磁盘阵列（RAID）技术介绍
RAID 历史
1988 年美国加州大学伯克利分校的 D.A.Patterson 教授等首次在论文 “A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks” 中提出了 RAID 概念，即廉价冗余磁盘阵列（ Redundant Array of Inexpensive Disks）。由于当时大容量磁盘比较昂贵，RAID 的基本思想是将多个容量较小、相对廉价的磁盘进行有机组合，从而以较低的成本获得与昂贵大容量磁盘相当的容量、性能、可靠性。随着磁盘成本和价格的不断降低，” 廉价” 已经变得毫无意义。因此，RAID 咨询委员会（RAID Advisory Board，RAB）决定用 “独立” 替代 “廉价”，于是 RAID 变成了独立磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks）。但这仅仅是名称的变化，实质内容并没有改变。
RAID 等级
RAID 这种设计思想很快被业界接纳，RAID 技术作为高性能、高可靠的存储技术，得到了非常广泛的应用。RAID 主要利用镜像、数据条带和数据校验三种技术来获取高性能、可靠性、容错能力和扩展性，根据对这三种技术的使用策略和组合架构，可以把 RAID 分为不同的等级，以满足不同数据应用的需求。
D.A.Patterson 教授等的论文中定义了 RAID0 ~ RAID6 原始 RAID 等级。随后存储厂商又不断推出 RAID7、RAID10、RAID01、RAID50、RAID53、RAID100 等 RAID 等级，但这些并无统一的标准。目前业界与学术界公认的标准是 RAID0 ~ RAID6，而在实际应用领域中使用最多的 RAID 等级是 RAID0、RAID1、RAID3、RAID5、RAID6 和 RAID10。
RAID 每一个等级代表一种实现方法和技术，等级之间并无高低之分。在实际应用中，应当根据用户的数据特点，综合考虑可用性、性能和成本来选择合适的 RAID 等级，以及具体的实现方式。
RAID 等级的读法
RAID0、RAID1、RAID10、RAID100 等通常按数字逐位读出，例如 RAID10 读作 "RAID 一零"，而不是 "RAID 十"。
RAID 分类
从实现角度来看，RAID 主要分为软 RAID、硬 RAID 以及混合 RAID 三种。
软 RAID
所有功能都是由操作系统和 CPU 来完成，没有独立的 RAID 控制处理芯片和 I/O 处理芯片，性能是最低的，但成本也是最低。
硬 RAID
配备了专门的 RAID 控制处理芯片和 I/O 处理芯片以及阵列缓冲，不占用 CPU 资源。性能是最高的，但成本也是最高。
混合 RAID
具备 RAID 控制处理芯片，但没有专门的 I/O 处理芯片，需要 CPU 和驱动程序来处理 I/O。性能和成本介于软 RAID 和硬 RAID 之间。
RAID 关键技术
镜像技术
镜像技术是一种冗余技术，为磁盘提供数据备份功能，防止磁盘发生故障而造成数据丢失。对于 RAID 而言，镜像技术最典型地的用法就是，同时在磁盘阵列中产生两个完全相同的数据副本，并且分布在两个不同的磁盘上。
镜像技术提供了完全的数据冗余能力，当一个数据副本失效不可用时，外部系统仍可正常访问另一副本，不会对应用系统运行和性能产生影响。而且，镜像不需要额外的计算和校验，故障修复非常快，直接复制即可。
镜像技术支持从多个副本并发读取以提升读性能；写入时会同时写入所有副本（支持并行写），但由于需要等待全部磁盘写入完成，写性能通常不会提升，反而可能略有下降，最终写入速度取决于写入最慢的那块磁盘。
镜像技术提供了非常高的数据安全性，其代价也是非常昂贵的，需要至少双倍的存储空间。高成本限制了镜像的广泛应用，主要应用于至关重要的数据保护，这种场合下的数据丢失可能会造成非常巨大的损失。
数据条带化技术
- 数据条带化技术是一种自动将 I/O 操作负载均衡到多个物理磁盘上的技术。更具体地说就是，将一块连续的数据分成很多小部分并把它们分别存储到不同磁盘上。这就能使多个进程可以并发访问数据的多个不同部分，从而获得最大程度上的 I/O 并行能力，极大地提升性能。
数据校验技术
数据校验技术是指 RAID 在写入数据的同时进行校验计算，并将得到的校验数据存储在 RAID 成员磁盘中。校验数据可以集中保存在某个磁盘或分散存储在多个不同磁盘中。当其中一部分数据出错时，就可以对剩余数据和校验数据进行反校验计算重建丢失的数据。
数据校验技术相对于镜像技术的优势在于节省大量存储开销，但由于每次数据读写都要进行大量的校验运算，对计算机的 CPU 运算速度要求很高，且必须使用硬件 RAID 控制器。在数据重建恢复方面，检验技术比镜像技术复杂得多且慢得多。
RAID 常见等级详解
JBOD
- JBOD（Just a Bunch of Disks，磁盘簇），表示一个没有控制软件提供协调控制的磁盘集合，这是 RAID 区别与 JBOD 的主要因素。JBOD 将多个物理磁盘串联起来，提供一个巨大的逻辑磁盘。
- JBOD 的数据存放机制是由第一块磁盘开始按顺序往后存储，当前磁盘的存储空间用完后，再依次往后面的磁盘存储数据。JBOD 存储性能完全等同于单块磁盘，而且也不提供数据安全保护。
- JBOD 本质上只是简单提供一种扩展存储空间的机制，JBOD 可用存储容量等于所有成员磁盘的存储空间之和。
- JBOD 通常是指磁盘柜，而不论其是否提供 RAID 功能。不过，JBOD 并非官方术语，官方称为
Spanning。
RAID0
RAID0 是一种简单的、无数据校验的数据条带化技术。实际上不是一种真正的 RAID，因为它并不提供任何形式的冗余策略。RAID0 将所在磁盘条带化后组成大容量的存储空间，将数据分散存储在所有磁盘中，以独立访问方式实现多块磁盘的并读访问。
一个由 N 块磁盘组成的 RAID0，它的理论读写性能是单个磁盘性能的 N 倍，但由于总线带宽等多种因素的限制，实际的性能提升低于理论值。
由于 RAID0 可以并发执行 I/O 操作，总线带宽得到充分利用，并且不需要进行数据校验，因此 RAID0 的性能在所有 RAID 等级中是最高的。
RAID0 具有低成本、高读写性能、100% 的高存储空间利用率等优点，但是它不提供数据冗余保护，一旦磁盘损坏，将无法恢复数据。
RAID0 的适用场景：
- 对数据的顺序读写速度要求不高，对数据的安全性和可靠性要求不高，但对系统性能要求很高的场景，比如：
- 视频剪辑 / 渲染缓存（临时素材处理，追求高读写速度）
- 游戏加载盘（加快加载速度，对数据丢失不敏感）
- 缓存服务器（如临时缓存、CDN 缓存数据）
- 大数据 / 科学计算临时数据盘（中间结果可丢失）
RAID0 与 JBOD 相同点：
- 存储容量：都是成员磁盘容量总和
- 磁盘利用率都是 100%，即都没有做任何的数据冗余备份
RAID0 与 JBOD 不同点：
- JBOD：数据是顺序存放的，一个磁盘存满后才会开始存放到下一个磁盘
- RAID0：通过数据条带技术将数据分布到多个磁盘，实现并行读写，在理想情况下其读写性能可接近单盘的 N 倍（N 为磁盘数量），但实际性能会受到硬件和访问模式等因素影响
RAID1
RAID1 是一种镜像技术，它将数据完全一致地分别写到工作磁盘和镜像磁盘，它的磁盘空间利用率为 50%。
RAID1 支持从多个副本并发读取以提升读性能，写入时会同时写入所有副本（支持并行写），但由于需要等待全部磁盘写入完成，写性能通常不会提升，反而可能略有下降。
RAID1 提供了最佳的数据保护，一旦工作磁盘发生故障，系统将自动切换到镜像磁盘，不会影响使用。
RAID1 是为了增强数据安全性使两块磁盘数据呈现完全镜像，从而达到安全性好、技术简单、管理方便。RAID1 拥有完全容错的能力，但实现成本高。
RAID1 的适用场景：
- 对顺序读写性能要求较高，或对数据安全性要求较高的场景，比如：
- 数据库服务器（如订单、用户数据，要求高可靠性）
- 金融交易系统（不允许丢失数据）
- 企业文件服务器 / NAS（重要文件存储）
- 操作系统盘（保证系统不因磁盘损坏而宕机）
RAID10
RAID10 是一个 RAID1 与 RAID0 的组合体，所以它继承了 RAID1 的高安全性和 RAID0 的高性能。
RAID10 是先进行数据镜像（RAID1），再在多个镜像组之间进行数据条带化（RAID0），即先保证数据冗余，再提升读写性能。
RAID10 与 RAID01 的核心区别
- RAID10：先冗余（镜像），再提速（条带化）
- RAID01：先提速（条带化），再冗余（镜像），可靠性不如 RAID10
RAID01
RAID01 是一个 RAID0 与 RAID1 的组合体，所以它继承了 RAID0 的高性能和 RAID1 的高安全性。
RAID01 是先进行数据条带化（RAID0），再对条带后的数据整体做镜像（RAID1），即先提升读写性能，再保证数据冗余。
RAID01 的可靠性低于 RAID10，一旦某个条带组中的一块磁盘损坏，整个条带组都会失效，从而使磁盘阵列退化为单一镜像组，容错能力较弱。
RAID10 与 RAID01 的选择建议
RAID10 的容错率（可靠性）要比 RAID01 高，所以生产环境中一般是不使用 RAID01，而是使用 RAID10。