随着电子产品的发展，电脑和手机的普及，很多有用的东西都不再写下来而是存储在电子产品中，因此人们的数据越来越重要，工作学习资料，照片视频，聊天沟通记录等等。
部分人的数据并不多丢失了也不要紧，或者可以用移动硬盘备份和网盘备份。但是越来越多的人因工作或者兴趣原因，有着大量的重要的数据，这样还用移动硬盘或网盘并不方便，于是用于企业的RAID方案开始进入了普通消费者群体。
RAID是什么？很多人对RAID的概念就是如果有一个硬盘坏了，数据不会丢失。真的是这样么？是不是就这么简单呢？
首先，我们先简单了解一下RAID。RAID（Redundant Array of Independent Disks），独立冗余磁盘阵列（历史原因，以前叫Redundant Array of Inexpensive Disks，廉价冗余磁盘阵列，主要是现在的硬盘价格的平民化），是由多个独立的高性能磁盘驱动器组成的磁盘子系统，从而提供比单个磁盘更高的存储性能和数据冗余的技术。
因此RAID具有：大容量、高性能、可靠性、可管理的特性，而优劣的关键指标是：提高数据可靠性和 I/O 性能。
RAID 中主要有三个关键概念和技术：
1、镜像
镜像是一种冗余技术，为磁盘提供保护功能，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 典型地 将会同时在阵列中产生两个完全相同的数据副本，分布在两个不同的磁盘驱动器组上。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，写多个副本会会导致一定的 I/O 性能降低。
镜像技术提供了非常高的数据安全性，但价也是非常昂贵的，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，这种场合下数据丢失会造成巨大的损失。另外，镜像通过“ 拆分 ”能获得特定时间点的上数据快照，从而可以实现一种备份窗口几乎为零的数据备份技术。
2、数据条带
磁盘存储的性能瓶颈在于磁头寻道定位，它是一种慢速机械运动，无法与高速的 CPU 匹配。再者，单个磁盘驱动器性能存在物理极限， I/O 性能非常有限。 RAID 由多块磁盘组成，数据条带技术将数据以块的方式分布存储在多个磁盘中，从而可以对数据进行并发处理。这样写入和读取数据就可以在多个磁盘上同时进行，并发产生非常高的聚合 I/O ，有效提高了整体 I/O 性能，而且具有良好的线性扩展性。这对大容量数据尤其显著，如果不分块，数据只能按顺序存储在磁盘阵列的磁盘上，需要时再按顺序读取。而通过条带技术，可获得数倍与顺序访问的性能提升。
数据条带技术的分块大小选择非常关键。条带粒度可以是一个字节至几 KB 大小，分块越小，并行处理能力就越强，数据存取速度就越高，但同时就会增加块存取的随机性和块寻址时间。实际应用中，要根据数据特征和需求来选择合适的分块大小，在数据存取随机性和并发处理能力之间进行平衡，以争取尽可能高的整体性能。数据条带是基于提高 I/O 性能而提出的，也就是说它只关注性能， 而对数据可靠性、可用性没有任何改善。实际上，其中任何一个数据条带损坏都会导致整个数据不可用，采用数据条带技术反而增加了数据发生丢失的概念率。
3、数据校验
镜像具有高安全性、高读性能，但冗余开销太昂贵。数据条带通过并发性来大幅提高性能，然而对数据安全性、可靠性未作考虑。数据校验是一种冗余技术，它用校验数据来提供数据的安全，可以检测数据错误，并在能力允许的前提下进行数据重构。相对镜像，数据校验大幅缩减了冗余开销，用较小的代价换取了极佳的数据完整性和可靠性。数据条带技术提供高性能，数据校验提供数据安全性， RAID 不同等级往往同时结合使用这两种技术。
采用数据校验时， RAID 要在写入数据同时进行校验计算，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，甚至校验数据也可以分块，不同 RAID 等级实现各不相同。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。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，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分若干个级别：常见的有0、1、5、6。以及多个RAID再组成一个新的RAID，根据组合的不同，常见的有10、01、50和60（分别是多个RAID1/5/6再用RAID0的方式组成一个新的）。
RAID 0是一种简单的、无数据校验的数据条带化技术：需要2个以上硬盘，可以更多。一份数据按照一定大小拆开，平均分散存储在组成RAID 0的各个磁盘上，又称条带。容量是单个硬盘的N倍，持续读写速度也是单个硬盘的N倍。数据安全方面，如果一个硬盘坏了，整个阵列上的数据都会丢失。
RAID 1称为镜像，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%：通常只有两个硬盘，一份数据同时存储在两个硬盘上。容量和单个硬盘一样，写入性能和单个硬盘一样，读取性能是单个硬盘的两倍。数据安全方面，如果一个硬盘坏了，另外一个硬盘可以正常使用；用新硬盘替换掉旧硬盘可以重建RAID1。
RAID 5是目前最常见的 RAID 等级，对于数据和校验数据，它们的写操作可以同时发生在完全不同的磁盘上：需要3个以上硬盘，可以更多。一份数据按照一定大小拆开，并且按照特定的算法，每N-1份数据计算一份校验数据，拆分的数据和校验数据平均分散存储在组成RAID 5的各个磁盘上。容量是单个硬盘的N-1倍，持续读取速度是单个硬盘的N-1倍，持续写入速度要看RAID控制器的性能和写入策略，理论上最高写入速度可以达到单个硬盘的N-1倍。数据安全方面，如果一个硬盘坏了，阵列会降级为RAID0运行；用新硬盘替换旧硬盘可以重建RAID5。
RAID 6双重校验：和RAID5类似，但多生成一份校验数据，也就比同等配置的RAID5多需要一块硬盘，而容量性能不变。如果一块硬盘坏了会降级为RAID5，两块硬盘坏了降级为RAID0。RAID6 很少得到个人青睐，主要用于对数据安全等级要求非常高的企业场合。它一般是替代 RAID10 方案的经济性选择。
组合RAID：RAID10是先做镜象，然后再做条带。 RAID01则是先做条带，然后再做镜象。
从数据存储的逻辑位置来看，在正常的情况下RAID01和RAID10是完全一样的，而且每一个读写操作所产生的IO数量也是一样的，所以在读写性能上两者没什么区别。而当有磁盘出现故障时，RAID10的读性能将优于RAID01，所以综合来说RAID10要优于RAID01。
从实现角度来看： RAID 主要分为软 RAID、硬 RAID 以及软硬混合 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，但成本很高。
软硬混合 RAID 具备 RAID 控制 / 处理芯片，但缺乏 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。
RAID5重建失败率分析
上面说了，RAID5允许一块硬盘失效，失效后可以替换一块新硬盘重建RAID5，然而这只是理论上的情况。这里需要引入2个概念：URE、MTBF
BRE（bit error rate），现在各家硬盘厂商的Datasheet中通常叫URE（Nonrecoverable Read Errors，不可恢复读取错误），也就是“写入硬盘的数据，在读取时遇到不可修复的读错误的概率”。
例如：酷鱼、铁狼（4TB及以下型号）：1/10e-4
我们知道，BER便宜的SATA硬盘要比昂贵的SAS硬盘的误码率（BER）要高得多，具体区别在于：遇到读取不过去，或者写入不过去的坏道时，家用硬盘会花费1分钟以上的时间去尝试纠正错误，纠正不了就直接用备用扇区代替，这个时间超过阵列控制器能容忍的限度，所以遇到这种情况直接掉盘；企业级的磁盘会把这项工作放在后台进行，不需要停顿1分钟左右的时间，从而不影响阵列运行。在BER 硬盘误码率上没有任何区别。
如示例测算：
每读取1bit数据，有一百万亿（1后面14个零）分之一的概率出现不可恢复的错误。磁盘读取错误产生的原因很多，磁盘盘片上的磁性单元失效，电路问题，宇宙射线，磁盘震动都有可能导致读取错误，不过每个磁盘扇区都有一段CRC数据可以用来纠错。然而纠错机制只能在一定范围内生效，单个扇区发生的错误多了就无法纠正了，这时就产生URE了。从数字上来看，这个概率还是很小的，然而当单个硬盘容量达到1TB，也就是10e12字节，8*10e12bit的时候，这就不是一个可以忽略的数字了。
因此，RAID 5中的驱动器发生故障，则剩余的每个硬盘都必须从头到尾“完美”的读取一遍，否则将会导致数据丢失。使用7 1个1 TB容量硬盘，这意味着必须读取7 TB。1/10e-14的误码率为意味着有44％的概率无法做到（“完美”读取7TB数据）。
MTBF（Mean Time Between Failure），即平均无故障工作时间，产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。
例如：WD Caviar RE2 7200 RPM 硬盘，MTBF 高达 120万小时，保修 5年。120万小时约为137年，并不是说该种硬盘每只均能工作137年不出故障。由MTBF=1/λ可知λ=1/MTBF=1/137年，即该硬盘的平均年（1）故障率约为0.7%（λ），一年内，平均1000只硬盘有7只会出故障。
从数学角度说，每个磁盘的平均无故障时间 (MTBF) 大约为 50 万至 150 万小时(也就是每 50～150 年发生一次硬盘损坏)。实际往往不能达到这种理想的情况，在大多数散热和机械条件下，都会造成硬盘正常工作的时间大幅减少。考虑到每个磁盘的寿命不同，阵列中的任何磁盘都可能出现问题，从统计学角度说，阵列中 N 个磁盘发生故障的机率比单个磁盘发生故障的机率要大 N 倍。结合上述因素，如果阵列中的磁盘数量合理，且这些磁盘的平均无故障时间 (MTBF) 较短，那么在磁盘阵列的预期使用寿命过程中，就很有可能发生磁盘故障(比方说每几个月或每隔几年就会发生一次故障)。
两块磁盘同时损坏的几率有多大呢(“同时”就是指一块磁盘尚未完全修复时另一块磁盘也坏掉了)?如果说 RAID 5 阵列的MTBF相当于MTBF^2，那么这种几率为每隔10^15个小时发生一次(也就是1万多年才出现一次)，因此不管工作条件如何，发生这种情况的概率是极低的。从数学理论角度来说，是有这种概率，但在现实情况中我们并不用考虑这一问题。不过有时却是会发生两块磁盘同时损坏的情况，我们不能完全忽略这种可能性，但两块磁盘同时损坏的原因与MTBF基本没有任何关系。
但实际中5年内硬盘的最高年平均故障率为8.6%（估算按10%），如果考虑到RAID 5重建过程中还有其它IO应用，或者RAID卡重建性能较差，导致重建速度降低，假设平均写入速度只有20MB/s，则重建时间约为14小时，重建过程中出现第二个硬盘故障的概率为0.11%。也就是大概每1000次重建可能出现1次第二个硬盘故障，在一个部署了上万硬盘并且均组成RAID5阵列的数据中心中，几乎每年都会发生一例。
RAID的不解之谜
对比上面分析，重建过程中第二块硬盘出现故障导致重建失败的概率，8个1TB硬盘低速重建也不过0.11%，但因为URE导致重建失败的概率则是高达约44%。如果有热备盘（RAID6或RAID1），其意义在于RAID卡/驱动发现单个硬盘故障的时候，可以马上进入重建过程。假设没有热备盘，需要24小时后才能开始重建，按照前面的计算，8个1TB硬盘组成的RAID 5的重建时间从14小时延长到38小时，这个期间第二块硬盘发生故障的概率约为0.30%，和发生URE导致重建失败的42.85%相比，几乎可以忽略了。
因此，当前大容量硬盘组成的RAID5重建失败，并非是两个硬盘同时坏导致的（不过从另一个角度来说，可以认为一个硬盘坏的时候，另外一个硬盘已经存在隐患，全盘读取会导致隐患暴露）。
值得安慰的是，发生URE导致重建失败，并非意味着全部数据丢失，数据基本上都还在是可以恢复的，只是根据不同的RAID实现方案，可能需要不同的恢复方案（麻烦 专业）。但是又因为URE的存在，这两种方案都可能会丢失一个或多个文件。严重的话，丢失文件系统结构的元数据（Metadata），会导致文件系统崩溃，只能通过数据恢复软件对整个阵列进行全盘扫描来恢复，这样恢复的成功率就很低了。好在通常元数据很小，发生这种情况的概率也很低。
所以：作为RAID 5的替代方案
1、经济条件允许的，采购支持RAID 6的卡，多牺牲一块硬盘的容量组建RAID 6。
2、DIY NAS的，使用支持ZFS的操作系统，多牺牲一块硬盘容量组RAID Z2。
3、使用成品NAS的，牺牲一块硬盘容量组RAID 10（四盘位）或者RAID 6（5盘位及以上）
4、玩不转Linux/BSD/Solaris的，又不需要阵列的持续性能的，用SnapRAID 计划任务。想安全的话，多牺牲一块硬盘组双校验盘的SnapRAID，等效RAID 6；经济原因或者机箱位置不够的，组单校验盘的SnapRAID也可以，因为SnapRAID是基于文件生成校验数据，即使碰到URE也只会丢失单个文件。
最后：RAID不是备份，重要数据，请做好备份。
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