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【国内电子数据取证厂商龙信科技】RAID存储技术

news 2025/8/14 9:35:09

一、前言

想必大家在做一些服务器或者一些大型的公司或者自己本地会遇到一些很多磁盘放在一起，大家知道是磁盘阵列，但是不知道如何去固定或者如何去做一个很好的取证。下面我们就是对磁盘阵列做一个知识介绍，让大家对于磁盘阵列有一个初步的了解。

二、RAID是什么

RAID是英文Redundant Array of Independent Disks的缩写，中文简称为独立磁盘冗余磁盘阵列。简单的说，RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。

组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别（RAID Levels）。在用户看起来，组成的磁盘组就像是一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等。总之，对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。不同的是，磁盘阵列的存储速度要比单个硬盘高很多，而且可以提供自动数据备份。数据备份的功能是在用户数据一旦发生损坏后，利用备份信息可以使损坏数据得以恢复，从而保障了用户数据的安全性。

三、RAID的技术以及优势

RAID的主要功能：

通过对硬盘上的数据进行条带化，实现对数据成块存取，减少硬盘的机械寻道时间，提高了数据存取速度。通过对一阵列中的几块硬盘同时读取（并行访问），减少了硬盘的机械寻道时间，提高了数据存取速度。通过镜像或者存储奇偶校验信息的方式，实现了对数据的冗余保护。

实现功能的两种方式：

１、硬件硬件RAID：使用专用的RAID适配器、硬盘控制器或存储处理器。RAID控制器有自己的处理器、I/O处理芯片和内存，用来提高资源利用率和数据传输速度。RAID控制器管理路由、缓冲区、控制主机与RAID间数据流。硬件RAID通常在服务器中使用。

2、软件RAID：软件实现的RAID没有它自己的处理器或I/O处理芯片，而是完全依赖于主机处理器。因此，低速CPU不能满足RAID实施的要求。软件RAID通常在企业级存储设备上使用。

总结RAID的技术优势：

1、把多个硬盘组合成一个逻辑盘组，以提供更大容量的存储。

2、将数据分割成数据块，对多个硬盘并行进行写入/读出，提高硬盘访问速度。

3、通过提供镜像或奇偶校验来提供容错。

四、RAID数据保护方式

1、冗余备份：拿出额外的硬盘，对数据进行保存备份。

2、奇偶校验算法：使用用户数据计算出额外的信息，同样的道理使用奇偶校验的RAID类型，必须拿出额外的校验硬盘。奇偶校验算法采用的是异或算法（XOR）。

奇偶校验算法：

XOR运算广泛地使用在数字电子和计算机科学中。

XOR校验的算法——相同为假，相异为真： 0⊕0= 0； 0⊕1= 1； 1⊕0= 1； 1⊕1= 0；

异域校验冗余备份：

这样不管哪块硬盘出现了损坏，都可以通过剩余的两块硬盘来推算出损坏的数据；前提是拿出了一块额外的校验硬盘来保证数据的安全。

五、RAID数据组织形式

条带（strip）：硬盘中单个或多个连续的扇区构成一个条带，它是一块硬盘上进一次数据读写的最小单元。它是组成分条的元素。

分条（stipe）：同一个硬盘阵列中，多个硬盘驱动器上的相同位置的条带（或者说相同编号）。

分条深度：一个条带的大小。

分条宽度：一个分条中，数据盘成员的个数。

六、常用的RAID级别

RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘，提高了硬盘的读写性和数据安全性，根据不同的组合方式分为不同的RAID级别。

１、RAID0技术是把多块（至少两块）物理硬盘通过工具绑在一起，组成一个大的虚拟存储设备，并将数据分成几块分别依次写入到各个物理硬盘中。如图1所示，数据被分成多段分别写入到不同的硬盘中，即数据分别保存到disk1和disk2中，最终实现提升读取、写入的速度。

优势：数据读取写入最快，最大优势提高硬盘容量，比如3块80G的硬盘做raid0可用总容量为240G。速度是一样。

缺点：无冗余能力，如果任意中的一块硬盘发生故障，将会导致整个系统的数据都受到破坏。

2、RAID1是磁盘阵列中单位成本最高的一种方式。因为它的原理是在往磁盘写数据的时候，将同一份数据无差别的写两份到磁盘，分别写到工作磁盘和镜像磁盘，那么它的实际空间使用率只有50%了，两块磁盘当做一块用，这是一种比较昂贵的方案。

RAID1其实与RAID0效果刚好相反。RAID1这种写双份的做法，就给数据做了一个冗余备份。这样的话，任何一块磁盘损坏了，都可以再基于另外一块磁盘去恢复数据，数据的可靠性非常强，但性能就没那么好了。

3、RAID3，将数据按照RAID0的形式，分成多份同时写入多块磁盘，但是还会另外再留出一块磁盘用于写「奇偶校验码」。例如总共有N块磁盘，那么就会让其中额度N-1块用来并发的写数据，第N块磁盘用记录校验码数据。一旦某一块磁盘坏掉了，就可以利用其它的N-1块磁盘去恢复数据。但是由于第N块磁盘是校验码磁盘，因此有任何数据的写入都会要去更新这块磁盘，导致这块磁盘的读写是最频繁的，也就非常的容易损坏。

RAID5校验位算法原理：P = D1 xor D2 xor D3 … xor Dn （D1,D2,D3 … Dn为数据块，P为校验，xor为异或运算）

RAID5的方式，最少需要三块磁盘来组建磁盘阵列，允许最多同时坏一块磁盘。如果有两块磁盘同时损坏了，那数据就无法恢复了。

4、RAID5、鉴于Raid5技术是因为磁盘设备的成本问题，对读写速度和数据的安全性能而又一定的妥协，但是在企业里更在乎的还是数据本身的价值而非硬盘的价格，因此在生产环境中推荐使用raid10技术。

Raid10是Raid1和Raid0的组合体，如图所示，Raid10技术至少需要4块硬盘来组建，其中先分别两两制成Raid1磁盘阵列，以保证数据的安全性。然后再对两个Raid1磁盘按阵列实施Raid0技术，进一步提高硬盘设备的读写速度。这样从理论上讲，只要坏的不是同一组中的所有磁盘，那么最多可以损坏50%的硬盘设备而不丢失数据。由于Raid10技术击继承了Raid0的高速写速度和Raid1的数据安全性，在不考虑成本的情况下Raid10的性能都超过了Raid5，因此当前成为广泛使用的一种存储技术。

但也可以看出RAID10模式是有一半的磁盘空间用于存储冗余数据的，浪费的很严重。