07、RocketMQ 实战 - 磁盘阵列RAID
1 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 ” ，于时 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，实质内容没有改变。
内存：32m 6.4G（IBM 10.1G）
2 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 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
数据应用特点，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。
3 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，采用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。镜像技术可以从多个副本进行并发读取数据，提供更高的读 I/O 性能，但
不能并行写数据，写多个副本通常会导致一定的 I/O 性能下降。
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 要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。
4 RAID分类
从实现角度看， RAID 主要分为软 RAID、硬 RAID 以及混合 RAID 三种。
软 RAID
所有功能均有操作系统和 CPU 来完成，没有独立的 RAID 控制处理芯片和 I/O 处理芯片，效率自然最
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。效率很高，但成
本也很高。
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 和驱动程序来完成。性能和成本在软
RAID 和硬 RAID 之间。
5 常见RAID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。
其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 常指磁盘柜，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。
理论上讲，一个由 n 块磁盘组成的 RAID0 ，它的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。由于可以并发执行 I/O 操作，总线带宽得到充分利用。
再加上不需要进行数据校验， 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
旦数据损坏，将无法恢复。
应用场景：对数据的顺序读写要求不高，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。
RAID0与JBOD相同点：
1）存储容量：都是成员磁盘容量总和
2）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
RAID：各个磁盘中的数据写入是并行的，是通过数据条带技术写入的。其读写性能是JBOD的n
倍
RAID1
RAID1 就是一种镜像技术，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 在数据写入时，响应时间会有所影响，但是读数据的时候没有影响。 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。
应用场景：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。
RAID10
RAID10是一个RAID1与RAID0的组合体，所以它继承了RAID0的快速和RAID1的安全。
简单来说就是，先做条带，再做镜像。发即将进来的数据先分散到不同的磁盘，再将磁盘中的数据做
镜像。
RAID01
RAID01是一个RAID0与RAID1的组合体，所以它继承了RAID0的快速和RAID1的安全。
简单来说就是，先做镜像再做条带。即将进来的数据先做镜像，再将镜像数据写入到与之前数据不同
的磁盘，即再做条带。
RAID10要比RAID01的容错率再高，所以生产环境下一般是不使用RAID01的。