硬盘模式IDE, RAID, AHCI有什么区别？

名词解释：
IDE(Integrated Device Electronics):电子集成驱动器
AHCI(Serial ATA Advanced Host Controller Interface):串行ATA高级主控接口
RAID(Redundant Array of Independent Disk，RAID):独立冗余磁盘阵列

IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容。对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。

AHCI（Serial ATA Advanced Host Controller Interface）串行ATA高级主控接口/高级主机控制器接口），是在Intel的指导下，由多家公司联合研发的接口标准，它允许存储驱动程序启用高级串行 ATA 功能，如本机命令队列和热插拔，其研发小组成员主要包括Intel、AMD、戴尔、Marvell、迈拓、微软、Red Hat、希捷和StorageGear等著名企业

独立冗余磁盘阵列（Redundant Array of Independent Disk，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与数据备份能力的技术。RAID特色是N块硬盘同时读取速度加快及提供容错性（Fault Tolerant）。冗余磁盘阵列技术诞生于1987年，由美国加州大学伯克利分校提出。根据磁盘陈列的不同组合方式，可以将RAID分为不同级别。级别并不代表技术高低，选择哪一种RAID level的产品纯视用户的操作环境(operating environment)及应用而定，与级别高低没有必然关系。

硬盘模式 IDE, AHCI, RAID有什么区别？
IDE模式是将SATA硬盘映射成IDE模式，这样你用SATA硬盘装系统的时候就不需要装SATA硬盘驱动了 
AHCI模式则与SATA模式相反，装系统时需要安装SATA驱动，而且貌似只有这个模式才能打开NCQ功能 
AHCI的全称为“Serial ATA Advanced Host Controller Interface”，即“SATA高级主控接口”，是在英特尔的指导下，由多家公司联合研发的接口标准，其研发小组成员主要包括英特尔、AMD、戴尔、Marvell、迈拓、微软、Red Hat、希捷和StorageGear等著名企业。AHCI描述了一种PCI类设备，主要是在系统内存和SATA设备之间扮演一种接口的角色，而且它在不同的操作系统和硬件中是通用的。AHCI通过一个PCI BAR（基址寄存器）来实现原生SATA功能。由于AHCI统一接口的研发成功，使得支持SATA产品的开发工作大为简化，操作系统和设备制造商省去了单独开发接口的工作，取而代之的是直接在统一接口上进行操作，可以实现包括NCQ（Native Command Queuing）在内的诸多功能。 

RAID 1：镜象结构　　 

raid1

对于使用这种RAID1结构的设备来说，RAID控制器必须能够同时对两个盘进行读操作和对两个镜象盘进行写操作。通过下面的结构图您也可以看到必须有两个驱动器。因为是镜象结构在一组盘出现问题时，可以使用镜象，提高系统的容错能力。它比较容易设计和实现。每读一次盘只能读出一块数据，也就是说数据块传送速率与单独的盘的读取速率相同。因为RAID1的校验十分完备，因此对系统的处理能力有很大的影响，通常的RAID功能由软件实现，而这样的实现方法在负载比较重的时候会大大影响服务器效率。当您的系统需要极高的可靠性时，如进行数据统计，那么使用RAID1比较合适。而且RAID1技术支持“热替换”，即不断电的情况下对故障磁盘进行更换，更换完毕只要从镜像盘上恢复数据即可。当主硬盘损坏时，镜像硬盘就可以代替主硬盘工作。镜像硬盘相当于一个备份盘，可想而知，这种硬盘模式的安全性是非常高的，RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但是其磁盘的利用率却只有50%，是所有RAID级别中最低的。 
RAID2：带海明码校验　　从概念上讲，同RAID 3类似，两者都是将数据条块化分布于不同的硬盘上， 条块单位为位或字 


节。然而RAID 2 使用一定的编码技术来提供错误检查及恢复。这种编码技术需要多个磁盘存放检查及恢复信息，使得RAID 2技术实施更复杂。因此，在商业环境中很少使用。下图右边的各个磁盘上是数据的各个位，由一个数据不同的得到的海明校验码可以保存另一组磁盘上，具体情况请见下图。由于海明码的特点，它可以在数据发生错误的情况下将错误校正，以保证输出的正确。它的数据传送速率相当高，如果希望达到比较理想的速度，那最好提高保存校验码ECC码的硬盘，对于控制器的设计来说，它又比RAID3，4或5要简单。没有免费的午餐，这里也一样，要利用海明码，必须要付出数据冗余的代价。输出数据的速率与驱动器组中速度最慢的相等。 
RAID3：带奇偶校验码的并行传送　　 

raid3

这种校验码与RAID2不同，只能查错不能纠错。它访问数据时一次处理一个带区，这样可以提高读取和写入速度,它像RAID 0一样以并行的方式来存放数据，但速度没有RAID 0快。校验码在写入数据时产生并保存在另一个磁盘上。需要实现时用户必须要有三个以上的驱动器，写入速率与读出速率都很高，因为校验位比较少，因此计算时间相对而言比较少。用软件实现RAID控制将是十分困难的，控制器的实现也不是很容易。它主要用于图形（包括动画）等要求吞吐率比较高的场合。不同于RAID 2，RAID 3使用单块磁盘存放奇偶校验信息。如果一块磁盘失效，奇偶盘及其他数据盘可以重新产生数据。如果奇偶盘失效，则不影响数据使用。RAID 3对于大量的连续数据可提供很好的传输率，但对于随机数据，奇偶盘会成为写操作的瓶颈。利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安全性高，但是硬盘利用率得到了很大的提高，为（n-1）/n。 
RAID4：带奇偶校验码的独立磁盘结构　　 

raid4

RAID4和RAID3很像，不同的是，它对数据的访问是按数据块进行的，也就是按磁盘进行的，每次是一个盘。在图上可以这么看，RAID3是一次一横条，而RAID4一次一竖条。它的特点和RAID3也挺像，不过在失败恢复时，它的难度可要比RAID3大得多了，控制器的设计难度也要大许多，而且访问数据的效率不怎么好。 
RAID5：分布式奇偶校验的独立磁盘结构　　 

RAID5清晰图片

从它的示意图上可以看到，它的奇偶校验码存在于所有磁盘上，其中的p0代表第0带区的奇偶校验值，其它的意思也相同。RAID5的读出效率很高，写入效率一般，块式的集体访问效率不错。因为奇偶校验码在不同的磁盘上，所以提高了可靠性，允许单个磁盘出错。RAID 5也是以数据的校验位来保证数据的安全，但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位，而是将数据段的校验位交互存放于各个硬盘上。这样，任何一个硬盘损坏，都可以根据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据。硬盘的利用率为n-1。但是它对数据传输的并行性解决不好，而且控制器的设计也相当困难。RAID 3 与RAID 5相比，重要的区别在于RAID 3每进行一次数据传输，需涉及到所有的阵列盘。而对于RAID 5来说，大部分数据传输只对一块磁盘操作，可进行并行操作。在RAID 5中有“写损失”，即每一次写操作，将产生四个实际的读/写操作，其中两次读旧的数据及奇偶信息，两次写新的数据及奇偶信息。RAID-5的话，优点是提供了冗余性（支持一块盘掉线后仍然正常运行），磁盘空间利用率较高（N-1/N），读写速度较快（N-1倍）。RAID5最大的好处是在一块盘掉线的情况下，RAID照常工作，相对于RAID0必须每一块盘都正常才可以正常工作的状况容错性能好多了。因此RAID5是RAID级别中最常见的一个类型。RAID5校验位即P位是通过其它条带数据做异或(xor)求得的。计算公式为P=D0xorD1xorD2…xorDn，其中p代表校验块，Dn代表相应的数据块，xor是数学运算符号异或。 

　　RAID5校验位算法详解 

　　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） 

　　XOR(Exclusive OR)的校验原理如下表： 

　　

A值	B值	Xor结果
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	0

这里的A与B值就代表了两个位，从中可以发现，A与B一样时，XOR(非或又称"非异或")结果为0，A与B不一样时，XOR结果就是1，如果知道XOR结果，A和B中的任何两个数值，就可以反推出剩下的一个数值。比如A为1，XOR结果为1，那么B肯定为0，如果XOR结果为0，那么B肯定为1。这就是XOR编码与校验的基本原理。 
RAID6：两种存储的奇偶校验码的磁盘结构　　 

raid6

名字很长，但是如果看到图，大家立刻会明白是为什么，请注意p0代表第0带区的奇偶校验值，而pA代表数据块A的奇偶校验值。它是对RAID5的扩展，主要是用于要求数据绝对不能出错的场合。当然了，由于引入了第二种奇偶校验值，所以需要N+2个磁盘，同时对控制器的设计变得十分复杂，写入速度也不好，用于计算奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时间比较多，造成了不必须的负载。我想除了军队没有人用得起这种东西。 

　　常见的RAID6组建类型RAID 6(6D + 2P) 

　　1 RAID 6(6D + 2P)原理 

　　和RAID 5相似，RAID 6(6D + 2P)根据条带化的数据生成校验信息，条带化数据和校验数据一起分散存储到RAID组的各个磁盘上。在图1中，D0，D1，D2，D3，D4和D5是条带化的数据，P代表校验数据，Q是第二份校验数据。 

　　RAID 6(6D + 2P)根据条带化的数据生成校验信息，条带化数据和校验数据一起分散存储到RAID组的各个磁盘上 

　　RAID 6校验数据生成公式(P和Q): 

　　P的生成用了异或 

　　P = D0 XOR D1 XOR D2 XOR D3 XOR D4 XOR D5 

　　Q的生成用了系数和异或 

　　Q = A0*D0 XOR A1*D1 XOR A2*D2 XOR A3*D3 XOR A4*D4 XOR A5*D5 

　　D0～D5:条带化数据 

　　A0～A5:系数 

　　XOR:异或 

　　*:乘 

　　在RAID 6中，当有1块磁盘出故障的时候，利用公式1恢复数据，这个过程是和RAID 5一样的。而当有2块磁盘同时出故障的时候，就需要同时用公式1和公式2来恢复数据了。 

　　各系数A0～A5是线性无关的系数，在D0，D1，D2，D3，D4，D5，P，Q中有两个未知数的情况下，也可以联列求解两个方程得出两个未知数的值。这样在一个RAID组中有两块磁盘同时坏的情况下，也可以恢复数据。 

　　上面描述的是校验数据生成的算法。其实RAID 6的核心就是有两份检验数据，以保证两块磁盘同时出故障的时候，也能保障数据的安全。 
RAID7：优化的高速数据传送磁盘结构　　RAID7所有的I/O传送均是同步进行的，可以分别控制，这样提高了系统的并行性，提高系统访问数据的速度；每个磁盘都带有高速缓冲存储器，实时操作系统可以使用任何实时操作芯片，达到不同实时系统的需要。允许使用SNMP协议进行管理和监视，可以对校验区指定独立的传送信道以提高效率。可以连接多台主机，因为加入高速缓冲存储器，当多用户访问系统时，访问时间几乎接近于0。由于采用并行结构，因此数据访问效率大大提高。需要注意的是它引入了一个高速缓冲存储器，这有利有弊，因为一旦系统断电，在高速缓冲存储器内的数据就会全部丢失，因此需要和UPS一起工作。当然了，这么快的东西，价格也非常昂贵。 
RAID10/01：高可靠性与高效磁盘结构　　这种结构无非是一个带区结构加一个镜象结构，因为两种结构各有优缺点，因此可以相互补充，达到既高效又高速还可以互为镜像的目的。大家可以结合两种结构的优点和缺点来理解这种新结构。这种新结构的价格高，可扩充性不好。主要用于容量不大，但要求速度和差错控制的数据库中。 

　　其中可分为两种组合：RAID10和RAID01 

　　RAID 10是先镜射再分区数据。是将所有硬盘分为两组，视为是RAID 0的最低组合，然后将这两组各自视为RAID 1运作。RAID 10有着不错的读取速度，而且拥有比RAID 0更高的数据保护性。 

　　RAID 01则是跟RAID 10的程序相反，是先分区再将数据镜射到两组硬盘。它将所有的硬盘分为两组，变成RAID 1的最低组合，而将两组硬盘各自视为RAID 0运作。RAID 01比起RAID 10有着更快的读写速度，不过也多了一些会让整个硬盘组停止运转的机率；因为只要同一组的硬盘全部损毁，RAID 01就会停止运作，而RAID 10则可以在牺牲RAID 0的优势下正常运作。 

　　RAID 10巧妙的利用了RAID 0的速度以及RAID 1的保护两种特性，不过它的缺点是需要的硬盘数较多，因为至少必须拥有四个以上的偶数硬盘才能使用。 
RAID 50：被称为分布奇偶位阵列条带　　同RAID 10相仿的，它具有RAID 5和RAID 0的共同特性。它由两组RAID 5磁盘组成（每组最少3个），每一组都使用了分布式奇偶位，而两组硬盘再组建成RAID 0，实验跨磁盘抽取数据。RAID 50提供可靠的数据存储和优秀的整体性能，并支持更大的卷尺寸。即使两个物理磁盘发生故障（每个阵列中一个），数据也可以顺利恢复过来。 

　　RAID 50最少需要6个驱动器，它最适合需要高可靠性存储、高读取速度、高数据传输性能的应用。这些应用包括事务处理和有许多用户存取小文件的办公。 
RAID 53：称为高效数据传送磁盘结构　　结构的实施同Level 0数据条阵列，其中，每一段都是一个RAID 3阵列。它的冗余与容错能力同RAID 3。这对需要具有高数据传输率的RAID 3配置的系统有益，但是它价格昂贵、效率偏低。 
RAID 1.5：一个新生的磁盘阵列方式　　它具有RAID 0+1的特性，而不同的是，它的实现只需要2个硬盘。 

　　从表面上来看，组建RAID 1.5后的磁盘，两个都具有相同的数据。当然，RAID 1.5也是一种不能完全利用磁盘空间的，因此，两个80GB的硬盘在组建RAID 1.5后，和RAID 1是一样的，即只有80GB的实际使用空间，另外80GB是它的备份数据。如果把两个硬盘分开，分别把他们运行在原系统，也是畅通无阻的。但通过实际应用，我们发现如果两个硬盘在分开运行后，其数据的轻微改变都会引起再次重组后的磁盘阵列，没法实现完全的，而是以数据较少的磁盘为准。 
其他RAID级别　　RAID1E 

　　RAID 1E是RAID 1的增强版本，是由IBM公司提出的一种私有RAID级别，没有成为国际标准。它并不是我们通常所说的RAID 0+1的组合。RAID 1E的工作原理与RAID1基本上是一样的，只是RAID 1E的数据恢复能力更强，但由于RAID 1E写一分数据至少要两次，因此，RAID处理器的负载得到加强，从而造成磁盘读写能力的下降。RAID 1E至少需要3块硬盘才能实现。 

　　RAID5E 

　　RAID5E是RAID磁盘存储中的一个高的级别，RAID 5E(RAID 5 Enhancement)是在RAID 5级别基础上的改进，与RAID 5类似，数据的校验信息均匀分布在各硬盘上，但是在每个硬盘上都保留了一部分未使用的空间，这部分空间没有进行条带化，最多允许两块物理硬盘出现故障。看起来，RAID 5E和RAID 5加一块热备盘好象差不多，其实由于RAID 5E是把数据分布在所有的硬盘上，性能会与RAID5 加一块热备盘要好。当一块硬盘出现故障时，有故障硬盘上的数据会被压缩到其它硬盘上未使用的空间，逻辑盘保持RAID 5级别。 

　　RAID5EE 

　　RAID5EE是RAID磁盘存储中的一个高的级别，RAID 5EE是一个比较实用的技术。RAID 5EE提供了一个完善的替代"RAID5+HotSpare"盘的解决办法。原来的一块单独HotSpare热备份盘也进行Stripe条带化，并且平均分配到了5块磁盘中。这样，在RAID 5EE读写的时候，5块磁盘同时参与I/O，相比于4块磁盘+HotSpare盘的情况，多了一个磁盘的读写带宽，提高了性能。特别是在整体磁盘数量比较少，如4/5/6等的情况下，性能的提高尤为明显。 

　　RAID 5EE相比于RAID5性能提高，那对于可靠性和容量利用率有什么影响呢？对于RAID 5EE来讲，一块硬盘损坏，就会自动重构成一个RAID5，另外一个硬盘再损坏，就会变成Degraded状态的RAID5，这和RAID 5+HotSpare的容错能力是一样的，也就是可靠性一样；对于RAID 5EE来讲，损失的容量为2块物理磁盘，而对于RAID5+HotSpare来讲，损失的容量也为2块物理磁盘，所以容量利用率也一致。值得注意的一点，RAID 5EE中包括的HotSpare盘是分布在每个磁盘中的，只能供RAID 5EE本身来使用，不能做另外RAID5的热备。 

　　RAID ADG 

　　RAID ADG类似于RAID 6，ADG技术是基于RAID5之上的，采用了冗余的校验盘；也可以理解成是给RAID5再做了一个RAID5的校验。实现两块硬盘的容错，至少需要4块硬盘。这个技术是康柏最先提出来的，现在HP就已经移植了该技术。 

　　RAID3DP 

　　RAID3DP是NEC公司的NEC Storage D存储系列产品使用的一种私有RAID级别，它由6或10个所构成。此RAID推荐使用用同样容量/同样转数的磁盘驱动去定义，因为如果在RAID 内定义复数的容量的磁盘驱动，则会以最小容量的磁盘驱动为准构筑RAID ，在此情况下，容量大的磁盘驱动作为最小容量的磁盘驱动处理，残余的领域不能使用。此外，该RAID不可使用 

　　Matrix RAID 

　　Matrix RAID即所谓的“矩阵RAID”，是ICH6R所支持的一种廉价的磁盘冗余技术，是一种经济性高的新颖RAID解决方案。Matrix RAID技术的原理相当简单，只需要两块硬盘就能实现了RAID 0和RAID 1磁盘阵列，并且不需要添加额外的RAID控制器，这正是我们普通用户所期望的。Matrix RAID需要硬件层和软件层同时支持才能实现，硬件方面目前就是ICH6R南桥以及更高阶的ICH6RW南桥，而Intel Application Acclerator软件和Windows操作系统均对软件层提供了支持。