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RAID磁盘阵列术语详解
RAID磁盘阵列术语详解
RAID是英文RedundantArrayofIndependentDisks的缩写，翻译成中文意思是“独立磁盘冗余阵列”，有时也简称磁盘阵列（DiskArray）。
简单的说，RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。
组成磁盘阵列的不同方式成为RAID级别（RAIDLevels）。
数据备份的功能是在用户数据一旦发生损坏后，利用备份信息可以使损坏数据得以恢复，从而保障了用户数据的安全性。
在用户看起来，组成的磁盘组就像是一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等。
总之，对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。
不同的是，磁盘阵列的存储速度要比单个硬盘高很多，而且可以提供自动数据备份。
RAID技术的两大特点：
一是速度、二是安全，由于这两项优点，RAID技术早期被应用于高级服务器中的SCSI接口的硬盘系统中，随着近年计算机技术的发展，ＰＣ机的CPU的速度已进入GHz 时代。
IDE接口的硬盘也不甘落后，相继推出了ATA66和ATA100硬盘。
这就使得RAID技术被应用于中低档甚至个人ＰＣ机上成为可能。
RAID通常是由在硬盘阵列塔中的RAID控制器或电脑中的RAID卡来实现的。
RAID技术经过不断的发展，现在已拥有了从 RAID0 到 6 七种基本的RAID 级别。
另外，还有一些基本RAID级别的组合形式，如RAID10（RAID0与RAID1的组合），RAID50（RAID0与RAID5的组合）等。
不同RAID 级别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本。
但我们最为常用的是下面的几种RAID形式。
（1）RAID0
（2）RAID1 （3）RAID0+1 （4）RAID3 （5）RAID5
RAID级别的选择有三个主要因素：
可用性（数据冗余）、性能和成本。
如果不要求可用性，选择RAID0以获得最佳性能。
如果可用性和性能是重要的而成本不是一个主要因素，则根据硬盘数量选择RAID1。
如果可用性、成本和性能都同样重要，则根据一般的数据传输和硬盘的数量选择RAID３、RAID５。
RAID0
RAID0又称为Stripe（条带化）或Striping，它代表了所有RAID级别中最高的存储性能。
RAID0提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取，这样，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行，每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。
这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能。
如图所示：
系统向三个磁盘组成的逻辑硬盘（RADI0 磁盘组）发出的I/O数据请求被转化为3项操作，其中的每一项操作都对应于一块物理硬盘。
我们从图中可以清楚的看到通过建立RAID0，原先顺序的数据请求被分散到所有的三块硬盘中同时执行。
从理论上讲，三块硬盘的并行操作使同一时间内磁盘读写速度提升了3倍。
但由于总线带宽等多种因素的影响，实际的提升速率肯定会低于理论值，但是，大量数据并行传输与串行传输比较，提速效果显著显然毋庸置疑。
RAID0的缺点是不提供数据冗余，因此一旦用户数据损坏，损坏的数据将无法得到恢复。
RAID0具有的特点，使其特别适用于对性能要求较高，而对数据安全不太在乎的领域，如图形工作站等。
对于个人用户，RAID0也是提高硬盘存储性能的绝佳选择。
目前RAID技术大致分为两种：
基于硬件的RAID技术和基于软件的RAID技术。
这两种技术都将在近期成为性能比较适中的产品，并联用户提供可行的数据保护措施。
其中基于硬件的RAID解决方案比基于软件RAID技术在使用性能和服务性能上稍胜一筹，具体表现在检测和修复多位错误的能力、RAID保护的可引导阵列、错误磁盘自动检测、剩余空间取代和阵列重建、共有的或指定的剩余空间和彩色编码报警等许多方面优于后者。
另外，还提供从单一控制实施的对多RAID安装、多操作系统远程检测和管理的能力。
从安装过程来看，两种RAID解决方案的安装过程都比较容易，安装耗时也相差无几。
从CPU占有率来看，基于硬件的RAID显然能够减少CPU的中断次数，同时降低主PCI总线的数据流量。
从而是系统的性能产生一个提升。
从I/O占用角度考虑，两种解决方案的差别并不算很大。
基于硬件的RAID方案仅在下列两方面有一定优势；减少RAID5阵列在降级模式的运行时间；平行引导阵列的能力。
另外，在硬件解决方案中，可以采用RAID0/1取代RAID1来提高性能。
软件RAID是级别0，它使多个硬盘看起来像一个磁盘，但是速度比任何单个磁盘快得多，因为驱动器被并行访问。
软件RAID可以用IDE或SCSI控制器，也可以使用任何磁盘组合。
在软件RAID 中不能提供如下功能：
硬盘热拔插,硬盘热备用,远程阵列管理,可引导阵列支持,在硬盘上实现阵列配置,SMART硬盘支持等.
RAID1
RAID1又称为Mirror或Mirroring（镜像），它的宗旨是最大限度的保证用户数据的可用性和可修复性。
RAID1的操作方式是把用户写入硬盘的数据百分之百地自动复制到另外一个硬盘上。
如图所示：
当读取数据时，系统先从RAID0的源盘读取数据，如果读取数据成功，则系统不去管备份盘上的数据；如果读取源盘数据失败，则系统自动转而读取备份盘上的数据，不会造成用户工作任务的中断。
当然，我们应当及时地更换损坏的硬盘并利用备份数据重新建立Mirror，避免备份盘在发生损坏时，造成不可挽回的数据损失。
由于对存储的数据进行百分之百的备份，在所有RAID级别中，RAID1提供最高的数据安全保障。
同样，由于数据的百分之百备份，备份数据占了总存储空间的一半，因而Mirror（镜像）的磁盘空间利用率低，存储成本高。
Mirror虽不能提高存储性能，但由于其具有的高数据安全性，使其尤其适用于存放重要数据，如服务器和数据库存储等领域.
RAID0+1
正如其名字一样RAID0+1是RAID0和RAID1的组合形式，也称为RAID10。
以四个磁盘组成的RAID0+1为例，其数据存储方式如图所示：
RAID0+1是存储性能和数据安全兼顾的方案。
它在提供与RAID1一样的数据安全保障的同时，也提供了与RAID0近似的存储性能。
由于RAID0+1也通过数据的100%备份功能提供数据安全保障，因此RAID0+1的磁盘空间利用率与RAID1相同，存储成本高。
RAID0+1的特点使其特别适用于既有大量数据需要存取，同时又对数据安全性要求严格的领域，如银行、金融、商业超市、仓储库房、各种档案管理等。
这种RAID就像是由RAID 0和RAID 1组合而成。
方法就是镜像一个串行集和或将镜像做串行格式化。
这样的效果是相同的。
因为使用了串行结构，所以读写性能极佳，只要没有损坏的硬盘需要重新镜像。
系统也十分可靠，因为数据在另外一部硬盘上还是有一份完整的备份。
不过必须比RAID 0多用一倍的硬盘数来达到相同的容量。
先DISK1和DISK2做RAID0，DISK3和DISK4做RAID0。
在做这两个虚拟盘的RAID1。
容量是DISK1+DISK2，DISK3和DISK4作为备份。
RAID3
RAID3是把数据分成多个“块”，按照一定的容错算法，存放在N+1个硬盘上，实际数据占用的有效空间为N个硬盘的空间总和，而第N+1个硬盘上存储的数据是校验容错信息，当这N+1个硬盘中的其中一个硬盘出现故障时，从其它N个硬盘中的数据也可以恢复原始数据，这样，仅使用这N个硬盘也可以带伤继续工作（如采集和回放素材），当更换一个新硬盘后，系统可以重新恢复完整的校验容错信息。
由于在一个硬盘阵列中，多于一个硬盘同时出现故障率的几率很小，所以一般情况下，使用RAID3，安全性是可以得到保障的。
与RAID0相比，RAID3在读写速度方面相对较慢。
使用的容错算法和分块大小决定RAID使用的应用场合，在通常情况下，RAID3比较适合大文件类型且安全性要求较高的应用，如视频编辑、硬盘播出机、大型数据库等.
详述：
RAID 3采用的是一种较为简单的校验实现方式，使用一个专门的磁盘存放所有的校验数据，而在剩余的磁盘中创建带区集分散数据的读写操作。
例如，在一个由4块硬盘构成的RAID 3系统中，3块硬盘将被用来保存数据，第四块硬盘则专门用于校验。
这种配置方式可以用3+1的形式表示
第四块硬盘中的每一个校验块所包含的都是其它3块硬盘中对应数据块的校验信息。
RAID 3的成功之处就在于不仅可以象RAID 1那样提供容错功能，而且整体开销从RAID 1的50%下降为25%（RAID 3+1）。
随着所使用磁盘数量的增多，成本开销会越来越小。
举例来说，如果我们使用7块硬盘，那么总开销就会将到12.5%（1/7）。
在不同情况下，RAID 3读写操作的复杂程度不同。
最简单的情况就是从一个完好的RAID 3系统中读取数据。
这时，只需要在数据存储盘中找到相应的数据块进行读取操作即可，不会增加任何额外的系统开销。
当向RAID 3写入数据时，情况会变得复杂一些。
即使我们只是向一个磁盘写入一个数据块，也必须计算与该数据块同处一个带区的所有数据块的校验值，并将新值重新写入到校验块中。
例如，当我们向上图中的绿色数据块写入数据时，必须重新计算所有3个绿色数据块的校验值，然后重写位于第四块硬盘的绿色校验块。
由此我们可以看出，一个写入操作事实上包含了数据读取（读取带区中的关联数据块），校验值计算，数据块写入和校验块写入四个过程。
系统开销大大增加。
我们可以通过适当设置带区的大小使RAID系统得到简化。
如果某个写入操作的长度恰好等于一个完整带区的大小（全带区写入），那么我们就不必再读取带区中的关联数据块计算校验值。
我们只需要计算整个带区的校验值，然后直接把数据和校验信息写入数据盘和校验盘即可。
到目前为止，我们所探讨的都是正常运行状况下的数据读写。
下面，我们再来看一下当硬盘出现故障时，RAID系统在降级模式下的运行情况。
RAID 3虽然具有容错能力，但是系统会受到影响。
当一块磁盘失效时，该磁盘上的所有数据块必须使用校验信息重新建立。
如果我们是从好盘中读取数据块，不会有任何变化。
但是如果我们所要读取的数据块正好位于已经损坏的磁盘，则必须同时读取同一带区中的所有其它数据块，并根据校验值重建丢失的数据。
当我们更换了损坏的磁盘之后，系统必须一个数据块一个数据块的重建坏盘中的数据。
整个过程包括读取带区，计算丢失的数据块和向新盘写入新的数据块，都是在后台自动进行。
重建活动最好是在RAID系统空闲的时候进行，否则整个系统的性能会受到严重的影响。
RAID 3的性能问题
除了我们在上文讨论过的有关数据写入和降级模式的问题之外，在使用RAID 3的过程中还有其他一些性能上的问题需要引起我们的注意。
RAID 3所存在的最大一个不足同时也是导致RAID 3很少被人们采用的原因就是校验盘很容易成为整个系统的瓶颈。
我们已经知道RAID 3会把数据的写入操作分散到多个磁盘上进行，然而不管是向哪一个数据盘写入数据，都需要同时重写校验盘中的相关信息。
因此，对于那些经常需要执行大量写入操作的应用来说，校验盘的负载将会很大，无法满足程序的运行速度，从而导致整个RAID系统性能的下降。
鉴于这种原因，RAID 3更加适合应用于那些写入操作较少，读取操作较多的应用环境，例如数据库和WEB服务器等。
RAID5
RAID5 是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。
以四个硬盘组成的RAID5为例，其数据存储方式如图4所示：
图中，P0为D0，D1和D2的奇偶校验信息，其它以此类推。
由图中可以看出，RAID5不对存储的数据进行备份，而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。
当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。
RAID5可以理解为是RAID0和RAID1的折衷方案。
RAID5可以为系统提供数据安全保障，但保障程度要比Mirror低而磁盘空间利用率要比Mirror高。
RAID5具有和RAID0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。
同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息，RAID5的磁盘空间利用率要比RAID1高，存储成本相对较低。
图1用于接SATA接口硬盘的RAI卡,可接4个硬盘
图2用于接IDE接口硬盘的RAI卡（可接2个硬盘）
RAID2
电脑在写入数据时在一个磁盘上保存数据的各个位，同时把一个数据不同的位运算得到的海明校验码保存另一组磁盘上，由于海明码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。
但海明码使用数据冗余技术，使得输出数据的速率取决于驱动器组中速度最慢的磁盘。
RAID2控制器的设计简单。
RAID3：
带奇偶校验码的并行传送
RAID3使用一个专门的磁盘存放所有的校验数据，而在剩余的磁盘中创建带区集分散数据的读写操作。
当一个完好的RAID3系统中读取数据，只需要在数据存储盘中找到相应的数据块进行读取操作即可。
但当向RAID3写入数据时，必须计算与该数据块同处一个带区的所有数据块的校验值，并将新值重新写入到校验块中，这样无形虽增加系统开销。
当一块磁盘失效时，该磁盘上的所有数据块必须使用校验信息重新建立，如果所要读取的数据块正好位于已经损坏的磁盘，则必须同时读取同一带区中的所有其它数据块，并根据校验值重建丢失的数据，这使系统减慢。
当更换了损坏的磁盘后，系统必须一个数据块一个数据块的重建坏盘中的数据，整个系统的性能会受到严重的影响。
RAID3最大不足是校验盘很容易成为整个系统的瓶颈，对于经常大量写入操作的应用会导致整个RAID系统性能的下降。
RAID3适合用于数据库和WEB服务器等。
RAID4
RAID4即带奇偶校验码的独立磁盘结构，RAID4和RAID3很象，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，RAID4的特点和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。
RAID6
RAID6即带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构，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，使用了二种奇偶校验值，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，很少人用。
RAID7
RAID7即优化的高速数据传送磁盘结构，它所有的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和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，当多用户访问系统时，访问时间几乎接近于0。
但如果系统断电，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，RAID7系统成本很高。
RAID53
RAID7即高效数据传送磁盘结构，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。
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。
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。
一.通过硬件控制芯片实现IDERAID的方法
在RAID家族里，RAID0和RAID1在个人电脑上应用最广泛，毕竟愿意使用4块甚至更多的硬盘来构筑RAID0+1或其他硬盘阵列的个人用户少之又少，因此我们在这里仅就这两种RAID方式进行讲解。
我们选择支持IDE-RAID功能的升技KT7A-RAID主板，一步一步向大家介绍IDE-RAID的安装。
升技KT7A-RAID集成的是HighPoint370芯片，支持RAID0、1、0+1。
做RAID自然少不了硬盘，RAID0和RAID1对磁盘的要求不一样，RAID1（Mirror）磁盘镜像一般要求两块（或多块）硬盘容量一致，而RAID0（Striping）磁盘一般没有这个要求，当然，选用容量相似性能相近甚至完全一样的硬盘比较理想。
为了方便测试，我们选用两块60GB的希捷酷鱼Ⅳ硬盘（BarracudaATA Ⅳ、编号ST360021A）。
系统选用Duron750MHz的CPU，2×128MB樵风金条SDRAM，耕升GeForce2Pro显卡，应该说是比较普通的配置，我们也希望借此了解构建RAID所需的系统要求。
1.RAID0的创建
第一步
首先要备份好硬盘中的数据。
很多用户都没有重视备份这一工作，特别是一些比较粗心的个人用户。
创建RAID对数据而言是一项比较危险的操作，稍不留神就有可能毁掉整块硬盘的数据，我们首先介绍的RAID0更是这种情况，在创建RAID0时，所有阵列中磁盘上的数据都将被抹去，包括硬盘分区表在内。
因此要先准备好一张带Fdisk与Format命令的Windows98启动盘，这也是这一步要注意的重要事项。
第二步
将两块硬盘的跳线设置为Master，分别接上升技KT7A-RAID的IDE3、IDE4口（它们由主板上的HighPoint370芯片控制）。
由于RAID0会重建两块硬盘的分区表，我们就无需考虑硬盘连接的顺序（下文中我们会看到在创建RAID1时这个顺序很重要）。
第三步
对BIOS进行设置，打开ATARAIDCONTROLLER。
我们在升技KT7A-RAID主板的BIOS中进入INTEGRATEDPERIPHERALS选项并开启ATA100RAIDIDECONTROLLER。
升技建议将开机顺序全部改为ATA100RAID，实际我们发现这在系统安装过程中并不可行，难道没有分区的硬盘可以启动吗？
因此我们仍然设置软驱作为首选项。
第四步
接下来的设置步骤是创建RAID0的核心内容，我们以图解方式向大家详细介绍：
1.系统BIOS设置完成以后重启电脑，开机检测时将不会再报告发现硬盘。
2.磁盘的管理将由HighPoint370芯片接管。
3.下面是非常关键的HighPoint370BIOS设置，在HighPoint370磁盘扫描界面同时按下“Ctrl”和“H”。
4.进入HighPoint370BIOS设置界面后第一个要做的工作就是选择“CreateRAID”创建RAID。
5.在“ArrayMode（阵列模式）”中进行RAID模式选择，这里能够看到RAID0、RAID1、RAID0+1和Span的选项，在此我们选择了RAID0项。
6.RAID模式选择完成会自动退出到上一级菜单进行“DiskDrives（磁盘驱动器）”选择，一般来说直接回车就行了。
7.下一项设置是条带单位大小，缺省值为64kB，没有特殊要求可以不予理睬。
8.接着是“StartCreate（开始创建）”的选项，在你按下“Y”之前，请认真想想是否还有重要的数据留在硬盘上，这是你最后的机会！
一旦开始创建RAID，硬盘上的所有数据都会被清除。
9.创建完成以后是指定BOOT启动盘，任选一个吧。
按“Esc”键退出，当然少不了按下“Y”来确认一下。
HighPoint370BIOS没有提供类似“ExitWithoutSave”的功能，修改设置后是不可逆转的
第五步
再次重启电脑以后，我们就可以在屏幕上看到“Striping（RAID0）forArray#0”字样了。
插入先前制作的启动盘，启动DOS。
打开Fdisk程序，咦？
怎么就一个硬盘可见？
是的，RAID阵列已经整个被看作了一块硬盘，对于操作系统而言，RAID完全透明，我们大可不必费心RAID磁盘的管理，这些都由控制芯片完成。
接下来按照普通单硬盘方法进行分区，你会发现“这个”硬盘的容量“变”大了，仔细算算，对，总容量就是两块硬盘相加的容量！
我们可以把RAID0的读写比喻成拉链，它把数据分开在两个硬盘上，读取数据会变得更快，而且不会浪费磁盘空间。
在分区和格式化后千万别忘了激活主分区。
第六步
选择操作系统让我们颇费周折，HighPoint370芯片提供对Windows98/NT/2000/XP的驱动支持，考虑到使RAID功能面向的是相对高级的用户，所以我们选择了对新硬件支持更好的WindowsXPProfessional英文版（采用英文版系统主要是为了方便后面的Winbench测试，大家自己使用RAID完全可以用中文版的操作系统），Windows2000也是一个不错的选择，但是硬件支持方面显然不如WindowsXPProfessional。
第七步
对于采用RAID的电脑，操作系统的安装和普通情况下不一样，让我们看看图示，这是在WindowsXP完成第一步“文件复制”重启以后出现的画面，安装程序会以英文提示“按下F6安装SCSI设备或RAID磁盘”，这一过程很短，而且用户往往会忽视屏幕下方的提示。
按下F6后出现安装选择，选择“S”将安装RAID控制芯片驱动，选择“Enter”则不安装。
按下“S”键会提示插入RAID芯片驱动盘。
键入回车，安装程序自动搜索驱动盘上的程序，选择“WinXP”那一个并回车。
如果所提供的版本和WindowsXPProfesional内置的驱动版本不一致，安装程序会给出提示让用户进行选择。
按下“S”会安装软盘所提供的而按下“Enter”则安装WindowsXPProfessional
自带的驱动。
按下“S”后又需要确认，这次是按“Enter”（这个……确认太多了
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