前言

• RAID是英文Redundant Array of Independent Disks的縮寫，中文簡稱為獨立冗餘磁碟陣列。簡單的說，RAID是一種把多塊獨立的硬碟（物理硬碟）按不同的方式組合起來形成一個硬碟組（邏輯硬碟），從而提供比單個硬碟更高的儲存效能和提供資料備份技術。
• 組成磁碟陣列的不同方式稱為RAID級別（RAID Levels）。在使用者看起來，組成的磁碟組就像是一個硬碟，使用者可以對它進行分割槽，格式化等等。總之，對磁碟陣列的操作與單個硬碟一模一樣。不同的是，磁碟陣列的儲存速度要比單個硬碟高很多，而且可以提供自動資料備份。資料備份的功能是在使用者資料一旦發生損壞後，利用備份資訊可以使損壞資料得以恢復，從而保障了使用者資料的安全性。

一：RAID磁碟陣列詳解

• RAID分為不同的等級，不同等級的RAID均在資料可靠性及讀寫效能上做了不同的權衡。

• 常用的RAID級別有以下幾種：

  RAID 0

  RAID 1

  RAID 5

  RAID 6

  RAID 1+0

1.1：RAID 0磁碟陣列介紹

• RAID 0稱為條帶化儲存（Striping）（相當於Windows中是帶區卷）
• RAID 0以連續位或位元組為單位進行資料分割，將資料分段儲存於各個硬碟中並進行讀/寫資料，因此有很高的資料傳輸率，但它沒有資料冗餘，因此不能算真正的RAID結構
• RAID 0有很高的資料傳輸率，可達到單個硬碟的N倍（N為組成RAID 0硬碟的個數）
• RAID 0指示單純的提高效能，並沒有為資料的可靠性提供保證，而且其中的一個磁碟失效將影響到所有資料
• RAID 0不能應用於資料安全性要求高的場合

1.2：RAID 1磁碟陣列介紹

• RAID 1稱為映象儲存（mirroring）（相當於Windows中的映象卷）
• 通過磁碟資料映象實現資料冗餘，在成對的獨立磁碟上產生互為備份的資料
• 當原始資料繁忙時，可直接從映象拷貝中讀取資料，因此RAID 1 可以提高讀取效能
• 因為資料被同等的寫入成對的磁碟中，所以寫效能比較慢，主要受限於最慢的那塊磁碟
• RAID 1時磁碟陣列中單位成本最高的，但是提供了很高的資料安全性和可用性。當一個磁碟失效時，系統可以自動切換到映象磁碟上讀寫，而不需要重組失效的資料
• RAID 1是磁碟利用率最低的一個，如果N(偶數)塊硬碟組合成一組映象，只能利用其中N/2的容量

1.3：RAID 5磁碟陣列介紹

• RAID 5是一種儲存效能，資料安全與儲存成本兼顧的儲存解決方案，可以理解為是RAID 0和 RAID 1 的這種方案
• N(N>=3)塊盤組成陣列，一份資料產生N-1個條帶，同時還有一份校驗資料，共N份資料在N塊盤上迴圈均衡儲存
• N塊盤同時讀寫，讀效能很高，但由於有校驗機制的問題，寫效能相對不高
• 磁碟利用率為（N-1)/N容量，相當於一塊磁碟的容量空間用於儲存奇偶校驗資訊
• 可靠性高，允許壞1塊盤，不影響所有資料

1.4：RAID 6磁碟陣列介紹

• RAID 6採用雙重校驗技術，在RAID 5的技術上增加了第二個獨立的奇偶校驗資訊塊，兩個獨立的奇偶系統使用不同的演算法，即使兩塊磁碟同時失效也不會影響資料的使用，進一步加強了對資料的保護。
• N（N>=4)塊盤組成陣列，（N-2)/N容量 （相當於2塊磁碟的容量空間用於儲存奇偶校驗資訊）
• RAID 6需要分配給奇偶校驗資訊更大的磁碟空間，相對於RAID 5有更大的“寫損失”，因此寫效能較差

1.5：RAID容錯對比表

-RAID 1 , RAID 5, RAID 6都具有容錯性，我們做個對比

• 相對於其他幾種RAID來說，當N>2時，RAID 6的磁碟利用率得到了提高。又因為允許同時兩塊儲存裝置故障，顯然提供了更好的可用性

1.6：RAID 1+0磁碟陣列介紹

• RAID 1+0是RAID 1和RAID 0的結合，先做映象，再做條帶
• 兼顧了RAID 1的容錯能力與RAID 0的條帶化讀寫資料的優點，效能好，可靠性高。屬於混合型RAID
• N(偶數，N>=4)塊盤兩兩映象後，在組合成一個RAID 0，最多允許所有磁碟基組中的磁碟各損壞一個，但是不允許同一基組中的磁碟同時有壞的。
• 磁碟的利用率為N/2,
  N/2塊盤同時寫入資料，N快盤同時讀取資料
• 類似的混合RAID還有RAID 0+1，二者在讀寫效能上差別不大，但是在安全性上 RAID 1+0 要好於 RAID 0+1

二：陣列卡介紹

2.1：陣列卡介紹

• 陣列卡全稱為磁碟陣列卡，是用來實現RAID 功能的板卡
• RAID卡一般分為硬RAID卡和軟RAID卡兩種
• 通過硬體來實現RAID功能的就是硬RAID，通常是喲I/O處理器，硬碟控制器，硬碟聯結器和快取等一些列元件構成
• 通過軟體並使用CPU的RAID卡我們成為軟RAID，因為軟RAID佔用CUP資源比較高，所以絕大部分的伺服器裝置都使用的硬RAID
• 不同的RAID卡支援的RAID功能不同，例如支援RAID 0，RAID 1，RAID 5，RAID1+0等
• RAID卡的第一個重要功能就是他可以達到單個磁碟驅動器的幾倍，幾十倍甚至上百倍的速率，這也是RAID最初想要解決的問題
• RAID卡的第二個重要功能就是提供容錯能力，現在伺服器基本上整合了RAID卡

2.2：RAID卡的介面型別

• RAID卡的介面指的是支援的介面，目前有IDE 介面，SCSI介面，SATA介面和SAS介面

1. IDE介面

• IDE的英文全稱為“Integrated Drive Electronics”，即“電子整合驅動器”，屬於並行介面。
• 它是把“硬碟控制器”與“盤體”整合在一起的硬碟驅動器，這樣使得硬碟介面的電纜數目與長度有所減少，從而資料傳輸的可靠性得到增強
• IDE介面價格低廉，相容性強
• 在實際的應用中，這種型別的介面隨著介面技術的不斷髮展已經很少用了，逐漸被後續發展分支出更多型別的硬碟介面所取代。

2. SCSI介面

• SCSI 的英文全稱為“Small Computer System Interface”（小型計算機系統介面），是和IDE完全不同的介面，IDE介面是普通PC的標準介面，而SCSI是一種通用的介面標準，具備與不同型別外部裝置進行通訊的能力，是一種廣泛應用於小型機上的高速資料傳輸技術
• SCSI是個多工介面，設有母線仲裁功能，掛在一個SCSI母線上的多個外部裝置可以同時工作，並平等佔有匯流排
• SCSI介面可以同步或非同步傳輸資料，同步傳輸資料可以達到10M/s，非同步傳輸速率可以達到1.5M/s
• SCSI介面的CPU佔用率低，支援熱插熱拔，但價格較高，因此SCSI硬碟主要用於中，高階工作站中

3. SATA介面

• SATA是“Serial ATA”的縮寫，主要用在主機板和大量儲存裝置之間傳輸資料。擁有這種介面的硬碟又叫串列埠硬碟，以採用序列方式傳輸資料

• SATA匯流排使用了嵌入式時鐘訊號，使得其具備更強的糾錯能力。如果發現資料傳輸中的錯誤會自動進行矯正，很大程度上提高了資料傳輸的可靠性，也是一種支援熱拔熱插的介面

4. SAS介面

• SAS的英文全稱為“Serial Attached SCSI”是新一代的SCSI技術，稱為序列式SCSI
• SAS可以看做是SATA與SCSI的結合體，是同時發揮兩者的優勢產生的，主要用在周邊零件的資料傳輸上
• 和SATA硬碟相同，都是採用序列技術以獲得更高的傳輸速度
• SAS的介面技術可以向下相容SATA裝置

2.3：陣列卡的快取

• 快取（Cache）是RAID卡與外部匯流排交換資料的場所，是RAID卡電路板上的一塊儲存晶片，與硬碟碟片相比，具有極快的存取速度。RAID卡現將資料傳送到快取，再經由快取和外邊資料匯流排交換資料
• 快取的大小與速度是直接關係到RAID卡的實際傳輸速度的重要因素，大快取能夠大幅度的提高資料命中率從而提高RAID卡整體效能
• 不同的RAID卡出廠時配備的記憶體容量不同，一般為幾兆到數百兆容量不等，主要取決於磁碟陣列產品所應用的範圍