RAID 1無(wú)工作磁盤(pán)和備份磁盤(pán)之分,多個(gè)磁盤(pán)可同時(shí)動(dòng)作而有重疊(overlaping)讀取的功能,甚至不同的鏡像磁盤(pán)可同時(shí)作寫(xiě)入的動(dòng)作,這是一種最佳化的方式,稱(chēng)為負(fù)載平衡(load-balance)。例如有多個(gè)用戶(hù)在同一時(shí)間要讀取數(shù)據(jù),系統(tǒng)能同時(shí)驅(qū)動(dòng)互相鏡像的磁盤(pán),同時(shí)讀取數(shù)據(jù),以減輕系統(tǒng)的負(fù)載,增加I/O的性能。
RAID 1的磁盤(pán)是以磁盤(pán)延伸的方式形成陣列,而數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)分段的方式作儲(chǔ)存,因而在讀取時(shí),它幾乎和RAID 0有同樣的性能。從RAID的結(jié)構(gòu)就可以很清楚的看出RAID 1和一般磁盤(pán)鏡像的不同。

下圖為RAID 1,每一筆數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存兩份:
從圖可以看出:
R:N(可同時(shí)讀取所有磁盤(pán))
W:N/2(同時(shí)寫(xiě)入磁盤(pán)數(shù))
S:N/2(利用率)

讀取數(shù)據(jù)時(shí)可用到所有的磁盤(pán),充分發(fā)揮數(shù)據(jù)分段的優(yōu)點(diǎn);寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí),因?yàn)橛袀浞?所以要寫(xiě)入兩個(gè)磁盤(pán),其效率是N/2,磁盤(pán)空間的使用率也只有全部磁盤(pán)的一半。
很多人以為RAID 1要加一個(gè)額外的磁盤(pán),形成浪費(fèi)而不看好RAID 1,事實(shí)上磁盤(pán)越來(lái)越便宜,并不見(jiàn)得造成負(fù)擔(dān),況且RAID 1有最好的容錯(cuò)(fault tolerence)能力,其效率也是除RAID 0之外最好的。

在磁盤(pán)陣列的技術(shù)上,從RAID 1到RAID 5,不停機(jī)的意思表示在工作時(shí)如發(fā)生磁盤(pán)故障, 系統(tǒng)能持續(xù)工作而不停頓,仍然可作磁盤(pán)的存取,正常的讀寫(xiě)數(shù)據(jù);而容錯(cuò)則表示即使磁盤(pán)故障,數(shù)據(jù)仍能保持完整,可讓系統(tǒng)存取到正確的數(shù)據(jù),而SCSI的磁盤(pán)陣列更可在工作中抽換磁盤(pán),并可自動(dòng)重建故障磁盤(pán)的數(shù)據(jù)。磁盤(pán)陣列之所以能做到容錯(cuò)及不停機(jī), 是因?yàn)樗腥哂嗟拇疟P(pán)空間可資利用,這也就是Redundant的意義。

RAID 2

RAID 2是把數(shù)據(jù)分散為位(bit)或塊(block),加入海明碼Hamming Code,在磁盤(pán)陣列中作間隔寫(xiě)入nterleaving)到每個(gè)磁盤(pán)中,而且地址(address)都一樣,也就是在各個(gè)磁盤(pán)中,其數(shù)據(jù)都在相同的磁道(cylinder or track)及扇區(qū)中。RAID 2的設(shè)計(jì)是使用共軸同步(spindle synchronize)的技術(shù),存取數(shù)據(jù)時(shí),整個(gè)磁盤(pán)陣列一起動(dòng)作,在各作磁盤(pán)的相同位置作平行存取,所以有最好的存取時(shí)間(accesstime),其總線(bus)是特別的設(shè)計(jì),以大帶寬(band wide)并行傳輸所存取的數(shù)據(jù),所以有最好的傳輸時(shí)間(transfer time)。在大型檔案的存取應(yīng)用,RAID
2有最好的性能,但如果檔案太小,會(huì)將其性能拉下來(lái),因?yàn)榇疟P(pán)的存取是以扇區(qū)為單位,而RAID 2的存取是所有磁盤(pán)平行動(dòng)作,而且是作單位元的存取,故小于一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)量會(huì)使其性能大打折扣。RAID 2是設(shè)計(jì)給需要連續(xù)且大量數(shù)據(jù)的電腦使用的,如大型電腦(mainframe to supercomputer)、作影像處理或CAD/CAM的工作站(workstation)等,并不適用于一般的多用戶(hù)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 (network server),小型機(jī)或PC。

RAID 2的安全采用內(nèi)存陣列(memory array)的技術(shù),使用多個(gè)額外的磁盤(pán)作單位錯(cuò)誤校正(single-bit
correction)及雙位錯(cuò)誤檢測(cè)(double-bit detection);至于需要多少個(gè)額外的磁盤(pán),則視其所采用的方法及結(jié)構(gòu)而定,例如八個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)的陣列可能需要三個(gè)額外的磁盤(pán),有三十二個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)的高檔陣列可能需要七個(gè)額外的磁盤(pán)。

RAID 3

RAID 3的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及存取方式都和RAID 2一樣,但在安全方面以奇偶校驗(yàn)(parity check)取代海明碼做錯(cuò)誤校正及檢測(cè),所以只需要一個(gè)額外的校檢磁盤(pán)(parity disk)。奇偶校驗(yàn)值的計(jì)算是以各個(gè)磁盤(pán)的相對(duì)應(yīng)位作XOR的邏輯運(yùn)算,然后將結(jié)果寫(xiě)入奇偶校驗(yàn)磁盤(pán),任何數(shù)據(jù)的修改都要做奇偶校驗(yàn)計(jì)算,

如某一磁盤(pán)故障,換上新的磁盤(pán)后,整個(gè)磁盤(pán)陣列(包括奇偶校驗(yàn)磁盤(pán))需重新計(jì)算一次,
將故障磁盤(pán)的數(shù)據(jù)恢復(fù)并寫(xiě)入新磁盤(pán)中;如奇偶校驗(yàn)磁盤(pán)故障,則重新計(jì)算奇偶校驗(yàn)值, 以達(dá)容錯(cuò)的要求.

較之RAID 1及RAID 2,RAID 3有85%的磁盤(pán)空間利用率,其性能比RAID 2稍差,因?yàn)橐銎媾夹ｒ?yàn)計(jì)算;共軸同步的平行存取在讀檔案時(shí)有很好的性能,但在寫(xiě)入時(shí)較慢,需要重新計(jì)算及修改奇偶校驗(yàn)磁盤(pán)的內(nèi)容。RAID 3和RAID 2有同樣的應(yīng)用方式,適用大檔案及大量數(shù)據(jù)輸出入的應(yīng)用,并不適用于PC及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

RAID 4

RAID 4也使用一個(gè)校驗(yàn)磁盤(pán),但和RAID 3不一樣 RAID 4是以扇區(qū)作數(shù)據(jù)分段,各磁盤(pán)相同位置的分段形成一個(gè)校驗(yàn)磁盤(pán)分段(parity block),放在校驗(yàn)磁盤(pán)。這種方式可在不同的磁盤(pán)平行執(zhí)行不同的讀取命今,大幅提高磁盤(pán)陣列的讀取性能;但寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí),因受限于校驗(yàn)磁盤(pán),同一時(shí)間只能作一次,啟動(dòng)所有磁盤(pán)讀取數(shù)據(jù)形成同一校驗(yàn)分段的所有數(shù)據(jù)分段,與要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)做好校驗(yàn)計(jì)算再寫(xiě)入。即使如此,小型檔案的寫(xiě)入仍然比RAID 3要快,因其校驗(yàn)計(jì)算較簡(jiǎn)單而非作位(bit level)的計(jì)算;但校驗(yàn)磁盤(pán)形成RAID 4的瓶頸,降低了性能,因有RAID 5而使得RAID 4較少使用。

RAID 5
RAID5避免了RAID 4的瓶頸,方法是不用校驗(yàn)磁盤(pán)而將校驗(yàn)數(shù)據(jù)以循環(huán)的方式放在每一個(gè)磁盤(pán)中, 磁盤(pán)陣列的第一個(gè)磁盤(pán)分段是校驗(yàn)值,第二個(gè)磁盤(pán)至后一個(gè)磁盤(pán)再折回第一個(gè)磁盤(pán)的分段是數(shù)據(jù),然后第二個(gè)磁盤(pán)的分段是校驗(yàn)值,從第三個(gè)磁盤(pán)再折回第二個(gè)磁盤(pán)的分段是數(shù)據(jù),以此類(lèi)推,直到放完為止。圖中的第一個(gè)parity block是由A0,A1...,B1,B2計(jì)算出來(lái),第二個(gè)parity block是由B3,B4,...,C4,D0計(jì)算出來(lái),也就是校驗(yàn)值是由各磁盤(pán)同一位置的分段的數(shù)據(jù)所計(jì)算出來(lái)。這種方式能大幅增加小檔案的存取性能,不但可同時(shí)讀取,甚至有可能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)寫(xiě)入的動(dòng)作,如可寫(xiě)入數(shù)據(jù)到磁盤(pán)1而其parity block在磁盤(pán)2,同時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)到磁盤(pán)4而其parity block在磁盤(pán)1,這對(duì)聯(lián)機(jī)交易處理 (OLTP,On-Line Transaction Processing)如銀行系統(tǒng)、金融、股市等或大型數(shù)據(jù)庫(kù)的處理提供了最佳的解決方案(solution),因?yàn)檫@些應(yīng)用的每一筆數(shù)據(jù)量小,磁盤(pán)輸出入頻繁而且必須容錯(cuò)。事實(shí)上RAID 5的性能并無(wú)如此理想,因?yàn)槿魏螖?shù)據(jù)的修改,都要把同一parityblock的所有數(shù)據(jù)讀出來(lái)修改后,做完校驗(yàn)計(jì)算再寫(xiě)回去,也就是RMW cycle(Read-Modify-Write cycle,這個(gè)cycle沒(méi)有包括校驗(yàn)計(jì)算);正因?yàn)闋恳欢鴦?dòng)全身,所以:
R:N(可同時(shí)讀取所有磁盤(pán))
W:1(可同時(shí)寫(xiě)入磁盤(pán)數(shù))
S:N-1(利用率)