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(shù)據(jù)丟失的情況嗎?得知數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)竟蕩然無存，簡直是心痛到無法呼吸！個人數(shù)據(jù)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(lián)網(wǎng)企業(yè)的訓練服務器發(fā)生數(shù)據(jù)丟...
大家遭遇過電腦硬盤故障導致所有數(shù)據(jù)丟失的情況嗎?得知數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)竟蕩然無存，簡直是心痛到無法呼吸！個人數(shù)據(jù)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(lián)網(wǎng)企業(yè)的訓練服務器發(fā)生數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(zhì)，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(shù)存儲數(shù)據(jù)。磁盤陣列RAID即由獨立磁盤構(gòu)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(shù)據(jù)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(shù)。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(shù)據(jù)丟失。而在RAID中，數(shù)據(jù)分散儲存在多個硬盤上，通過并行處理提高讀寫數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
明白了！也就是說RAID能大幅度提高硬盤組的數(shù)據(jù)吞吐量，并且提供容錯功能，保障數(shù)據(jù)安全。這波總結(jié)非常到位！下面向大家介紹RAID如何組合硬盤來實現(xiàn)這些功能。
02RAID級別RAID主要利用分條、鏡像、數(shù)據(jù)校驗這三種技術(shù)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(shù)據(jù)（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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)（A1 ~ A4）分別寫入工作盤和鏡像盤，相當于全自動實時備份，數(shù)據(jù)安全性最高。但實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)與奇偶校驗信息進行異或來恢復數(shù)據(jù)。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(xiàn)雙重校驗，在兩塊硬盤同時損壞的情況下也能恢復數(shù)據(jù)。RAID 6讀性能與容錯性能更高，但寫性能低，實現(xiàn)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)同時發(fā)生雙盤故障，也不會影響數(shù)據(jù)的安全性。
各級RAID在讀寫性能和安全可靠性之間各有側(cè)重，小編做出以下總結(jié)：由表可知，RAID特點是：實現(xiàn)更大的容量、更高的I/0性能、更強的數(shù)據(jù)安全可靠性。
03
怎么才能用上RAID呢？
讀到這里，相信大家已經(jīng)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(xiàn)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(nèi)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(qū)動程序，但缺乏I/O處理器，仍需要依靠驅(qū)動程序來執(zhí)行任務。
PCIe形式的RAID卡的外部結(jié)構(gòu)如下圖所示。RAID卡不僅結(jié)合RAID Cache，提升數(shù)據(jù)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(zhuǎn)。■?數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)并與對應的冗余數(shù)據(jù)進對比，若不一致將自動修復并保存錯誤信息。
04
總結(jié)
?隨著硬盤接口和處理器等技術(shù)的逐步發(fā)展，RAID技術(shù)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(shù)據(jù)庫、高性能計算、互聯(lián)網(wǎng)應用等領域，滿足廣大企業(yè)用戶對數(shù)據(jù)存儲容量、I/O性能、數(shù)據(jù)安全性、業(yè)務連續(xù)性等多方面需求。目前，關于RAID已涌現(xiàn)了負載均衡、故障檢測、隔離恢復等許多技術(shù)，期待未來能夠迸發(fā)出革命性的新技術(shù)，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(xiàn)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(zhì)，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(shù)存儲數(shù)據(jù)。磁盤陣列RAID即由獨立磁盤構(gòu)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(shù)據(jù)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(shù)。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(shù)據(jù)丟失。而在RAID中，數(shù)據(jù)分散儲存在多個硬盤上，通過并行處理提高讀寫數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
明白了！也就是說RAID能大幅度提高硬盤組的數(shù)據(jù)吞吐量，并且提供容錯功能，保障數(shù)據(jù)安全。這波總結(jié)非常到位！下面向大家介紹RAID如何組合硬盤來實現(xiàn)這些功能。
02RAID級別RAID主要利用分條、鏡像、數(shù)據(jù)校驗這三種技術(shù)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(shù)據(jù)（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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)（A1 ~ A4）分別寫入工作盤和鏡像盤，相當于全自動實時備份，數(shù)據(jù)安全性最高。但實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)與奇偶校驗信息進行異或來恢復數(shù)據(jù)。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(xiàn)雙重校驗，在兩塊硬盤同時損壞的情況下也能恢復數(shù)據(jù)。RAID 6讀性能與容錯性能更高，但寫性能低，實現(xiàn)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)同時發(fā)生雙盤故障，也不會影響數(shù)據(jù)的安全性。
各級RAID在讀寫性能和安全可靠性之間各有側(cè)重，小編做出以下總結(jié)：由表可知，RAID特點是：實現(xiàn)更大的容量、更高的I/0性能、更強的數(shù)據(jù)安全可靠性。
03
怎么才能用上RAID呢？
讀到這里，相信大家已經(jīng)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(xiàn)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(nèi)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(qū)動程序，但缺乏I/O處理器，仍需要依靠驅(qū)動程序來執(zhí)行任務。
PCIe形式的RAID卡的外部結(jié)構(gòu)如下圖所示。RAID卡不僅結(jié)合RAID Cache，提升數(shù)據(jù)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(zhuǎn)。■?數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)并與對應的冗余數(shù)據(jù)進對比，若不一致將自動修復并保存錯誤信息。
04
總結(jié)
?隨著硬盤接口和處理器等技術(shù)的逐步發(fā)展，RAID技術(shù)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(shù)據(jù)庫、高性能計算、互聯(lián)網(wǎng)應用等領域，滿足廣大企業(yè)用戶對數(shù)據(jù)存儲容量、I/O性能、數(shù)據(jù)安全性、業(yè)務連續(xù)性等多方面需求。目前，關于RAID已涌現(xiàn)了負載均衡、故障檢測、隔離恢復等許多技術(shù)，期待未來能夠迸發(fā)出革命性的新技術(shù)，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。
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