RAID的概念    

当我们电脑有多块硬盘，每块硬盘都存储着不同的文件·，当一块硬盘损坏时，这块硬盘中的文件就彻底没了，那我们把这几块硬盘相互关联，数据相互备份，这样就算有硬盘损坏了，数据也不会丢失，这样的技术我们把他叫做RAID（ Redundant Array of Independent Disks）独立冗余磁盘阵列

RAID：独立冗余磁盘阵列，简称磁盘阵列。RAID是按照一定形式和方案组织起来的存储设备，它比单个存储设备在速度，稳定性和存储能力上都有很大提高，并且具备一定的数据安全保护能力。

RAID的主要实现方式

分为硬件RAID方式和软件RAID方式

硬件RAID：利用集成了处理器的硬件RAID适配卡来对RAID任务进行处理，无须占用主机CPU资源。 

软件RAID：通过软件技术实现，需要操作系统支持，一般不能对系统磁盘实现RAID功能。
耗费cpu

RAID的数据组织方式

分块：将一个分区分成多个大小相等的，地址相邻的块，这些块称为分块。它是组成条带的元素
条带：同一磁盘阵列中的多个磁盘驱动器上的相同“位置”的分块。

我们把磁盘扇区，几个扇区组成了一个块，这些磁盘组成RAID的时候，他们的参数要一致（同一厂商），每个磁盘有一块数据，然后把他相等的地方组成了条带，我们读写的时候是按条带来看的，我们RO读写类别时类比的就是条带，我们不管RO存储量什么都跟条带有关，这个条带的深度决定了这个条带最大能存储多少数据，这就叫条带深度。比如说D0，D1，D2，都存储了4K，他的条带深度就是12k（RAID0的情况下），存储数据的量就是条带的深度。我们的读写都是基于条带的，那条带就可以理解为在整个RAID阵列中理解为一个扇区。

RAID校验方式

 我们RAID是如何保持冗余的，通过异或算法来保持冗余。典型案例RAID3，RAID3里面最少三块盘，两块存数据，一块存校验。通过XOR异或算法来实现校验。相同为假，异或为真。比如说我们驱动器1挂掉了，异或算法可逆，通过校验盘和另一块盘来算出另一块盘的数据，不管这个盘有多少都可以推导，但是只有一块校验数据的话只能推导出一块盘的数据，也就是最多只能损坏一块盘，这是RAID3。RAID的冗余校验都是使用了异或算法

RAID数据保护机制--热备和重构

  比方说一块盘挂掉以后，前面说过可以通过校验盘来推导，这很麻烦，我们还有一个热备机制，让热备盘来顶替挂掉的位置，通过校验重构出挂掉盘的数据。

  热备盘里面是没有数据的，我们通过校验盘来推道出的数据这个过程叫做重构。重构的前提是要有热备盘。这样就不用每次读写都要通过校验来推道，用热备盘就行。来提高RO的存储量

RAID的几种状态

  那RAID到底是如何工作的呢，我们创建一个RAID组，成功创建后RAID组正常工作，然后某一块盘掉线故障以后，RAID组降级，然后我们热备盘或者人工更换硬盘，RAID组重建，之后正常工作。如果我们RAID降级运行工作，降级到一定程度的时候，我们不同的RAID有不同的冗余，如果在坏一块盘，可能RAID组就失效了，里面的数据就全部丢失。丢几块盘失效要看RAID的等级

常用RAID级别与分类标准

RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘，提高了硬盘的的读写性能和数据安全性，根据不同的组合方式可以分为不同的RAID等级

RAID等级	描述
RAID0	数据条带化，无校验
RAID1	数据镜像，无校验
RAID3	数据条带化读写，校验心系存放于专用硬盘
RAID5	数据条带化，校验信息信息分布式存放
RAID6	数据条带化，分布式校验并提供两级冗余
RAID10	类似于RAID0+1 ,区别在于先做RAID 1，后做RAID0
RAID50	先做RAID5，后做RAID0，能有效提高RAID5的性能

RAID 0实现方式

    我们RAID是冗余阵列，但是RAID0没有冗余，如果一块盘坏掉，那整个RAID0就丢失，他的容量是几块RAID组成员的叠加，比如说驱动器1有50g数据，驱动器2有50g，那RAID0就能读写100g数据，他的容量是叠加。虽然数据是按条带化处理，但是没有冗余，没有校验。只是容量和IO读写的提升。在可靠性和安全性上没有提升。

RAID 0对比单盘IO

  并发IO就是同时有多个IO要写入，多个数据同时写入，叫做并发IO。顺序IO是按1234顺序读写。随机IO是，比如说我们有4个IO读写（1，2，3，4），我们每个IO读写都要寻道，每个IO寻道的差距会非常大，一个可能在1号磁道0，一个可能在10号磁道，每个IO磁道的距离会很远，这叫随机磁道。而连续IO是指按磁道顺序来进行IO操作。

读取性能 (Read)

IO SIZE/Stripe SIZE	随机IO (并发IO)	连续IO (顺序IO)
较大	不支持	提升 N×系数倍
较小	提升 (1+并发系数)倍	提升 (1+并发系数)倍

写入性能 (Write)

IO SIZE/Stripe SIZE	随机IO (并发IO)	连续IO (顺序IO)
较大	不支持	提升 N×系数倍
较小	提升 (1+并发系数)倍	提升 (1+并发系数)倍

RAID 1工作原理

  RAID1简单点来说就是镜像，两块盘互作镜像。我在驱动器1里面写入D0，在驱动器2里面也要写入D0，这样挂一块盘不会整体跨。RAID1没有校验，但是有镜像。他的磁盘容量是（n*单块磁盘的容量）/2。他的磁盘利用率是50%，但可靠性高。挂了一块，该怎么读继续怎么读。冗余度很大。写性能比单块要差，读性能与RAID0相似

对比单盘IO

RAID 3工作原理

 RAID 3开始异或算法。RAID 3有四块盘，但是只有三块可以写数据，另一块盘是校验盘，只存储校验数据，校验盘只有一个。

写入数据，每一次IO写入都必须占用校验盘，所以他的容量是（n-1）* 单块盘的容量，利用率就是（n-1）/n，冗余度就一块盘的冗余度。

如果一块盘挂掉，通过校验盘进行异或操作，依然可以工作。如果挂带两块，那就失效了

对比单盘的IO

RAID 5工作原理

RAID 5（独立磁盘冗余阵列级别 5）是一种结合了数据条带化和分布式奇偶校验的存储技术，旨在提供容错能力和性能提升。

• 数据条带化（Striping）：数据被分块并轮流写入多块硬盘，提高读写速度。

• 分布式奇偶校验（Distributed Parity）：校验信息（用于数据恢复）分散存储在所有硬盘上，避免单一校验盘的瓶颈。

有着比RAID3更大的条件深度，RAID5把他的校验盘打散了，如下图p012为校验数据，RAID5最少要三块硬盘，他的校验的数据量也是占一款盘，他的利用率也是（n-1）/n。他的容量是（n-1）* 单块盘的容量。校验数据存在不同的硬盘上。

       最少磁盘需求： 至少需要 3 块硬盘（通常建议 4 块以上以获得更好性能）。

     容错能力： 允许 1 块硬盘损坏而不丢失数据（通过奇偶校验恢复）。

     存储利用率： 采用分布式奇偶校验，相比 RAID 1 更节省空间。

       可用容量 = (磁盘总数 - 1) × (最小磁盘容量)。

RAID5的读写方式有三种

整条写：当要修改全部的数据的时候，采用全部重新写入，重新计算的方式来实现。

重构写：当写入的数据量超过阵列磁盘数量的一半，将采用这种方式，其读取不需要修改的数据与现在的数据直接进行计算，生成新的校验，直接写入硬盘。

读改写：如果写入的硬盘数目不足磁盘数目的一半，其读取需要修改的数据，以及旧数据校验值，根据这些来生成新的数据，直接写入，校验算法如下：新校验值=（老数据 EOR 新数据）EOR 老数据