RAID的三個技術

RAID 中主要有三個關鍵概念和技術：鏡像（ Mirroring ）、資料條帶（ Data Stripping ）和資料校驗（ Data parity ） 。

鏡像

        将資料複制到多個磁盤，一方面可以提高可靠性，另一方面可并發從兩個或多個副本讀取資料來提高讀性能。顯而易見，鏡像的寫性能要稍低， 確定資料正确地寫到多個磁盤需要更多的時間消耗。

        鏡像是一種備援技術，為磁盤提供保護功能，防止磁盤發生故障而造成資料丢失。對于 RAID 而言，采用鏡像技術 典型地 将會同時在陣列中産生兩個完全相同的資料副本，分布在兩個不同的磁盤驅動器組上。鏡像提供了完全的資料備援能力，當一個資料副本失效不可用時，外部系統仍可正常通路另一副本，不會對應用系統運作和性能産生影響。而且，鏡像不需要額外的計算和校驗，故障修複非常快，直接複制即可。鏡像技術可以從多個副本進行并發讀取資料，提供更高的讀 I/O 性能，但不能并行寫資料，寫多個副本會會導緻一定的 I/O 性能降低。

　　鏡像技術提供了非常高的資料安全性，其代價也是非常昂貴的，需要至少雙倍的存儲空間。高成本限制了鏡像的廣泛應用，主要應用于至關重要的資料保護，這種場合下資料丢失會造成巨大的損失。另外，鏡像通過“ 拆分 ”能獲得特定時間點的上資料快照，進而可以實作一種備份視窗幾乎為零的資料備份技術。

資料條帶

       将資料分片儲存在多個不同的磁盤，多個資料分片共同組成一個完整資料副本，這與鏡像的多個副本是不同的，它通常用于性能考慮。資料條帶具有更高的并發粒度，當通路資料時，可以同時對位于不同磁盤上資料進行讀寫操作， 進而獲得非常可觀的 I/O 性能提升 。

        磁盤存儲的性能瓶頸在于磁頭尋道定位，它是一種慢速機械運動，無法與高速的 CPU 比對。再者，單個磁盤驅動器性能存在實體極限， I/O 性能非常有限。 RAID 由多塊磁盤組成，資料條帶技術将資料以塊的方式分布存儲在多個磁盤中，進而可以對資料進行并發處理。這樣寫入和讀取資料就可以在多個磁盤上同時進行，并發産生非常高的聚合 I/O ，有效提高了整體 I/O 性能，而且具有良好的線性擴充性。這對大容量資料尤其顯著，如果不分塊，資料隻能按順序存儲在磁盤陣列的磁盤上，需要時再按順序讀取。而通過條帶技術，可獲得數倍與順序通路的性能提升。

　　資料條帶技術的分塊大小選擇非常關鍵。條帶粒度可以是一個位元組至幾 KB 大小，分塊越小，并行處理能力就越強，資料存取速度就越高，但同時就會增加塊存取的随機性和塊尋址時間。實際應用中，要根據資料特征和需求來選擇合适的分塊大小，在資料存取随機性和并發處理能力之間進行平衡，以争取盡可能高的整體性能。

        資料條帶是基于提高 I/O 性能而提出的，也就是說它隻關注性能， 而對資料可靠性、可用性沒有任何改善。實際上，其中任何一個資料條帶損壞都會導緻整個資料不可用，采用資料條帶技術反而增加了資料發生丢失的概念率。

資料校驗

        利用備援資料進行資料錯誤檢測和修複，備援資料通常采用海明碼、異或操作等算法來計算獲得。利用校驗功能，可以很大程度上提高磁盤陣列的可靠性、魯棒性和容錯能力。不過，資料校驗需要從多處讀取資料并進行計算和對比，會影響系統性能。 不同等級的 RAID 采用一個或多個以上的三種技術，來獲得不同的資料可靠性、可用性和 I/O 性能。至于設計何種 RAID （甚至新的等級或類型）或采用何種模式的 RAID ，需要在深入了解系統需求的前提下進行合理選擇，綜合評估可靠性、性能和成本來進行折中的選擇。

       鏡像具有高安全性、高讀性能，但備援開銷太昂貴。資料條帶通過并發性來大幅提高性能，然而對資料安全性、可靠性未作考慮。資料校驗是一種備援技術，它用校驗資料來提供資料的安全，可以檢測資料錯誤，并在能力允許的前提下進行資料重構。相對鏡像，資料校驗大幅縮減了備援開銷，用較小的代價換取了極佳的資料完整性和可靠性。資料條帶技術提供高性能，資料校驗提供資料安全性， RAID 不同等級往往同時結合使用這兩種技術。

　　采用資料校驗時， RAID 要在寫入資料同時進行校驗計算，并将得到的校驗資料存儲在 RAID 成員磁盤中。校驗資料可以集中儲存在某個磁盤或分散存儲在多個不同磁盤中，甚至校驗資料也可以分塊，不同 RAID 等級實作各不相同。當其中一部分資料出錯時，就可以對剩餘資料和校驗資料進行反校驗計算重建丢失的資料。校驗技術相對于鏡像技術的優勢在于節省大量開銷，但由于每次資料讀寫都要進行大量的校驗運算，對計算機的運算速度要求很高，必須使用硬體 RAID 控制器。在資料重建恢複方面，檢驗技術比鏡像技術複雜得多且慢得多。

　　海明校驗碼和 異或校驗是兩種最為常用的 資料校驗算法。海明校驗碼是由理查德.海明提出的，不僅能檢測錯誤，還能給出錯誤位置并自動糾正。海明校驗的基本思想是：将有效資訊按照某種規律分成若幹組，對每一個組作奇偶測試并安排一個校驗位，進而能提供多位檢錯資訊，以定位錯誤點并糾正。可見海明校驗實質上是一種多重奇偶校驗。異或校驗通過異或邏輯運算産生，将一個有效資訊與一個給定的初始值進行異或運算，會得到校驗資訊。如果有效資訊出現錯誤，通過校驗資訊與初始值的異或運算能還原正确的有效資訊。