 RAID 0 运作。
RAID 01 则是跟 RAID 10 的程序相反，是先镜像再将资料到分割两组硬盘。它将所有的硬盘分为两组，每组各自构成为 RAID 0 作为最低组合，而将两组硬盘组合为 RAID 1 运作。
当 RAID 10 有一个硬盘受损，其余硬盘会继续运作。RAID 01 只要有一个硬盘受损，同组 RAID 0 的所有硬盘都会停止运作，只剩下其他组的硬盘运作，可靠性较低。如果以六个硬盘建 RAID 01，镜像再用三个建 RAID 0，那么坏一个硬盘便会有三个硬盘离线。因此，RAID 10 远较 RAID 01 常用，零售主板绝大部分支持RAID 0/1/5/10，但不支持 RAID 01。
RAID 50
RAID 5 与 RAID 0 的组合，先作 RAID 5，再作 RAID 0，也就是对多组 RAID 5 彼此构成 Stripe 访问。由于 RAID 50 是以 RAID 5 为基础，而 RAID 5 至少需要 3 颗硬盘，因此要以多组 RAID 5 构成 RAID 50，至少需要 6 颗硬盘。以 RAID 50 最小的 6 颗硬盘配置为例，先把 6 颗硬盘分为 2 组，每组 3 颗构成 RAID 5，如此就得到两组 RAID 5，然后再把两组 RAID 5 构成 RAID 0。
RAID 50 在底层的任一组或多组 RAID 5 中出现 1 颗硬盘损坏时，仍能维持运作，不过如果任一组 RAID 5 中出现 2 颗或 2 颗以上硬盘损毁，整组 RAID 50 就会失效。
RAID 50 由于在上层把多组 RAID 5 构成 Stripe，性能比起单纯的 RAID 5 高，容量利用率比 RAID5 要低。比如同样使用 9 颗硬盘，由各 3 颗 RAID 5 再组成 RAID 0 的 RAID 50，每组 RAID 5 浪费一颗硬盘，利用率为 (1-3/9)，RAID 5 则为 (1-1/9)。
RAID 60
RAID 6 与 RAID 0 的组合：先作 RAID 6，再作 RAID 0。换句话说，就是对两组以上的 RAID 6 作 Stripe 访问。RAID 6 至少需具备 4 颗硬盘，所以 RAID 60 的最小需求是 8 颗硬盘。
由于底层是以 RAID 6 组成，所以 RAID 60 可以容许任一组 RAID 6 中损毁最多 2 颗硬盘，而系统仍能维持运作；不过只要底层任一组 RAID 6 中损毁 3 颗硬盘，整组 RAID 60 就会失效，当然这种情况的概率相当低。
比起单纯的 RAID 6，RAID 60 的上层透过结合多组 RAID 6 构成 Stripe 访问，因此性能较高。不过使用门槛高，而且容量利用率低是较大的问题。
由八块相同硬盘组成 RAID 60 的话，每组 RAID6 使用两块硬盘来存奇偶校验信息，硬盘利用率是 50%