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Raid学习资料
RAID
raid0
概述
RAID是“RedundantArrayofIndependentDisk”的缩写，中文意思是独立冗余磁盘阵列。
冗余磁盘阵列技术诞生于1987年，由美国加州大学伯克利分校提出。
RAID磁盘阵列（RedundantArrayofIndependentDisks）
简单地解释，就是将N台硬盘通过RAIDController（分Hardware，Software）结合成虚拟单台大容量的硬盘使用，其特色是N台硬盘同时读取速度加快及提供容错性FaultTolerant，所以RAID是当成平时主要访问数据的Storage不是BackupSolution。
在RAID有一基本概念称为EDAP（ExtendedDataAvailabilityandProtection），其强调扩充性及容错机制，也是各家厂商如：
Mylex，IBM，HP，Compaq，Adaptec，Infortrend等诉求的重点，包括在不须停机情况下可处理以下动作：
RAID磁盘阵列支援自动检测故障硬盘；
RAID磁盘阵列支援重建硬盘坏轨的资料；
RAID磁盘阵列支援支持不须停机的硬盘备援HotSpare；
RAID磁盘阵列支援支持不须停机的硬盘替换HotSwap；
RAID磁盘阵列支援扩充硬盘容量等。
技术规范
（1）RAID技术规范简介
冗余磁盘阵列技术最初的研制目的是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，以降低大批量数据存储的费用，同时也希望采用冗余信息的方式，使得磁盘失效时不会使对数据的访问受损失，从而开发出一定水平的数据保护技术，并且能适当的提升数据传输速度。
过去RAID一直是高档服务器才有缘享用，一直作为高档SCSI硬盘配套技术作应用。
近来随着技术的发展和产品成本的不断下降，IDE硬盘性能有了很大提升，加之RAID芯片的普及，使得RAID也逐渐在个人电脑上得到应用。
那么为何叫做冗余磁盘阵列呢？
冗余的汉语意思即多余，重复。
而磁盘阵列说明不仅仅是一个磁盘，而是一组磁盘。
这时你应该明白了，它是利用重复的磁盘来处理数据，使得数据的稳定性得到提高。
（2）RAID的工作原理
RAID如何实现数据存储的高稳定性呢？
我们不妨来看一下它的工作原理。
RAID按照实现原理的不同分为不同的级别，不同的级别之间工作模式是有区别的。
整个的RAID结构是一些磁盘结构，通过对磁盘进行组合达到提高效率，减少错误的目的，不要因为这么多名词而被吓坏了，它们的原理实际上十分简单。
为了便于说明，下面示意图中的每个方块代表一个磁盘，竖的叫块或磁盘阵列，横称之为带区。
（3）RAID规范
主要包含RAID0～RAID7等数个规范，它们的侧重点各不相同，常见的规范有如下几种：
RAID0：
无差错控制的带区组
要实现RAID0必须要有两个以上硬盘驱动器，RAID0实现了带区组，数据并不是保存在一个硬盘上，而是分成数据块保存在不同驱动器上。
因为将数据分布在不同驱动器上，所以数据吞吐率大大提高，驱动器的负载也比较平衡。
如果刚好所需要的数据在不同的驱动器上效率最好。
它不需要计算校验码，实现容易。
它的缺点是它没有数据差错控制，如果一个驱动器中的数据发生错误，即使其它盘上的数据正确也无济于事了。
不应该将它用于对数据稳定性要求高的场合。
如果用户进行图象（包括动画）编辑和其它要求传输比较大的场合使用RAID0比较合适。
同时，RAID可以提高数据传输速率，比如所需读取的文件分布在两个硬盘上，这两个硬盘可以同时读取。
那么原来读取同样文件的时间被缩短为1/2。
在所有的级别中，RAID0的速度是最快的。
但是RAID0没有冗余功能的，如果一个磁盘（物理）损坏，则所有的数据都无法使用。
RAID1：
镜象结构
raid1
对于使用这种RAID1结构的设备来说，RAID控制器必须能够同时对两个盘进行读操作和对两个镜象盘进行写操作。
通过下面的结构图您也可以看到必须有两个驱动器。
因为是镜象结构在一组盘出现问题时，可以使用镜象，提高系统的容错能力。
它比较容易设计和实现。
每读一次盘只能读出一块数据，也就是说数据块传送速率与单独的盘的读取速率相同。
因为RAID1的校验十分完备，因此对系统的处理能力有很大的影响，通常的RAID功能由软件实现，而这样的实现方法在服务器负载比较重的时候会大大影响服务器效率。
当您的系统需要极高的可靠性时，如进行数据统计，那么使用RAID1比较合适。
而且RAID1技术支持“热替换”，即不断电的情况下对故障磁盘进行更换，更换完毕只要从镜像盘上恢复数据即可。
当主硬盘损坏时，镜像硬盘就可以代替主硬盘工作。
镜像硬盘相当于一个备份盘，可想而知，这种硬盘模式的安全性是非常高的，RAID1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。
但是其磁盘的利用率却只有50%，是所有RAID级别中最低的。
RAID2：
带海明码校验
从概念上讲，RAID2同RAID3类似，两者都是将数据条块化分布于不同的硬盘上，条块单位为位或字节。
然而RAID2使用一定的编码技术来提供错误检查及恢复。
这种编码技术需要多个磁盘存放检查及恢复信息，使得RAID2技术实施更复杂。
因此，在商业环境中很少使用。
下图左边的各个磁盘上是数据的各个位，由一个数据不同的位运算得到的海明校验码可以保存另一组磁盘上，具体情况请见下图。
由于海明码的特点，它可以在数据发生错误的情况下将错误校正，以保证输出的正确。
它的数据传送速率相当高，如果希望达到比较理想的速度，那最好提高保存校验码ECC码的硬盘，对于控制器的设计来说，它又比RAID3，4或5要简单。
没有免费的午餐，这里也一样，要利用海明码，必须要付出数据冗余的代价。
输出数据的速率与驱动器组中速度最慢的相等。
RAID3：
带奇偶校验码的并行传送
raid3
这种校验码与RAID2不同，只能查错不能纠错。
它访问数据时一次处理一个带区，这样可以提高读取和写入速度,它象RAID0一样以并行的方式来存放数，但速度没有RAID0快。
校验码在写入数据时产生并保存在另一个磁盘上。
需要实现时用户必须要有三个以上的驱动器，写入速率与读出速率都很高，因为校验位比较少，因此计算时间相对而言比较少。
用软件实现RAID控制将是十分困难的，控制器的实现也不是很容易。
它主要用于图形（包括动画）等要求吞吐率比较高的场合。
不同于RAID2，RAID3使用单块磁盘存放奇偶校验信息。
如果一块磁盘失效，奇偶盘及其他数据盘可以重新产生数据。
如果奇偶盘失效，则不影响数据使用。
RAID3对于大量的连续数据可提供很好的传输率，但对于随机数据，奇偶盘会成为写操作的瓶颈。
利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安全性高，但是硬盘利用率得到了很大的提高，为n-1。
RAID4：
带奇偶校验码的独立磁盘结构
raid4
RAID4和RAID3很象，不同的是，它对数据的访问是按数据块进行的，也就是按磁盘进行的，每次是一个盘。
在图上可以这么看，RAID3是一次一横条，而RAID4一次一竖条。
它的特点的RAID3也挺象，不过在失败恢复时，它的难度可要比RAID3大得多了，控制器的设计难度也要大许多，而且访问数据的效率不怎么好。
RAID5：
分布式奇偶校验的独立磁盘结构
raid5
从它的示意图上可以看到，它的奇偶校验码存在于所有磁盘上，其中的p0代表第0带区的奇偶校验值，其它的意思也相同。
RAID5的读出效率很高，写入效率一般，块式的集体访问效率不错。
因为奇偶校验码在不同的磁盘上，所以提高了可靠性，允许单个磁盘出错。
RAID5也是以数据的校验位来保证数据的安全，但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位，而是将数据段的校验位交互存放于各个硬盘上。
这样，任何一个硬盘损坏，都可以根据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据。
硬盘的利用率为n-1。
但是它对数据传输的并行性解决不好，而且控制器的设计也相当困难。
RAID3与RAID5相比，重要的区别在于RAID3每进行一次数据传输，需涉及到所有的阵列盘。
而对于RAID5来说，大部分数据传输只对一块磁盘操作，可进行并行操作。
在RAID5中有“写损失”，即每一次写操作，将产生四个实际的读/写操作，其中两次读旧的数据及奇偶信息，两次写新的数据及奇偶信息。
RAID-5的话，优点是提供了冗余性（支持一块盘掉线后仍然正常运行），磁盘空间利用率较高（N-1/N），读写速度较快（N-1倍）。
但当掉盘之后，运行效率大幅下降。
RAID6：
带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构
raid6
名字很长，但是如果看到图，大家立刻会明白是为什么，请注意p0代表第0带区的奇偶校验值，而pA代表数据块A的奇偶校验值。
它是对RAID5的扩展，主要是用于要求数据绝对不能出错的场合。
当然了，由于引入了第二种奇偶校验值，所以需要N+2个磁盘，同时对控制器的设计变得十分复杂，写入速度也不好，用于计算奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时间比较多，造成了不必须的负载。
我想除了军队没有人用得起这种东西。
RAID7：
优化的高速数据传送磁盘结构
RAID7所有的I/O传送均是同步进行的，可以分别控制，这样提高了系统的并行性，提高系统访问数据的速度；每个磁盘都带有高速缓冲存储器，实时操作系统可以使用任何实时操作芯片，达到不同实时系统的需要。
允许使用SNMP协议进行管理和监视，可以对校验区指定独立的传送信道以提高效率。
可以连接多台主机，因为加入高速缓冲存储器，当多用户访问系统时，访问时间几乎接近于0。
由于采用并行结构，因此数据访问效率大大提高。
需要注意的是它引入了一个高速缓冲存储器，这有利有弊，因为一旦系统断电，在高速缓冲存储器内的数据就会全部丢失，因此需要和UPS一起工作。
当然了，这么快的东西，价格也非常昂贵。
RAID10：
高可靠性与高效磁盘结构
这种结构无非是一个带区结构加一个镜象结构，因为两种结构各有优缺点，因此可以相互补充，达到既高效又高速还可以的目的。
大家可以结合两种结构的优点和缺点来理解这种新结构。
这种新结构的价格高，可扩充性不好。
主要用于容量不大，但要求速度和差错控制的数据库中。
RAID53：
高效数据传送磁盘结构
越到后面的结构就是对前面结构的一种重复和再利用，这种结构就是RAID3和带区结构的统一，因此它速度比较快，也有容错功能。
但价格十分高，不易于实现。
这是因为所有的数据必须经过带区和按位存储两种方法，在考虑到效率的情况下，要求这些磁盘同步真是不容易。
RAID0+1：
把RAID0和RAID1技术结合起来，即RAID0+1。
数据除分布在多个盘上外，每个盘都有其物理镜像盘，提供全冗余能力，允许一个以下磁盘故障，而不影响数据可用性，并具有快速读/写能力。
要求至少4个硬盘才能作成RAID0+1。
（3）JBOD模式
JBOD通常又称为Span。
它是在逻辑上将几个物理磁盘一个接一个连起来，组成一个大的逻辑磁盘。
JBOD不提供容错，该阵列的容量等于组成Span的所有磁盘的容量的总和。
JBOD严格意义上说，不属于RAID的范围。
不过现在很多IDERAID控制芯片都带着种模式，JBOD就是简单的硬盘容量叠加，但系统处理时并没有采用并行的方式，写入数据的时候就是先写的一块硬盘，写满了再写第二块硬盘……
实际应用中最常见的是RAID0RAID1RAID5和RAID10由于在大多数场合，RAID5包含了RAID2-4的优点，所以RAID2-4基本退出市场
现在，一般认为RAID2-4只用于RAID开发研究
（4）我们能够用得上的IDERAID
上面是对RAID原理的叙述，而我们Pcfans最关心的是RAID的应用。
我们日常使用IDE硬盘，而且很容易买到IDERAID卡和集成RAID芯片的主板。
所以跟我们最贴近的是IDERAID。
限于应用级别很低，IDERAID多数只支持RAID0，RAID1，RAID0+1，JBOD模式。
RAID的应用
开始时RAID方案主要针对SCSI硬盘系统，系统成本比较昂贵。
1993年，HighPoint公司推出了第一款IDE-RAID控制芯片，能够利用相对廉价的IDE硬盘来组建RAID系统，从而大大降低了RAID的“门槛”。
从此，个人用户也开始关注这项技术，因为硬盘是现代个人计算机中发展最为“缓慢”和最缺少安全性的设备，而用户存储在其中的数据却常常远超计算机的本身价格。
在花费相对较少的情况下，RAID技术可以使个人用户也享受到成倍的磁盘速度提升和更高的数据安全性，现在个人电脑市场上的IDE-RAID控制芯片主要出自HighPoint和Promise公司，此外还有一部分来自AMI公司（如表2）。
面向个人用户的IDE-RAID芯片一般只提供了RAID0、RAID1和RAID0+1（RAID10）等RAID规范的支持，虽然它们在技术上无法与商用系统相提并论，但是对普通用户来说其提供的速度提升和安全保证已经足够了。
随着硬盘接口传输率的不断提高，IDE-RAID芯片也不断地更新换代，芯片市场上的主流芯片已经全部支持ATA100标准，而HighPoint公司新推出的HPT372芯片和Promise最新的PDC20276芯片，甚至已经可以支持ATA133标准的IDE硬盘。
在主板厂商竞争加剧、个人电脑用户要求逐渐提高的今天，在主板上板载RAID芯片的厂商已经不在少数，用户完全可以不用购置RAID卡，直接组建自己的磁盘阵列，感受磁盘狂飙的速度。
MatrixRAID：
MatrixRAID即所谓的“矩阵RAID”，是ICH6R南桥所支持的一种廉价的磁盘冗余技术，是一种经济性高的新颖RAID解决方案。
MatrixRAID技术的原理相当简单，只需要两块硬盘就能实现了RAID0和RAID1磁盘阵列，并且不需要添加额外的RAID控制器，这正是我们普通用户所期望的。
MatrixRAID需要硬件层和软件层同时支持才能实现，硬件方面目前就是ICH6R南桥以及更高阶的ICH6RW南桥，而IntelApplicationAcclerator软件和Windows操作系统均对软件层提供了支持。
MatrixRAID的原理就是将每个硬盘容量各分成两部分（即：
将一个硬盘虚拟成两个子硬盘，这时子硬盘总数为4个），其中用两个虚拟子硬盘来创建RAID0模式以提高效能，而其它两个虚拟子硬盘则透过镜像备份组成RAID1用来备份数据。
在MatrixRAID模式中数据存储模式如下：
两个磁盘驱动器的第一部分被用来创建RAID0阵列，主要用来存储操作系统、应用程序和交换文件，这是因为磁盘开始的区域拥有较高的存取速度，MatrixRAID将RAID0逻辑分割区置于硬盘前端（外圈）的主因，是可以让需要效能的模块得到最好的效能表现；而两个磁盘驱动器的第二部分用来创建RAID1模式，主要用来存储用户个人的文件和数据。
例如，使用两块120GB的硬盘，可以将两块硬盘的前60GB组成120GB的逻辑分割区，然后剩下两个60GB区块组成一个60GB的数据备份分割区。
像需要高效能、却不需要安全性的应用，就可以安装在RAID0分割区，而需要安全性备分的数据，则可安装在RAID1分割区。
换言之，使用者得到的总硬盘空间是180GB，和传统的RAID0+1相比，容量使用的效益非常的高，而且在容量配置上有着更高的弹性。
如果发生硬盘损毁，RAID0分割区数据自然无法复原，但是RAID1分割区的数据却会得到保全。
可以说，利用MatrixRAID技术，我们只需要2个硬盘就可以在获取高效数据存取的同时又能确保数据安全性。
这意味着普通用户也可以低成本享受到RAID0+1应用模式。
NVRAID：
NVRAID是nVidia自行开发的RAID技术，随着nForce各系列芯片组的发展也不断推陈出新。
相对于其它RAID技术而言，目前最新的nForce4系列芯片组的NVRAID具有自己的鲜明特点，主要是以下几点：
（1）交错式RAID（Cross-ControllerRAID）：
交错式RAID即俗称的混合式RAID，也就是将SATA接口的硬盘与IDE接口的硬盘联合起来组成一个RAID模式。
交错式RAID在nForce3250系列芯片组中便已经出现，在nForce4系列芯片组身上该功能得到延续和增强。
（2）热冗余备份功能：
在nForce4系列芯片组中，因支持SerialATA2.0的热插拔功能，用户可以在使用过程中更换损坏的硬盘，并在运行状态下重新建立一个新的镜像，确保重要数据的安全性。
更为可喜的是，nForce4的nVIDIARAID控制器还允许用户为运行中的RAID系统增加一个冗余备份特性，而不必理会系统采用哪一种RAID模式，用户可以在驱动程序提供的“管理工具”中指派任何一个多余的硬盘用作RAID系统的热备份。
该热冗余硬盘可以让多个RAID系统（如一个RAID0和一个RAID1）共享，也可以为其中一个RAID系统所独自占有，功能类似于时下的高端RAID系统。
（3）简易的RAID模式迁移：
nForce4系列芯片组的NVRAID模块新增了一个名为“Morphing”的新功能，用户只需要选择转换之后的RAID模式，而后执行“Morphing”操作，RAID删除和模式重设的工作可以自动完成，无需人为干预，易用性明显提高。
RAID常见故障：
现在选择IDE磁盘阵列卡（IDERAID卡）来确保数据安全的人越来越多，如何正确使用IDERAID卡也是个学问。
下面我们就以采用HPT370A/372控制芯片的Rocket100RAID卡为例来给大家做些讲解常见故障与技巧。
安装需知
先找一个空闲的PCI插槽将该卡插进去并将硬盘用硬盘线和该卡安装连接好，安装完适配卡后，在启动计算机的过程中，你会看到该适配卡已成功安装并被系统识别。
而在系统开机时，其控制器的BIOS会显示硬盘状态的信息，按CTRL+H即可进入结构非常清楚的设置菜单，在这里你可以设定磁盘阵列:
两个硬盘可以选择条带模式（RAID0）和镜像模式（RAID1），有三块硬盘的话只能选跨越扩充或条带模式，而四块就可以选跨越模式、条带模式或条带结合镜像模式（RAID0+1），而选用RAID1的话硬盘必须进行同步化。
常见安装故障排除
当Rocket100RAID卡被识别后，板上BIOS开始检测连接设备。
请注意屏幕上出现的设备，如果所连接设备全部被正确扫描出，则说明设备已正确连接并被系统识别，再安装好驱动之后你即可使用RAID功能了。
而如果其中有的设备没有被识别出，你可打开机箱，将所连接设备的电源线是否插牢，必要时换一个电源插头试一试;所连接设备的数据线是否正确连接并已插牢，必要时换一根数据线试一试;如果一根数据线上接有两个设备，请确认这两个设备的主从跳线是否设置冲突（一根数据线上的两个设备必须为一主一从）。
硬盘容量的选择
考虑到系统的操作性能及磁盘的利用率，我们建议你最好使同样容量的硬盘。
但你如果一定要用不同容量的磁盘，需要注意的是整个阵列的容量要由该阵列中最小容量的硬盘决定，例如在由3个磁盘组成的RAID0阵列中，总容量等于最小磁盘的容量的3倍。
在RAID1阵列中，目标盘的容量不能小于源盘的容量。
该阵列的总容量就等于最小磁盘的容量。
但是JBOD是个例外，两个或更多的不同容量的硬盘可以组合起来，形成一个逻辑单盘。
BIOS设置须知
IDERAID卡是即插即用设备，所以，你不必改变系统CMOS。
系统会自动指出中断及端口的地址。
而在CMOS设置中将所有设备处于none或unstalled状态时，即可将IDERAID卡设为启动卡;或将SCSI设备调为启动序列的第1位，也可将RAID卡设为启动卡。
RAID损坏了怎么办？
如果一个RAID级别被破坏了，可以按以下操作进行检查:
先关闭计算机的电源，检查硬盘电源的连接，以及数据线是否与硬盘和RAID控制卡连接正常再重新开机;如果以上操作仍不能解决问题，可能是硬盘的问题，对于RAID1和RAID0+1，可以用一个新的硬盘将已经被破坏的硬盘上的数据进行备份，所有的数据都不会丢失的。
对于RAID0和JBOD，必须先删除原有的RAID级别，再进行RAID创建，但要注意，此动作会使硬盘的所有数据丢失，所以，对RAID0和JBOD，请务必经常对数据进行备份。
RAID磁盘阵列数据恢复指南
RAID磁盘阵列设备，在使用过程中，经常会遇到一些常见故障，这也使得RAID在给我们带来海量存储空间的应用之外，也带来了很多难以估计的数据风险。
本文将重点介绍RAID常见故障及相关处理方式。
RAID故障注意事项
1、数据丢失后，用户千万不要对硬盘进行任何操作，将硬盘按顺序卸下来，用镜像软件将每块硬盘做成镜像文件，也可以交给专业数据恢复中心进行。
2、不要对Raid卡进行Rebuild操作，否则会加大恢复数据的难度。
3、标记好硬盘在Raid卡上面的顺序。
4、一旦出现问题，可以拨打专业数据恢复中心的咨询电话找专业工程师进行咨询，切忌自己试图进行修复，除非你确信自己有足够的技术和经验来处理数据风险。
常见Raid故障及可恢复性分析
1、软件故障：
a．突然断电造成RAID磁盘阵列卡信息的丢失的数据恢复。
b．重新配置RAID阵列信息，导致的数据丢失恢复。
c．如果磁盘顺序出错，将会导致系统不能识别数据。
d．误删除、误格式化、误分区、误克隆、文件解密、命毒损坏等数据恢复工作。
2、硬件损坏：
a．raid一般都会有几块硬盘，其中某一块硬盘出现损坏，数据将无法读取。
b．raid出现坏道，导致数据丢失，这种恢复成功率比较大。
c．如果硬盘同时出现两块以上的损坏，恢复工作非常复杂，成功率比较低。
案例一
2009年2月，某机械制造集团的网管拨打了唯实数据恢复中心的服务电话，该公司的一台服务器，不知为何突然无法启动，数据无法读取。
该服务器是采用RAID5的工作方式。
唯实数据恢复中心的工程师根据用户的陈述初步判断是硬盘的排列顺序问题。
这是一个五块75G的阵列服务器，要做这块硬盘数据，至少要有400G空间。
恢复步骤如下：
*分别对每块硬盘进行镜像，不要在原盘进行操作，以免造成二次破坏。
*通过计算首先来判断，硬盘的排列顺序，只有顺序对数据才会出来，否则数据恢复跟本是不可能会出来的。
*判断完毕这后，对这五个镜像文件来进行恢复。
三天后，数据成功找回。
raid数据恢复注意事项
在RAID有一基本概念称为EDAP（ExtendedDataAvailabilityandProtection），其强调扩充性及容错机制，也是各家厂商如:
Mylex，IBM，HP，Compaq，Adaptec，Infortrend等诉求的重点，包括在不须停机情况下可处理以下动作:
RAID磁盘阵列支援自动检测故障硬盘。
RAID磁盘阵列支援重建硬盘坏轨的资料。
RAID磁盘阵列支援支持不须停机的硬盘备援HotSpare。
RAID磁盘阵列支援支持不须停机的硬盘替换HotSwap。
RAID磁盘阵列支援扩充硬盘容量等。
一旦RAID阵列出现故障
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