RAID

RAID（Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列）是一种将多个物理硬盘组合成一个逻辑单元，以提高数据可靠性和性能的技术。RAID有多种级别，每种级别的功能、性能和冗余特性不同，常见的RAID形式包括以下几种：

1. RAID 0（条带化，Striping）

• 特点：数据在多个磁盘上分块存储，交替分布在不同磁盘上。
• 冗余：没有冗余，数据没有备份，一旦一个磁盘损坏，整个阵列的数据都会丢失。
• 性能：读写性能高，因为数据被同时写入和读取多个磁盘。
• 用途：适用于追求高读写速度且不关心数据安全的应用，如临时存储、缓存。
• 优点：读写速度极快。
• 缺点：没有数据冗余，磁盘故障会导致数据丢失。

2. RAID 1（镜像，Mirroring）

• 特点：数据同时写入两个或多个磁盘，所有数据都有一个副本（镜像）。
• 冗余：有冗余，至少有一个完整的备份，如果一个磁盘损坏，数据仍然可以从其他磁盘恢复。
• 性能：读取速度较快（可以从多个磁盘读取），写入速度较慢（因为需要同时写入多个磁盘）。
• 用途：适用于需要高数据安全性但性能要求不高的应用，如关键数据存储。
• 优点：数据安全性高，能防止单个磁盘故障。
• 缺点：存储效率较低，只能使用50%的存储空间（两块磁盘存储相同的数据）。

3. RAID 5（分布式奇偶校验，Striping with Parity）

• 特点：数据和奇偶校验信息分布在所有磁盘上。RAID 5需要至少3块磁盘，奇偶校验信息用于在磁盘损坏时恢复数据。
• 冗余：有冗余，允许一块磁盘损坏而不丢失数据。
• 性能：读取性能好，写入性能较差（因为需要计算并写入奇偶校验信息）。
• 用途：适用于需要良好性能和冗余的场景，如文件服务器和数据仓库。
• 优点：数据冗余和存储效率都比较好，通常只损失1块磁盘的存储空间来存储奇偶校验信息。
• 缺点：写入性能较差，恢复过程复杂，重建时间长。

4. RAID 6（双奇偶校验，Double Parity）

• 特点：类似于RAID 5，但它存储了两组奇偶校验信息，能容忍两块磁盘同时损坏。
• 冗余：有冗余，允许两块磁盘损坏而不丢失数据。
• 性能：读取性能好，写入性能比RAID 5更慢（因为需要计算和写入两组奇偶校验）。
• 用途：适用于需要高可靠性、并能容忍多磁盘损坏的环境，如大规模数据存储和关键系统。
• 优点：更高的数据安全性，能容忍两块磁盘的故障。
• 缺点：写入性能较差，存储效率较低，重建时间更长。

5. RAID 10（RAID 1+0，镜像和条带化结合）

• 特点：结合RAID 1的镜像和RAID 0的条带化，数据既被分条存储在多个磁盘上，又有镜像备份。需要至少4块磁盘。
• 冗余：有冗余，允许多个磁盘损坏，只要不在同一镜像对中。
• 性能：读写性能都较好（条带化提高性能，镜像提供冗余）。
• 用途：适用于既需要高性能，又需要高数据安全性的场景，如数据库服务器和高负载应用。
• 优点：读写性能好，数据安全性高。
• 缺点：磁盘利用率低，成本较高，50%的存储空间用于镜像。

6. RAID 50（RAID 5+0）

• 特点：将RAID 5的分布式奇偶校验与RAID 0的条带化结合。RAID 50通过将多个RAID 5阵列做条带化实现。
• 冗余：有冗余，每个RAID 5阵列允许一块磁盘损坏。
• 性能：读取性能较好，写入性能中等。
• 用途：适用于需要兼顾高性能和一定冗余的环境。
• 优点：比RAID 5性能更好，数据安全性也更高。
• 缺点：需要更多磁盘，成本较高。

7. RAID 60（RAID 6+0）

• 特点：结合RAID 6的双奇偶校验和RAID 0的条带化。
• 冗余：有冗余，每个RAID 6阵列允许两块磁盘损坏。
• 性能：读取性能好，写入性能一般。
• 用途：适用于需要非常高数据安全性和较高性能的场景。
• 优点：能容忍更多磁盘故障，数据安全性高。
• 缺点：写入性能较慢，存储效率低，成本高。

总结

RAID 各种级别之间主要的区别在于冗余能力和性能表现：

• RAID 0：无冗余，最高性能。
• RAID 1：数据安全性高，但性能和空间效率较低。
• RAID 5/6：折中方案，提供奇偶校验冗余，较好的读取性能和一定的写入开销。
• RAID 10：高性能与高安全性的结合，磁盘利用率较低。

RAID 的可用存储空间计算主要取决于RAID级别和参与的磁盘数量 ( n ) 。每种 RAID 级别的空间计算方式有所不同，以下是常见 RAID 级别下的可用空间计算方式：

1. RAID 0（条带化）

• 总磁盘数：( n )
• 可用空间：( n \times \text{单盘容量} )
• 原因：RAID 0 没有冗余机制，因此所有磁盘的空间都可以用来存储数据。
• 举例：如果有 5 块 1TB 的磁盘，RAID 0 的可用空间为 ( 5 \times 1TB = 5TB )。

2. RAID 1（镜像）

• 总磁盘数：( n )
• 可用空间：( \frac{n}{2} \times \text{单盘容量} )
• 原因：RAID 1 实现的是镜像，每个磁盘都需要有一个镜像备份。因此，实际可用空间为总磁盘容量的一半。
• 举例：如果有 4 块 1TB 的磁盘，RAID 1 的可用空间为 ( \frac{4}{2} \times 1TB = 2TB )。

3. RAID 5（奇偶校验）

• 总磁盘数：( n )（至少 3 块磁盘）
• 可用空间：( (n - 1) \times \text{单盘容量} )
• 原因：RAID 5 使用 1 块磁盘的空间来存储奇偶校验信息，剩余磁盘的空间用于存储数据。
• 举例：如果有 6 块 1TB 的磁盘，RAID 5 的可用空间为 ( (6 - 1) \times 1TB = 5TB )。

4. RAID 6（双奇偶校验）

• 总磁盘数：( n )（至少 4 块磁盘）
• 可用空间：( (n - 2) \times \text{单盘容量} )
• 原因：RAID 6 使用 2 块磁盘的空间来存储奇偶校验信息，剩余磁盘的空间用于存储数据。
• 举例：如果有 6 块 1TB 的磁盘，RAID 6 的可用空间为 ( (6 - 2) \times 1TB = 4TB )。

5. RAID 10（RAID 1+0）

• 总磁盘数：( n )（至少 4 块磁盘，偶数）
• 可用空间：( \frac{n}{2} \times \text{单盘容量} )
• 原因：RAID 10 是 RAID 1 和 RAID 0 的结合，磁盘以镜像对的方式组成，因此总空间为总磁盘容量的一半。
• 举例：如果有 8 块 1TB 的磁盘，RAID 10 的可用空间为 ( \frac{8}{2} \times 1TB = 4TB )。

6. RAID 50（RAID 5+0）

• 总磁盘数：( n )
• 可用空间：((n - \text{每组中的1块磁盘数}) \times \text{单盘容量})
• 原因：RAID 50 结合了 RAID 5 和 RAID 0，分为多个 RAID 5 组，每组的奇偶校验占用 1 块磁盘的空间。
• 举例：如果有 6 块磁盘组成两个 3 磁盘的 RAID 5 组，RAID 50 的可用空间为 ( (3-1) + (3-1) = 4 \text{块磁盘容量} )。

7. RAID 60（RAID 6+0）

• 总磁盘数：( n )
• 可用空间：((n - \text{每组中的2块磁盘数}) \times \text{单盘容量})
• 原因：RAID 60 结合了 RAID 6 和 RAID 0，分为多个 RAID 6 组，每组的奇偶校验占用 2 块磁盘的空间。
• 举例：如果有 8 块磁盘组成两个 4 磁盘的 RAID 6 组，RAID 60 的可用空间为 ( (4-2) + (4-2) = 4 \text{块磁盘容量} )。

总结：