热插拔硬盘

介绍Raid技术以前，我们有必要简单介绍一下热插拔硬盘。

一些面向高端应用的磁盘镜像系统都可以提供磁盘的热插拔功能。所谓热插拔功能，就是允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损害的硬盘。如果没有热插拔功能，即使磁盘损坏不会造成数据的丢失，用户仍然需要暂时关闭系统，以便能够对硬盘进行更换。现在，使用热插拔技术只要简单的打开连接开关或者转动手柄就可以直接取出硬盘，而系统仍然可以不间断的正常运行。

硬盘具有响应速度快、传输速率高和存储非线性的特点，随着技术的不断发展，基于硬盘的存储方式有了很大的飞跃，但无论采用什么方式的存储结构，RAID技术是所有存储产品容错的通用方法。

RAID是英文Redundant Array of Inexpensive Disks的缩写，中文简称为“磁盘阵列”。其英文原意可译为，“廉价硬盘冗余阵列”。虽然RAID包含多块磁盘，但是在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。RAID技术分为几种不同的等级，分别可以提供不同的速度，安全性和性价比。

在通常情况下，RAID有以下几种，RAID 0，RAID 1，RAID 3，RAID 5。下面我们就以下表概括说明各级RAID的作用以及对硬件环境的要求。

RAID级别	RAID 0	RAID 1	RAID 3	RAID 5
容错性	无	有	有	有
冗余类型	无	复制	奇偶校验	奇偶校验
热备份选择	无	有	有	有
硬盘个数要求	一个或多个	偶数个	至少3个	至少3个
有效硬盘容量	全部硬盘容量	全部硬盘容量的50%	硬盘容量：n-1/n	硬盘容量：n-1/n
存储方式	数据分块循环存储到各个硬盘	每块硬盘有一块对应的镜像盘	数据以位或字节交叉方式存储到n个硬盘	数据以块交叉方式轮流存入n个硬盘

有上表可以看出，如果您的系统有Raid 5的要求，您至少需要购买3块硬盘。所以有些采购人员认为仅购买了Raid卡就能实现Raid功能的想法不是完全正确的。Raid 0

RAID 0最简单的实现方式就是把几块硬盘串联在一起创建一个大的卷集。磁盘之间的连接既可以使用硬件的形式通过智能磁盘控制器实现，也可以使用操作系统中的磁盘驱动程序以软件的方式实现。采用Raid 0的磁盘系统没有任何容错性，而且任一硬盘的损坏意味着整个阵列的损坏，硬盘越多可靠性越低。通过对Raid控制器的设置，可是实现多个硬盘并发完成读写操作。数据均匀分布在各个硬盘上，可以组成任意大小的硬盘阵列，因此可以实现很大的存储容量和很高的读取速度。

Raid 1

Raid 1又称为“磁盘镜像”。其原理是在两个硬盘之间建立完全的镜像，即所有数据被同时存放到两块硬盘上。当一块硬盘出现故障时，系统可以从另一块硬盘自动读取数据以保护系统的正常运行，因此安全性得到保证。但是在这种情况下，系统的成本大大提高，因为系统的实际容量只有50%。

校验

在介绍Raid 3和Raid 5之前，我们先来谈谈何谓“校验”，因为相对于前两种Raid方式，Raid 3与Raid增加的主要是奇偶校验的功能。RAID 3和RAID 5都分别使用了校验的概念提供容错能力。简单的说，我们可以把校验想象为一种二进制的校验和，一个可以告诉你其它所有字位是否正确的特殊位。在数据通信领域，奇偶校验被用来确定数据是否被正确传送。例如，对于每一个字节，我们可以简单计算数字位1的个数，并在字节内加入附加校验位。在数据的接收方，如果数字位1的个数为奇数，而我们使用的又是奇数校验的话，则说明该字节是正确的。同样对偶数校验也是如此。然而，如果数字位1的个数和校验位的奇偶性不一致的话，则说明数据在传送过程中出现了错误。

RAID系统也采用了相似的校验方法，可以在磁盘系统中创建校验块，校验块中的每一位都用来对其它关联块中的所有对应位进行校验。

在数据通讯领域，虽然校验位可以告诉我们某个字节是否正确，但是无法告诉我们到底是哪一位出现了问题。这就是说我们可以检测错误，但是不能改正错误。对于RAID，这是远远不够的。固然错误的检测非常重要，但是如果不能对错误进行修复，我们就无法提高整个系统的可靠性。

举个例子来说，假设我们发现校验块中第10个字节的第5位不正确。如果这个校验块包含的是另外8个数据块的校验信息，那么哪一个数据块才是问题的罪魁祸首呢？也许你可能会想为每一个数据块都建立一个校验块就可以解决问题。但是这种方法很难实现。事实上，RAID主要是借助磁盘控制器的错误报告检测错误位置，并进行修复。如果磁盘控制器在读取数据时没有发出任何“抱怨”，那么系统将会视该数据为正确数据，继续使用。Raid 3

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，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。

Raid 3虽然有容错功能，但是由于任何数据盘在写数据时都要重写校验盘中的相关信息，因此对于那些需要大量写操作的应用来说，Raid 3的系统效率很低，而且校验盘的负载会很大，无法满足系统运行速度的要求，从而导致整个Raid系统性能的下降。基于这种情况Raid 3更适于那种写操作较少，读取操作较多的应用，比如数据库和WEB服务器等。

Raid 5

由于一个盘上既有数据又有校验码，因而可以解决在Raid 3中多盘争用校验盘的校验盘的问题，使得同一组内可进行并行写操作。但它在写入时的校验运算处理上开销大，不适合输入输出数据量很大的图像信号存储。

RAID 5和RAID 3的最大区别在于RAID 5不是把所有的校验块集中保存在一个专门的校验盘中，而是分散到所有的数据盘中。RAID 5使用了一种特殊的算法，可以计算出任何一个带区校验块的存放位置。