RAID在手，安全高效全都有
[導讀]大家遭遇過電腦硬盤故障導致所有數據丟失的情況嗎?得知數據無法恢復后欲哭無淚，一想到幾年來保存的生活影像、學習資料，辛苦積累的實驗數據竟蕩然無存，簡直是心痛到無法呼吸！個人數據丟失已令人難以接受，萬一企業(yè)級服務器的儲存系統(tǒng)崩盤，比如銀行的金融服務器、互聯網企業(yè)的訓練服務器發(fā)生數據丟...
大家遭遇過電腦硬盤故障導致所有數據丟失的情況嗎?得知數據無法恢復后欲哭無淚，一想到幾年來保存的生活影像、學習資料，辛苦積累的實驗數據竟蕩然無存，簡直是心痛到無法呼吸！個人數據丟失已令人難以接受，萬一企業(yè)級服務器的儲存系統(tǒng)崩盤，比如銀行的金融服務器、互聯網企業(yè)的訓練服務器發(fā)生數據丟失，影響更是難以估量。為避免此類情況，同時為提高海量數據的讀寫速率，RAID（Redundant Arrays of Independent Disks，獨立冗余磁盤陣列）應運而生。為了更好地認識RAID，我們先來了解以下概念。
01硬盤,磁盤,磁盤陣列？傻傻分不清楚
硬盤即硬磁盤，作為現代計算機的主要存儲設備，容量大，讀寫快，主要分為新式固態(tài)硬盤、傳統(tǒng)機械硬盤和混合硬盤。
軟盤既然有硬磁盤，當然也有軟磁盤（即軟盤）。軟盤是早期個人計算機使用的可移動儲存介質，彼時常用容量僅1.4MB的3.5英寸軟盤，讀寫速度慢，早已淡出市場。軟、硬磁盤統(tǒng)稱為磁盤，“磁”表示利用磁記錄技術存儲數據。磁盤陣列RAID即由獨立磁盤構成的具有冗余能力的陣列，簡稱磁盤陣列。
一般電腦配備1~2個硬盤即可滿足基本需求，而企業(yè)服務器對于數據的存儲容量和讀寫速度要求極高，普通硬盤遠遠無法滿足。于是工程師們將多個獨立硬盤組成一個超大容量組，以提供比單盤更高的存儲性能、I/O性能、可靠性。
02初識RAID的一些疑問初識RAID，可能對概念還有一些疑問，小編先進行簡單答疑~
原來RAID就是疊加了多層不同Buff的一個大硬盤呀？嚴格來說，RAID是一種多硬盤運作方式，是一項高性能存儲技術。為便于理解，可以將RAID視為：多塊普通硬盤通過不同形式組合而成的一塊具有加成效果的大硬盤。
原來如此~RAID與單純增加硬盤相比，有什么區(qū)別嗎？增加硬盤只是增加儲存空間，每次仍然只能讀寫一個盤，硬盤一旦損壞將導致數據丟失。而在RAID中，數據分散儲存在多個硬盤上，通過并行處理提高讀寫數據的帶寬和速度。并且多個硬盤同時工作增加了平均故障間隔時間，即便某個硬盤故障，及時替換便不會影響整個陣列的正常工作，還能夠還原故障硬盤中的數據。
明白了！也就是說RAID能大幅度提高硬盤組的數據吞吐量，并且提供容錯功能，保障數據安全。這波總結非常到位！下面向大家介紹RAID如何組合硬盤來實現這些功能。
02RAID級別RAID主要利用分條、鏡像、數據校驗這三種技術來組合硬盤。首先介紹四種標準型RAID。RAID 0又稱為條帶化或分條，將連續(xù)數據（A1 ~ A8）分散寫入多個硬盤，能夠并發(fā)執(zhí)行讀寫，充分利用總線帶寬，儲存性能最高。一旦單盤故障將威脅數據安全，只適用于不求安全、只求速度的場景。
有更安全的方案嗎？RAID 1又稱鏡像，將一段數據（A1 ~ A4）分別寫入工作盤和鏡像盤，相當于全自動實時備份，數據安全性最高。但實現成本高，硬盤利用率低，僅適用于全力保障安全的場景，如金融、監(jiān)控服務器。
有兼顧性能和安全的方案嗎？RAID 5將連續(xù)數據分散（A1 ~ A3, B1 ~ B3, C1 ~ C3, D1 ~ D3）和相應的奇偶校驗信息（Ap, Bp, Cp, Dp, Ep）分別寫入不同硬盤，單盤故障時可以利用正常盤數據與奇偶校驗信息進行異或來恢復數據。RAID 5兼顧儲存的性能、成本、可靠性，常見于民用的各類私有NAS服務器。
兩塊硬盤同時損壞怎么辦呢？RAID 6在RAID 5的基礎上增加了一組奇偶校驗信息（Aq, Bq, Cq, Dq, Eq），兩組獨立的奇偶校驗信息可以實現雙重校驗，在兩塊硬盤同時損壞的情況下也能恢復數據。RAID 6讀性能與容錯性能更高，但寫性能低，實現成本高。
將標準型RAID“做加法”，可獲取以下三種平衡性能與可靠性的混合型RAID。RAID 1 RAID 0=RAID 10
RAID 10可理解為：用四個硬盤（Disk 0和Disk 1，Disk 2和Disk 3）分別組成兩個RAID 1，再將兩個RAID 1組成一個RAID 0。RAID 10兼具二者優(yōu)點，但硬盤利用率不高。
RAID 5 RAID 0=RAID 50RAID 50中，由多個RAID 5卷組成一個RAID 0，RAID 50可以承擔多個卷內同時發(fā)生單盤故障的風險，極大提升了容錯能力，同時繼承了RAID 0的高儲存性能。
RAID 6 RAID 0=RAID 60RAID 60整體結構及特點與RAID 50相似，還繼承了RAID 6的優(yōu)點，即便多個RAID 6卷內同時發(fā)生雙盤故障，也不會影響數據的安全性。
各級RAID在讀寫性能和安全可靠性之間各有側重，小編做出以下總結：由表可知，RAID特點是：實現更大的容量、更高的I/0性能、更強的數據安全可靠性。
03
怎么才能用上RAID呢？
讀到這里，相信大家已經知道了RAID的優(yōu)點，但可能對于如何使用RAID仍心存困惑。其實，RAID有以下三種實現方式：
軟件RAID集成于服務器操作系統(tǒng)中，配置管理簡單，成本低，所有任務均由CPU執(zhí)行，導致CPU負荷重，整體性能較差。
硬件RAID具備計算單元與I/O處理器，獨立于操作系統(tǒng)來管理RAID配置。比如外接式磁盤陣列柜、內接式磁盤陣列卡。雖然成本較高，但使用和配置更靈活，能夠提供更好的性能，充分發(fā)揮RAID的特點，因此應用規(guī)模更大。
軟硬混合RAID擁有RAID控制器和驅動程序，但缺乏I/O處理器，仍需要依靠驅動程序來執(zhí)行任務。
PCIe形式的RAID卡的外部結構如下圖所示。RAID卡不僅結合RAID Cache，提升數據的讀寫和傳輸性能，而且提供了一些強大功能，如：
■ 硬盤直通：用戶指令直接透傳到硬盤。
■?硬盤節(jié)能：允許硬盤在空閑時停轉。■?數據掉電保護：提供超級電容進行供電及電量校準。■?熱備份：提供熱備盤自動替換故障盤，未設置熱備盤時則自動使用空閑盤替換故障盤。■ 一致性校驗：定期計算數據并與對應的冗余數據進對比，若不一致將自動修復并保存錯誤信息。
04
總結
?隨著硬盤接口和處理器等技術的逐步發(fā)展，RAID技術日漸成熟，憑借其大容量、高性能、可靠可控等優(yōu)勢，廣泛應用于中大型數據庫、高性能計算、互聯網應用等領域，滿足廣大企業(yè)用戶對數據存儲容量、I/O性能、數據安全性、業(yè)務連續(xù)性等多方面需求。目前，關于RAID已涌現了負載均衡、故障檢測、隔離恢復等許多技術，期待未來能夠迸發(fā)出革命性的新技術，推動RAID的長足進步。?
如果你以前不了解RAID，希望你能通過這篇文章收獲一些新知識。如果你了解RAID，歡迎在留言區(qū)分享更多新知識。
我們是一群平均從業(yè)年限5 的通信專業(yè)工程師。關注我們，帶你了解通信世界的精彩！
01硬盤,磁盤,磁盤陣列？傻傻分不清楚
硬盤即硬磁盤，作為現代計算機的主要存儲設備，容量大，讀寫快，主要分為新式固態(tài)硬盤、傳統(tǒng)機械硬盤和混合硬盤。
軟盤既然有硬磁盤，當然也有軟磁盤（即軟盤）。軟盤是早期個人計算機使用的可移動儲存介質，彼時常用容量僅1.4MB的3.5英寸軟盤，讀寫速度慢，早已淡出市場。軟、硬磁盤統(tǒng)稱為磁盤，“磁”表示利用磁記錄技術存儲數據。磁盤陣列RAID即由獨立磁盤構成的具有冗余能力的陣列，簡稱磁盤陣列。
一般電腦配備1~2個硬盤即可滿足基本需求，而企業(yè)服務器對于數據的存儲容量和讀寫速度要求極高，普通硬盤遠遠無法滿足。于是工程師們將多個獨立硬盤組成一個超大容量組，以提供比單盤更高的存儲性能、I/O性能、可靠性。
02初識RAID的一些疑問初識RAID，可能對概念還有一些疑問，小編先進行簡單答疑~
原來RAID就是疊加了多層不同Buff的一個大硬盤呀？嚴格來說，RAID是一種多硬盤運作方式，是一項高性能存儲技術。為便于理解，可以將RAID視為：多塊普通硬盤通過不同形式組合而成的一塊具有加成效果的大硬盤。
原來如此~RAID與單純增加硬盤相比，有什么區(qū)別嗎？增加硬盤只是增加儲存空間，每次仍然只能讀寫一個盤，硬盤一旦損壞將導致數據丟失。而在RAID中，數據分散儲存在多個硬盤上，通過并行處理提高讀寫數據的帶寬和速度。并且多個硬盤同時工作增加了平均故障間隔時間，即便某個硬盤故障，及時替換便不會影響整個陣列的正常工作，還能夠還原故障硬盤中的數據。
明白了！也就是說RAID能大幅度提高硬盤組的數據吞吐量，并且提供容錯功能，保障數據安全。這波總結非常到位！下面向大家介紹RAID如何組合硬盤來實現這些功能。
02RAID級別RAID主要利用分條、鏡像、數據校驗這三種技術來組合硬盤。首先介紹四種標準型RAID。RAID 0又稱為條帶化或分條，將連續(xù)數據（A1 ~ A8）分散寫入多個硬盤，能夠并發(fā)執(zhí)行讀寫，充分利用總線帶寬，儲存性能最高。一旦單盤故障將威脅數據安全，只適用于不求安全、只求速度的場景。
有更安全的方案嗎？RAID 1又稱鏡像，將一段數據（A1 ~ A4）分別寫入工作盤和鏡像盤，相當于全自動實時備份，數據安全性最高。但實現成本高，硬盤利用率低，僅適用于全力保障安全的場景，如金融、監(jiān)控服務器。
有兼顧性能和安全的方案嗎？RAID 5將連續(xù)數據分散（A1 ~ A3, B1 ~ B3, C1 ~ C3, D1 ~ D3）和相應的奇偶校驗信息（Ap, Bp, Cp, Dp, Ep）分別寫入不同硬盤，單盤故障時可以利用正常盤數據與奇偶校驗信息進行異或來恢復數據。RAID 5兼顧儲存的性能、成本、可靠性，常見于民用的各類私有NAS服務器。
兩塊硬盤同時損壞怎么辦呢？RAID 6在RAID 5的基礎上增加了一組奇偶校驗信息（Aq, Bq, Cq, Dq, Eq），兩組獨立的奇偶校驗信息可以實現雙重校驗，在兩塊硬盤同時損壞的情況下也能恢復數據。RAID 6讀性能與容錯性能更高，但寫性能低，實現成本高。
將標準型RAID“做加法”，可獲取以下三種平衡性能與可靠性的混合型RAID。RAID 1 RAID 0=RAID 10
RAID 10可理解為：用四個硬盤（Disk 0和Disk 1，Disk 2和Disk 3）分別組成兩個RAID 1，再將兩個RAID 1組成一個RAID 0。RAID 10兼具二者優(yōu)點，但硬盤利用率不高。
RAID 5 RAID 0=RAID 50RAID 50中，由多個RAID 5卷組成一個RAID 0，RAID 50可以承擔多個卷內同時發(fā)生單盤故障的風險，極大提升了容錯能力，同時繼承了RAID 0的高儲存性能。
RAID 6 RAID 0=RAID 60RAID 60整體結構及特點與RAID 50相似，還繼承了RAID 6的優(yōu)點，即便多個RAID 6卷內同時發(fā)生雙盤故障，也不會影響數據的安全性。
各級RAID在讀寫性能和安全可靠性之間各有側重，小編做出以下總結：由表可知，RAID特點是：實現更大的容量、更高的I/0性能、更強的數據安全可靠性。
03
怎么才能用上RAID呢？
讀到這里，相信大家已經知道了RAID的優(yōu)點，但可能對于如何使用RAID仍心存困惑。其實，RAID有以下三種實現方式：
軟件RAID集成于服務器操作系統(tǒng)中，配置管理簡單，成本低，所有任務均由CPU執(zhí)行，導致CPU負荷重，整體性能較差。
硬件RAID具備計算單元與I/O處理器，獨立于操作系統(tǒng)來管理RAID配置。比如外接式磁盤陣列柜、內接式磁盤陣列卡。雖然成本較高，但使用和配置更靈活，能夠提供更好的性能，充分發(fā)揮RAID的特點，因此應用規(guī)模更大。
軟硬混合RAID擁有RAID控制器和驅動程序，但缺乏I/O處理器，仍需要依靠驅動程序來執(zhí)行任務。
PCIe形式的RAID卡的外部結構如下圖所示。RAID卡不僅結合RAID Cache，提升數據的讀寫和傳輸性能，而且提供了一些強大功能，如：
■ 硬盤直通：用戶指令直接透傳到硬盤。
■?硬盤節(jié)能：允許硬盤在空閑時停轉。■?數據掉電保護：提供超級電容進行供電及電量校準。■?熱備份：提供熱備盤自動替換故障盤，未設置熱備盤時則自動使用空閑盤替換故障盤。■ 一致性校驗：定期計算數據并與對應的冗余數據進對比，若不一致將自動修復并保存錯誤信息。
04
總結
?隨著硬盤接口和處理器等技術的逐步發(fā)展，RAID技術日漸成熟，憑借其大容量、高性能、可靠可控等優(yōu)勢，廣泛應用于中大型數據庫、高性能計算、互聯網應用等領域，滿足廣大企業(yè)用戶對數據存儲容量、I/O性能、數據安全性、業(yè)務連續(xù)性等多方面需求。目前，關于RAID已涌現了負載均衡、故障檢測、隔離恢復等許多技術，期待未來能夠迸發(fā)出革命性的新技術，推動RAID的長足進步。?
如果你以前不了解RAID，希望你能通過這篇文章收獲一些新知識。如果你了解RAID，歡迎在留言區(qū)分享更多新知識。
我們是一群平均從業(yè)年限5 的通信專業(yè)工程師。關注我們，帶你了解通信世界的精彩！
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