磁盘冗余阵列RAID详解
2026年01月23日/ 浏览 4
磁盘阵列（全称 “廉价冗余独立磁盘阵列”，RAID）是通过多块硬盘组合的存储技术，核心是通过 “数据条带化（提升速度）”“镜像 / 校验（提升可靠性）” 的不同组合，实现 “速度、容量、可靠性” 的平衡，常见 RAID 级别及特点如下：
一、RAID 的核心定位
通过多硬盘协同，解决单硬盘 “速度慢、容量小、易损坏” 的问题，是服务器、数据中心等场景的主流存储方案。
二、常见 RAID 级别的详细说明
结合资料内容，补充核心参数（容量、容错、适用场景）：
RAID 级别
核心原理
容量计算
容错能力
优缺点
适用场景
RAID-0
数据 “条带化”：将数据分成小块，分散写入所有硬盘（无冗余）
单盘容量（N为硬盘数）
无容错：任意一块硬盘损坏，所有数据丢失
✅ 优点：速度最快（读写速率是单盘的N倍）、容量利用率 100%
❌ 缺点：无可靠性保障
对速度要求高、数据可丢失的场景（如视频剪辑临时缓存、高速数据中转）
RAID-1
数据 “镜像”：将相同数据同时写入至少 2 块硬盘（互为备份）
单盘容量（取最小单盘容量）
单盘容错：任意一块硬盘损坏，可从另一块恢复数据
✅ 优点：可靠性极高、读速度快
❌ 缺点：容量利用率低（仅 50%）、写速度与单盘一致
存储关键数据的场景（如系统盘、财务数据、重要文件备份）
RAID-2
用 “海明码” 做纠错：将数据位、校验位分散到不同硬盘
容量随校验位数量变化
可纠正少量错误
✅ 优点：纠错能力强
❌ 缺点：硬件成本高、需多块校验盘，实用性低
早期对纠错要求极高的特殊场景（现已基本淘汰）
RAID-3
数据条带化 +单块独立校验盘：数据分块存多盘，单独 1 块盘存校验信息
单盘容量（N为总盘数，1 块校验）
单盘容错：校验盘损坏可重建，数据盘损坏可通过校验恢复
✅ 优点：容量利用率高（高于 RAID-1）、连续读写速度快
❌ 缺点：校验盘是性能瓶颈
大文件连续读写场景（如视频存储服务器）
RAID-4
独立读写 + 单块校验盘：数据分块、各盘可独立读写，单独 1 块盘存校验
单盘容量
单盘容错
✅ 优点：随机读写性能优于 RAID-3
❌ 缺点：校验盘仍为性能瓶颈
已被 RAID-5 替代，极少使用
RAID-5
RAID-4 改进：无独立校验盘，数据 + 校验信息分散到所有硬盘（每个条带的校验存不同盘）
单盘容量
单盘容错
✅ 优点：无校验盘瓶颈、容量利用率高、兼顾速度与可靠性
❌ 缺点：写速度略慢（需计算校验）
服务器通用存储、数据库（兼顾速度、容量、可靠性的主流选择）
RAID-6
双校验冗余：用 2 种校验算法（如 P/Q 校验），校验信息分散到所有硬盘
单盘容量
双盘容错：同时损坏 2 块硬盘仍可恢复数据
✅ 优点：可靠性极高
❌ 缺点：容量利用率略低、写速度更慢（需计算两次校验）
企业级数据中心、对可靠性要求极高的存储（如金融数据、医疗档案）
三、RAID 的核心逻辑
不同 RAID 级别是 “速度、容量、可靠性” 的权衡：
追求速度→选 RAID-0追求可靠性→选 RAID-1/RAID-6兼顾三者→选 RAID-5三、计算题
1. RAID-0 计算题
已知：3 块单容量为 1TB 的硬盘组成 RAID-0，单块硬盘的连续读写速度为 150MB/s。问题：(1) 该 RAID-0 的总可用容量是多少？(2) 它的连续读写速度大约是多少？
解答：RAID-0 无冗余，容量 / 速度为单盘的N倍（N为硬盘数）：(1) 总可用容量 = 3×1TB=3TB；(2) 连续读写速度 = 3×150MB/s=450MB/s。
2. RAID-1 计算题
已知：2 块单容量为 2TB 的硬盘组成 RAID-1（两块硬盘容量无差异）。问题：该 RAID-1 的总可用容量是多少？
解答：RAID-1 是镜像备份，可用容量取 “单盘容量”（仅保留一份数据）：总可用容量 = 单盘容量 = 2TB。
3. RAID-2 计算题（简化海明码场景）
已知：采用海明码纠错，用 4 块单容量 1TB 的数据盘，需配套 3 块校验盘（海明码规则：4 位数据需 3 位校验），共 7 块硬盘组成 RAID-2。问题：该 RAID-2 的总可用容量是多少？
解答：RAID-2 的可用容量仅计算 “数据盘总容量”：总可用容量 = 数据盘数 × 单盘容量 = 4×1TB=4TB。
4. RAID-3 计算题
已知：5 块单容量为 1TB 的硬盘组成 RAID-3（其中 1 块为独立校验盘）。问题：该 RAID-3 的总可用容量是多少？
解答：RAID-3 需扣除 1 块独立校验盘的容量：总可用容量 = 总盘数校验盘数单盘容量。
5. RAID-4 计算题
已知：6 块单容量为 500GB 的硬盘组成 RAID-4（其中 1 块为独立校验盘）。问题：该 RAID-4 的总可用容量是多少（换算为 TB）？
解答：RAID-4 需扣除 1 块独立校验盘的容量：总可用容量 = (6−1)×500GB=2500GB≈2.45TB（注：1TB=1024GB 时，2500÷1024≈2.44TB）。
6. RAID-5 计算题
已知：4 块单容量为 4TB 的硬盘组成 RAID-5（无独立校验盘，校验信息分散存储）。问题：该 RAID-5 的总可用容量是多少？
解答：RAID-5 需扣除 “1 份分散的校验容量”（等价于扣除 1 块盘的容量）：总可用容量 = 总盘数单盘容量。
7. RAID-6 计算题
已知：5 块单容量为 2TB 的硬盘组成 RAID-6（需 2 份分散的校验信息）。问题：(1) 该 RAID-6 的总可用容量是多少？(2) 若其中 2 块硬盘损坏，数据是否可恢复？
解答：RAID-6 需扣除 “2 份分散的校验容量”（等价于扣除 2 块盘的容量）：(1) 总可用容量 = 总盘数单盘容量；(2) 可以恢复（RAID-6 支持 “双盘容错”）。
三、计算公式总结
RAID 级别
总可用容量公式
典型读写速度公式
关键说明
RAID-0
总可用容量单盘容量（N为硬盘总数）
读写速度单盘速度
注意：若硬盘容量不一致，取最小单盘容量计算；无容错
RAID-1
总可用容量单盘容量（仅保留 1 份数据）
读速度单盘读速度；
写速度单盘写速度
注意：至少需 2 块硬盘；支持 “单盘容错”
RAID-3
总可用容量单盘容量（1 块为独立校验盘）
连续读写速度单盘速度
注意：N≥3（1 块校验 + 至少 2 块数据盘）；支持 “单盘容错”
RAID-4
总可用容量单盘容量（1 块为独立校验盘）
随机读速度单盘读速度；
写速度受校验盘瓶颈限制
注意：已被 RAID-5 替代；支持 “单盘容错”
RAID-5
总可用容量单盘容量（校验信息分散存储）
读速度单盘读速度；
写速度单盘写速度（受校验计算影响）
注意：N≥3；支持 “单盘容错”（主流级别）
RAID-6
总可用容量单盘容量（双校验信息分散存储）
读速度单盘读速度；
写速度单盘写速度（受双校验计算影响）
注意：N≥4；支持 “双盘容错”（可靠性最高）
注意事项：
硬盘容量不一致时，所有公式中的 “单盘容量” 均取最小单盘容量；速度为 “理论值”，实际受硬件（如接口带宽）的限制；单位换算：1TB=1024GB（系统显示）或 1TB=1000GB（厂商标注），需根据场景区分。
