RAID详解

一、RAID存储是什么？

RAID 存储（Redundant Arrays of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列）是一种通过将多个独立的物理磁盘组合在一起，以实现更高的存储性能、数据可靠性和容错能力的技术。其主要目的是解决单个磁盘在容量、性能和可靠性方面的限制。通过不同的 RAID 级别和配置方式，可以满足不同的应用需求。

RAID 存储技术广泛应用于服务器、数据中心、企业存储系统等对数据存储有较高要求的场景，能够有效地提升数据处理效率，保障数据的完整性和可用性。RAID 存储根据不同的配置方式和功能特点，分为多个不同的级别，如常见的 0、1、5、6、10 和50 等。

RAID如何工作

RAID 的工作原理较为复杂，一般记住三个关键词即可：

条带化

在 RAID 0 级别中较为常见，它将数据分成多个小块，然后依次分布存储在不同的磁盘上。这样一来，多个磁盘能够同时进行读写操作，从而大幅提高了数据的传输速度，显著提升了系统的性能。

镜像

RAID 1 是典型的镜像模式，它将相同的数据同时写入两个或更多的磁盘中。这意味着如果其中一个磁盘出现故障，另一个磁盘上仍有完整的数据副本，从而保证了数据的安全性和可用性，但这种方式相对来说会牺牲一定的存储容量。

奇偶校验

例如在 RAID 5 和 RAID 6 中，数据和用于校验的信息分散存储在不同的磁盘上。当某个磁盘发生故障时，通过剩余磁盘上的数据和校验信息，可以计算并恢复出故障磁盘中的数据，从而实现了容错功能。

RAID 控制器或驱动程序在其中起到了至关重要的管理作用。它们负责协调磁盘之间的数据分配、读写操作以及故障处理等任务，确保整个 RAID 系统的稳定运行。

二、RAID 0

RAID 0，又称条带化（Striping），是 RAID 家族中最基础的一种。它的主要目的是提升数据读写速度，但在数据安全性方面没有任何保障。RAID 0 通过将数据分割成多个条带

（Stripes），并将这些条带分别写入不同的磁盘中，从而提高数据的读写速度。与其他 RAID 级别不同，RAID 0 并不提供数据冗余或错误校正机制，因此它无法提高数据的可靠性。

在 RAID 0 配置中，数据被分成小块（称为条带），这些条带按顺序写入不同的磁盘。例如，如果有两个磁盘，数据块 A 会写入磁盘 1，数据块 B 会写入磁盘 2，接着数据块 C 再写入磁盘 1，以此循环。

条带化是 RAID 0 的核心机制。通过将数据分成条带并分布到多个磁盘上，可以同时进行多个读写操作，从而显著提升数据传输速度。

假设有一个 RAID 0 阵列包含四个磁盘，每个条带大小为 64KB。当一个 256KB 的文件写入 RAID 0 阵列时，它将被分成四个条带，分别写入四个磁盘：

条带 1（64KB）写入磁盘 1
条带 2（64KB）写入磁盘 2
条带 3（64KB）写入磁盘 3
条带 4（64KB）写入磁盘 4

由于数据被分布在多个磁盘上，读取和写入操作可以并行进行，显著提高了性能。

优点

1、高性能：由于数据分布在多个磁盘上，读写速度显著提高。多个磁盘可以同时进行读写操作，大大提升了数据传输速率。

2、容量利用率高：RAID 0 不提供数据冗余，因此所有磁盘的存储容量都可以用于存储数据。

缺点

1、无数据冗余：RAID 0 不提供数据冗余或错误校正机制，任何一个磁盘的故障都会导致整个阵列的数据丢失。

2、数据恢复困难：由于没有冗余数据，无法通过 RAID 0 阵列恢复丢失的数据。如果一个磁盘故障，需要从备份中恢复数据。

常见的应用场景

RAID 0 适用于对性能要求高，但对数据安全要求低的场景。

1、临时数据存储：例如临时文件、缓存文件等，这些数据可以在磁盘故障时重新生成或恢复。

2、视频编辑：在视频编辑过程中，RAID 0 可以提供高性能的数据传输，满足视频素材的快速读取和写入需求。

3、游戏应用：对于一些大型游戏，RAID 0 可以显著缩短加载时间，提高游戏体验。

维护建议

1、定期备份：由于 RAID 0 无法恢复丢失的数据，定期备份至关重要。建议使用自动化备份工具，定期将数据备份到外部存储设备或云存储。

2、监控硬盘状态：使用 SMART（自监控、分析和报告技术）工具监控硬盘的健康状态，及时发现潜在问题并采取措施。

3、性能监控：使用磁盘性能监控工具，定期检查 RAID 0 阵列的读写速度，确保其保持在预期水平。

4、维护计划：制定定期维护计划，包括清理磁盘、更新固件和检查连接线等，以确保 RAID 0 阵列的长期稳定运行。

三、RAID 1

RAID 1，也称为镜像（Mirroring），是一种提供高数据冗余和可靠性的 RAID 级别。RAID 1 通过将相同的数据写入两个或多个磁盘，确保数据在一个磁盘发生故障时仍然可以从另一个磁盘恢复。RAID 1 的主要目的是提供数据冗余和可靠性。它通过将每个数据块同时写入两个或多个磁盘，确保数据有多个副本。当其中一个磁盘出现故障时，另一个磁盘上的数据副本可以立即接管，从而避免数据丢失。

在 RAID 1 配置中，所有写入操作都会同时进行在两个或多个磁盘上。这意味着每个磁盘都有相同的数据副本，确保任何一个磁盘发生故障时，数据都可以从另一个磁盘上恢复。

镜像是 RAID 1 的核心机制。通过将数据实时复制到多个磁盘，RAID 1 提供了高度的数据冗余。

假设有一个 RAID 1 阵列包含两个磁盘。当一个文件被写入 RAID 1 阵列时，它将同时写入两个磁盘：

数据块 A 写入磁盘 1
数据块 A 写入磁盘 2

由于两个磁盘上都有相同的数据，当其中一个磁盘发生故障时，数据可以从另一个磁盘上恢复。

优点

1、高数据可靠性：RAID 1 提供数据冗余，任何一个磁盘发生故障，数据都可以从另一个磁盘上恢复。

2、读性能提升：读取操作可以从两个磁盘中并行读取，提高读取速度。

3、简单易用：RAID 1 配置和管理相对简单，不需要复杂的奇偶校验计算。

缺点

1、写性能稍低：由于写入操作需要同时写入两个磁盘，速度稍慢。

2、存储效率低：只有一半的存储容量可用，另一半用于数据冗余。

3、成本较高：需要两倍的存储设备，增加了硬件成本。

常见的应用场景

RAID 1 适用于对数据安全性要求高的场景。

1、操作系统驱动器：RAID 1 常用于存储操作系统，以确保系统的可靠性和可用性。

2、重要数据库：用于存储重要的数据库，确保数据在任何磁盘故障时都能得到保护。

3、关键业务应用：用于关键业务应用的数据存储，确保数据高可用性。

维护建议

1、定期检查磁盘状态：使用 SMART（自监控、分析和报告技术）工具监控硬盘的健康状态，及时发现潜在问题并采取措施。

2、定期备份：虽然 RAID 1 提供数据冗余，但定期备份仍然重要，特别是在发生人为错误或灾难性事件时。

3、性能监控：使用磁盘性能监控工具，定期检查 RAID 1 阵列的读写速度，确保其保持在预期水平。

4、维护计划：制定定期维护计划，包括清理磁盘、更新固件和检查连接线等，以确保 RAID 1 阵列的长期稳定运行。

四、RAID 5

RAID 5 是一种常用的 RAID 级别，它在性能、存储效率和数据冗余之间提供了平衡。RAID 5 通过将数据和奇偶校验信息分布在多个磁盘上，提供了良好的数据保护和读写性能。

RAID 5 通过将数据和奇偶校验信息分布在多个磁盘上，实现数据冗余和故障恢复能力。RAID 5 最少需要三个磁盘，其中数据块和奇偶校验信息条带化存储在所有磁盘上。这种配置提供了较高的存储效率和数据可靠性。

在 RAID 5 配置中，数据和奇偶校验信息按条带分布在所有磁盘上。当一个磁盘发生故障时，可以通过剩余磁盘上的数据和奇偶校验信息重建丢失的数据。

RAID 5 的核心机制是条带化和奇偶校验。通过将数据和奇偶校验信息分布在所有磁盘上，可以同时进行多个读写操作，提高性能。

假设有一个 RAID 5 阵列包含四个磁盘。当一个文件被写入 RAID 5 阵列时，数据和奇偶校验信息会被分布在所有磁盘上：

数据块 A 写入磁盘 1
数据块 B 写入磁盘 2
数据块 C 写入磁盘 3
奇偶校验块 P 写入磁盘 4

在下一组条带中，奇偶校验块会移动到不同的磁盘，从而均衡分布。

优点

1、高存储效率：RAID 5 的存储效率高，只损失一个磁盘的容量用于存储奇偶校验信息。

2、数据冗余：RAID 5 提供数据冗余，任何一个磁盘发生故障，数据都可以通过奇偶校验信息重建。

3、读性能良好：读取操作可以并行进行，提高了读取速度。

缺点

1、写性能较低：由于需要计算和写入奇偶校验信息，写入速度较慢。

2、重建时间长：在一个磁盘故障后，重建数据的过程耗时较长，期间系统性能可能受到影响。

3、复杂性较高：配置和管理相对复杂，尤其是在磁盘故障和数据重建时。

常见的应用场景

RAID 5 适用于需要高存储效率和数据冗余的场景。

1、文件服务器：RAID 5 常用于文件服务器，提供高存储效率和数据保护。

2、数据仓库：适用于需要大量存储空间和数据冗余的数据仓库应用。

3、企业备份：用于企业数据备份，确保数据在磁盘故障时能够恢复。

维护建议

1、定期检查磁盘状态：使用 SMART（自监控、分析和报告技术）工具监控硬盘的健康状态，及时发现潜在问题并采取措施。

2、定期备份：虽然 RAID 5 提供数据冗余，但定期备份仍然重要，特别是在发生人为错误或灾难性事件时。

3、性能监控：使用磁盘性能监控工具，定期检查 RAID 5 阵列的读写速度，确保其保持在预期水平。

4、维护计划：制定定期维护计划，包括清理磁盘、更新固件和检查连接线等，以确保 RAID 5 阵列的长期稳定运行。

五、RAID 6

RAID 6 是一种增强版的 RAID 5，通过增加额外的奇偶校验块来提供更高的数据冗余和故障恢复能力。RAID 6 可以在最多两个磁盘同时发生故障时仍然确保数据的完整性。RAID 6 在 RAID 5 的基础上，增加了第二个独立的奇偶校验块，这使得 RAID 6 能够在两个磁盘同时发生故障时仍然保持数据完整性。RAID 6 最少需要四个磁盘，其中数据和两个奇偶校验块条带化存储在所有磁盘上。

在 RAID 6 配置中，数据和两个独立的奇偶校验块按条带分布在所有磁盘上。当一个或两个磁盘发生故障时，可以通过剩余磁盘上的数据和奇偶校验块重建丢失的数据。

RAID 6 的核心机制是条带化和双奇偶校验。通过将数据和两个独立的奇偶校验块分布在所有磁盘上，可以同时进行多个读写操作，提高性能，并提供更高的故障恢复能力。

假设有一个 RAID 6 阵列包含四个磁盘。当一个文件被写入 RAID 6 阵列时，数据和两个奇偶校验块会被分布在所有磁盘上：

数据块 A 写入磁盘 1
数据块 B 写入磁盘 2
奇偶校验块 P 写入磁盘 3
奇偶校验块 Q 写入磁盘 4

在下一组条带中，奇偶校验块会移动到不同的磁盘，从而均衡分布。

优点

1、高数据冗余：RAID 6 提供双奇偶校验，可以在两个磁盘同时发生故障时仍然保持数据完整性。

2、高存储效率：RAID 6 的存储效率高于 RAID 1，但低于 RAID 5，只损失两个磁盘的容量用于存储奇偶校验信息。

3、读性能良好：读取操作可以并行进行，提高了读取速度。

缺点

1、写性能较低：由于需要计算和写入两个奇偶校验块，写入速度较慢。

2、重建时间长：在一个或两个磁盘故障后，重建数据的过程耗时较长，期间系统性能可能受到影响。

3、复杂性较高：配置和管理相对复杂，尤其是在磁盘故障和数据重建时。

常见的应用场景

RAID 6 适用于需要高存储效率和高数据冗余的场景。

1、企业级存储系统：RAID 6 常用于企业级存储系统，提供高存储效率和数据保护。

2、大型数据中心：适用于需要大量存储空间和高数据冗余的大型数据中心应用。

3、长时间在线的系统：用于需要长时间在线运行且数据可靠性要求高的系统，如银行系统和电信系统。

维护建议

1、定期检查磁盘状态：使用 SMART（自监控、分析和报告技术）工具监控硬盘的健康状态，及时发现潜在问题并采取措施。

2、定期备份：虽然 RAID 6 提供数据冗余，但定期备份仍然重要，特别是在发生人为错误或灾难性事件时。

3、性能监控：使用磁盘性能监控工具，定期检查 RAID 6 阵列的读写速度，确保其保持在预期水平。

4、维护计划：制定定期维护计划，包括清理磁盘、更新固件和检查连接线等，以确保 RAID 6 阵列的长期稳定运行。

六、RAID 10

RAID 10（也称为 RAID 1+0）是一种结合了 RAID 1 和 RAID 0 优点的 RAID 级别。它通过将数据镜像和条带化，提供了高数据冗余和出色的性能。RAID 10 常用于需要高可靠性和高性能的应用场景。RAID 10 通过将 RAID 1 的镜像技术和 RAID 0 的条带化技术结合在一起，实现了数据冗余和高性能。RAID 10 最少需要四个磁盘，先将数据镜像，然后对镜像后的数据进行条带化。这样，RAID 10 在提供数据冗余的同时，还能提高读写性能。

在 RAID 10 配置中，数据首先被镜像，然后再对镜像后的数据进行条带化。这种配置确保了数据的高可用性和高性能。RAID 10 的核心机制是镜像和条带化。通过先镜像数据，然后对镜像后的数据进行条带化，可以同时实现数据冗余和高性能。

假设有一个 RAID 10 阵列包含四个磁盘。当一个文件被写入 RAID 10 阵列时，数据会被镜像到两个磁盘，然后再进行条带化：

数据块 A 写入磁盘 1 和磁盘 2
数据块 B 写入磁盘 3 和磁盘 4
数据块 C 写入磁盘 1 和磁盘 2
数据块 D 写入磁盘 3 和磁盘 4

优点

1、高数据冗余：RAID 10 提供镜像数据冗余，确保任何一个磁盘发生故障时，数据都可以从镜像磁盘上恢复。

2、高读写性能：由于条带化技术，RAID 10 提供了优异的读写性能。

3、快速故障恢复：在一个磁盘发生故障时，RAID 10 可以快速恢复数据，而不需要重建整个阵列。

缺点

1、存储效率低：RAID 10 的存储效率较低，因为只有一半的存储容量可用，另一半用于镜像数据冗余。

2、成本较高：需要两倍的存储设备，增加了硬件成本。

3、需要更多磁盘：RAID 10 最少需要四个磁盘才能实现其功能。

常见的应用场景

RAID 10 适用于需要高数据可靠性和高性能的场景。

1、数据库服务器：RAID 10 常用于数据库服务器，提供高读写性能和数据冗余。

2、虚拟化环境：适用于需要高性能和高可靠性的虚拟化环境。

3、高性能计算：用于需要高数据吞吐量和可靠性的高性能计算应用。

维护建议

1、定期检查磁盘状态：使用 SMART（自监控、分析和报告技术）工具监控硬盘的健康状态，及时发现潜在问题并采取措施。

2、定期备份：虽然 RAID 10 提供数据冗余，但定期备份仍然重要，特别是在发生人为错误或灾难性事件时。

3、性能监控：使用磁盘性能监控工具，定期检查 RAID 10 阵列的读写速度，确保其保持在预期水平。

4、维护计划：制定定期维护计划，包括清理磁盘、更新固件和检查连接线等，以确保 RAID 10 阵列的长期稳定运行。

七、RAID 50

RAID 50（也称为 RAID 5+0）是一种将 RAID 5 和 RAID 0 结合在一起的 RAID 级别。通过将RAID 5 阵列条带化，RAID 50 提供了高存储效率、数据冗余和良好的性能。RAID 50常用于需要高存储容量和可靠性的企业级存储系统。RAID 50 是将多个 RAID 5 阵列组合在一起，然后对这些阵列进行条带化。RAID 50 最少需要六个磁盘，其中每个 RAID 5 阵列包含三个磁盘。通过将RAID 5 阵列条带化，RAID 50 提供了 RAID 0 的性能优势和 RAID 5 的数据冗余。

在 RAID 50 配置中，多个 RAID 5 阵列首先创建，每个 RAID 5 阵列提供奇偶校验和数据冗余。然后，这些 RAID 5 阵列被条带化，形成一个更大的 RAID 50 阵列。这种配置确保了数据的高可用性和高性能。RAID 50 的核心机制是条带化和奇偶校验。通过将多个 RAID 5 阵列组合并条带化，可以同时实现数据冗余和高性能。

假设有一个 RAID 50 阵列包含六个磁盘，分成两个 RAID 5 阵列，每个 RAID 5 阵列包含三个磁盘。当一个文件被写入 RAID 50 阵列时，数据会首先写入 RAID 5 阵列，然后进行条带化：

RAID 5 阵列 1：数据块 A、B、C 和奇偶校验块 P
RAID 5 阵列 2：数据块 D、E、F 和奇偶校验块 Q

条带化的数据块 A 和 D 会被写入不同的磁盘，从而提高读写性能。

优点

1、高存储效率：RAID 50 结合了 RAID 5 的存储效率和 RAID 0 的性能优势。

2、高数据冗余：RAID 50 提供奇偶校验数据冗余，确保任何一个磁盘发生故障时，数据都可以恢复。

3、高读写性能：由于条带化技术，RAID 50 提供了优异的读写性能。

4、容错能力强：在每个 RAID 5 阵列中允许一个磁盘故障，不会导致整个 RAID 50 阵列的数据丢失。

缺点

1、复杂性较高：配置和管理相对复杂，尤其是在磁盘故障和数据重建时。

2、重建时间长：在一个或多个磁盘故障后，重建数据的过程耗时较长，期间系统性能可能受到影响。

3、成本较高：需要更多的硬盘和更复杂的 RAID 控制器，增加了硬件成本。

常见的应用场景

1、企业级存储系统：RAID 50 常用于企业级存储系统，提供高存储效率和数据保护。

2、大型数据库：适用于需要高性能和高数据冗余的大型数据库应用。

3、高性能计算：用于需要高数据吞吐量和可靠性的高性能计算应用。

维护建议

1、定期检查磁盘状态：使用 SMART（自监控、分析和报告技术）工具监控硬盘的健康状态，及时发现潜在问题并采取措施。

2、定期备份：虽然 RAID 50 提供数据冗余，但定期备份仍然重要，特别是在发生人为错误或灾难性事件时。

3、性能监控：使用磁盘性能监控工具，定期检查 RAID 50 阵列的读写速度，确保其保持在预期水平。

4、维护计划：制定定期维护计划，包括清理磁盘、更新固件和检查连接线等，以确保 RAID 50 阵列的长期稳定运行。

八、RAID 级别对比

RAID 级别	磁盘要求	数据冗余	容错能力	读性能	写性能	存储效率	应用场景	优点	缺点
RAID 0	≥ 2	无	0	高	高	100%	高性能计算、非关键数据存储	高读写性能、全部容量利用	无数据冗余，任何磁盘故障导致数据丢失
RAID 1	≥ 2	有	1	高	低	50%	关键数据存储、操作系统盘	高数据冗余、易于实现	存储效率低，成本高
RAID 5	≥ 3	有	1	高	中等	(N-1)/N	文件服务器、应用服务器	数据冗余、较高存储效率	写性能较低，重建时间长
RAID 6	≥ 4	有	2	高	中等	(N-2)/N	高可靠性存储、企业存储系统	高容错能力、数据冗余	写性能较低，重建时间更长
RAID 10	≥ 4	有	N/2	高	高	50%	数据库服务器、虚拟化环境	高读写性能、高数据冗余	存储效率低，成本高
RAID 50	≥ 6	有	每组1个	高	高	(N-2)/N	企业级存储系统、大型数据库	高存储效率、高读写性能	配置复杂，重建时间长

九、总结

RAID 0：速度之选

作为入门级RAID配置，RAID 0通过数据条带化（striping）技术，将数据分散存储于多个硬盘上，显著提升了读写速度。然而，它并未提供任何数据冗余，一旦阵列中任一硬盘故障，所有数据都将丢失，因此适用于对数据安全性要求不高，但追求极致性能的场景。

RAID 1：镜像的安全保障

与RAID 0截然不同，RAID 1采用镜像（mirroring）策略，将数据完全复制到两个或更多硬盘上，确保了即使单个硬盘故障，数据依然完好无损。虽然牺牲了一定的存储容量，但其提供的高数据安全性使其成为对数据完整性有严格要求的用户的首选。

RAID 5：平衡之道

RAID 5结合了RAID 0的速度优势和RAID 1的数据保护特性，通过奇偶校验（parity）分布在所有硬盘上，允许单个硬盘故障而不丢失数据。它在提供数据冗余的同时，最大限度地利用了存储空间，是中小企业和服务器常用的配置。

RAID 6：双保险的高可靠性

RAID 6是在RAID 5基础上进一步增强了数据保护能力，使用两个独立的奇偶校验块分布于不同硬盘，能够容忍两块硬盘同时故障的情况，特别适合于对数据安全有极高要求且硬盘数量较多的环境。

RAID 10（1+0）：速度与安全并重

RAID 10是RAID 1和RAID 0的组合，先创建镜像对，再进行条带化，提供了卓越的读写性能和高度的数据冗余。尽管成本较高，但对于需要高速度和高可靠性的关键业务应用来说，RAID 10无疑是理想选择。

RAID 50（5+0）：高性能与高可用性的融合

作为RAID 5和RAID 0的高级组合，RAID 50首先创建多个RAID 5阵列，然后将这些阵列条带化。它在保持良好读写性能的同时，提高了容错能力和扩展性，尤其适合大规模数据存储系统，能够在多硬盘环境中提供更高级别的数据保护。

精简记忆：

RAID 0 提供高性能但无数据冗余，适用于非关键数据存储；

RAID 1 提供高数据冗余，但存储效率低，适用于关键数据存储；

RAID 5 和 RAID 6 提供较高的存储效率和数据冗余，适用于企业级存储系统；

RAID 10 提供高性能和高数据冗余，但成本较高，适用于需要高性能和高可靠性的场景；

RAID 50 结合了 RAID 5 和 RAID 0 的优点，适用于需要高存储效率和高性能的企业级存储系统。