独立磁盘冗余阵列 (RAID) | 2套

独立磁盘冗余阵列 (RAID) 是一组多个物理磁盘驱动器，操作系统将其视为单个逻辑单元。它在缩小越来越快的处理器和慢速磁盘驱动器之间的差距方面发挥了重要作用。

RAID背后的基本原理是，几个小容量的磁盘驱动器的性能比一些大容量的磁盘驱动器更好，因为通过将数据分布在几个较小的磁盘之间，系统可以更快地访问它们的数据，从而提高I/O性能并改进了磁盘故障时的数据恢复。

典型的磁盘阵列配置由连接到控制器的小型磁盘驱动器组成，该控制器包含软件并协调将磁盘中的数据传输到连接到 I/O 子系统的大容量磁盘。
请注意，整个配置被操作系统视为单个大容量磁盘。

• 数据被分成称为strips 的段，这些段分布在阵列中的磁盘上。
• 跨磁盘的一组连续条带称为条带。
• 整个过程称为条带化。

除了引入冗余的概念有助于硬件故障时的数据恢复外，它还增加了硬件的成本。
RAID的整个系统分为从0级到6级的七个级别。这里的级别不表示层次，而是表示不同类型的配置和纠错能力。

0级：
RAID 级别 0 是唯一无法从硬件故障中恢复的级别，因为它不提供错误纠正或冗余。因此，它不能称为RAID的真正形式。然而，它确实提供了与其他设备相同的显着优势——对于操作系统来说，这组设备似乎是一个单一的逻辑单元。

如上图所示，当操作系统发出命令时，可以并行传输条带，大大提高性能。

1级 ：
RAID 级别 1 不仅使用条带化过程，而且通过提供冗余使用镜像配置，即它在磁盘镜像阵列中创建所有数据的副本集，作为硬件故障时的备份。如果一个驱动器出现故障，可以立即从磁盘镜像阵列中检索数据。这样，它就成为一个可靠的系统。

如上图所示，数据已被复制到另一个磁盘阵列中作为备份。

• 缺点包括将数据写入两次，一次在主磁盘中，然后在备份磁盘中。但是，通过与数据的主要写入并行地复制数据，可以节省处理时间。
• 另一个缺点是它需要双倍的空间，因此价格昂贵。但是，有一个备份和无后顾之忧的数据丢失的好处勾销这个缺点。

第 2 级：
RAID 级别 2 使用非常小的条带（通常大小为 1 字节）和汉明码来提供冗余（用于错误检测、纠正等任务）。
汉明码：它是一种用于在数据传输时进行错误检测和纠正的算法。它为数据添加了额外的冗余位。它能够纠正单比特错误和纠正双比特错误。

这种配置的缺点在于，由于附加阵列的数量取决于条带的大小，并且所有驱动器必须高度同步，因此实施起来配置昂贵且复杂。
其优点包括，如果驱动器发生故障，则只有一个磁盘会受到影响，并且可以快速恢复数据。

第 3 级：
RAID 级别 3 是一种仅需要一个磁盘即可实现冗余的配置。每个条带只计算一个奇偶校验位，并存储在指定的冗余磁盘中。
如果驱动器出现故障，RAID 控制器会将来自该磁盘的所有位视为 0，并记录该故障磁盘的位置。因此，如果正在读取的数据存在奇偶校验错误，则控制器知道该位应为 1 并对其进行更正。

如果数据正在写入具有故障设备的阵列，则控制器保持奇偶校验一致，以便在更换阵列时重新生成数据。更换故障磁盘后，系统恢复正常，并在新磁盘（或阵列）上重新生成其内容。

第 4 级：
RAID 级别 4 使用在级别 0 和级别 1 中使用的相同概念，但也为每个条带计算奇偶校验并将此奇偶校验存储在奇偶校验磁盘的相应条带中。
这种配置的好处是，如果一个磁盘出现故障，仍然可以从奇偶校验磁盘中恢复数据。

每次执行写入命令时都会计算奇偶校验。但是，当要在磁盘内部重写数据时，RAID 控制器必须能够更新数据和奇偶校验磁盘。因此，每当要执行写入或重写操作时，都需要访问奇偶校验磁盘。这会造成称为瓶颈的情况，这是此配置的主要缺点。

第 5 级：
RAID 级别5 是修改级别4。在级别4 中，仅指定一个磁盘用于奇偶校验存储奇偶校验。但在第 5 级，它在阵列中的磁盘之间分配奇偶校验磁盘。

此配置的优点是避免了在级别 4 中创建的瓶颈条件。
这种配置的缺点是在磁盘发生故障时重新生成数据很复杂。

第 6 级：
RAID 级别 6 提供了额外程度的错误检测和纠正。它需要 2 种不同的奇偶校验计算。
一种计算与使用的级别 4 和 5 相同，另一种计算是独立的数据检查算法。两个奇偶校验都存储在整个阵列的不同磁盘上，这对应于阵列中的数据条。

这种配置的优点是即使2个磁盘出现故障或故障，也可以恢复数据。
这种配置的缺点包括：

• 冗余增加了写入数据所需的时间，因为现在数据也将写入第二个奇偶校验磁盘。
• 在此配置中，另一个磁盘被指定为奇偶校验磁盘，这减少了阵列中数据磁盘的数量。