Linux学习第八天

什么是RAID，有几种类型，其原理是什么

在Linux中，RAID (Redundant Array of Independent Disks) 是一种将多个物理硬盘组合成一个逻辑单元的技术，以实现数据冗余、性能提升或两者兼顾。

RAID 的原理

RAID 的核心原理是通过不同的方式将数据分布到多个硬盘上。主要有三种基本技术：

• 数据分条 (Striping): 将数据分成小块（称为条带或chunk），然后以轮询的方式写入到阵列中的不同硬盘上。这可以显著提高读写性能，因为多个硬盘可以同时处理数据。但是，RAID 0 (纯粹的分条) 没有数据冗余，如果其中一个硬盘损坏，所有数据都会丢失。

• 数据镜像 (Mirroring): 将相同的数据完整地复制到多个硬盘上。这意味着每个硬盘都包含相同的数据副本。这样，即使一个硬盘出现故障，数据仍然可以在其他硬盘上访问，提供了高冗余度。但缺点是可用存储空间会减半（至少需要两个硬盘才能实现镜像）。

• 奇偶校验 (Parity): 通过计算数据的奇偶校验信息来提供数据冗余。奇偶校验数据存储在阵列中的一个或多个硬盘上。当一个硬盘发生故障时，可以使用剩余的数据和奇偶校验信息来重建丢失的数据。这种方法比镜像更节省空间，但计算奇偶校验会引入一些写入性能开销。

RAID 的类型

RAID 有多种级别，每个级别都有其独特的组合方式，以满足不同的性能、容量和冗余需求。以下是一些常见的RAID级别：

0. RAID 0 (Striping - 分条)

• 原理: 将数据分成块并分散写入到多个硬盘上。

• 优点: 极高的读写性能，因为数据可以并行写入和读取。存储空间利用率最高 (100%)。

• 缺点: 没有冗余。如果任何一个硬盘发生故障，整个阵列的数据将丢失。

• 最小硬盘数: 2个。

1. RAID 1 (Mirroring - 镜像)

• 原理: 将数据完全复制到至少两个硬盘上。

• 优点: 高数据冗余。一个硬盘故障不会导致数据丢失，数据可以从另一个镜像硬盘恢复。读性能可能略有提升。

• 缺点: 存储空间利用率最低 (50%)，因为一半的硬盘用于存储冗余数据。写入性能可能略受影响。

• 最小硬盘数: 2个。

2. RAID 5 (Striping with Distributed Parity - 分布式奇偶校验分条)

• 原理: 将数据和奇偶校验信息分块并分散存储在所有硬盘上。

• 优点: 兼顾性能和冗余。允许一个硬盘故障而不丢失数据。相比RAID 1，存储空间利用率更高。

• 缺点: 写入性能受奇偶校验计算的影响。如果同时有两个硬盘故障，数据将丢失。重建阵列时，性能会显著下降。

• 最小硬盘数: 3个。

3. RAID 6 (Striping with Double Distributed Parity - 双分布式奇偶校验分条)

• 原理: 类似于RAID 5，但存储两份独立的奇偶校验信息，同样分散在所有硬盘上。

• 优点: 更高的冗余度。允许两个硬盘同时故障而不丢失数据。

• 缺点: 相比RAID 5，写入性能进一步下降，因为需要计算和存储更多的奇偶校验信息。存储空间利用率略低于RAID 5。

• 最小硬盘数: 4个。

4. RAID 10 (RAID 1+0 或 RAID 1&0 - 镜像+分条)

• 原理: 结合了RAID 1 (镜像) 和 RAID 0 (分条)。首先创建多个RAID 1的镜像对，然后将这些镜像对进行RAID 0分条。

• 优点: 卓越的性能和高冗余度。提供了RAID 0的快速读写速度和RAID 1的数据保护能力。可以容忍多个硬盘故障 (只要它们不在同一个镜像对中)。

• 缺点: 存储空间利用率低 (通常为50%)，因为每个数据都有副本。需要较多的硬盘。

• 最小硬盘数: 4个 (2个镜像对)。

Linux 中的 RAID 实现

在Linux中，RAID 主要通过两种方式实现：

• 软件 RAID (Software RAID): 这是Linux中最常见的RAID实现方式，通过内核的 md (Multiple Device) 驱动程序来管理。它不需要专门的硬件控制器，直接利用CPU资源来处理RAID操作。优点是成本低、灵活性高，并且可以在不同Linux系统之间移植。

• 硬件 RAID (Hardware RAID): 通过专门的RAID控制器卡实现，这些控制器通常有自己的处理器和缓存，可以独立于系统CPU处理RAID逻辑。优点是性能通常更好，并且对系统CPU的开销较小，但成本较高。

在大多数情况下，Linux用户会使用软件RAID (通过mdadm​工具进行管理)，因为它提供了强大的功能和良好的性能，而无需额外的硬件投资。