RAID在手，安全高效全都有
[導(dǎo)讀]大家遭遇過(guò)電腦硬盤故障導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)丟失的情況嗎?得知數(shù)據(jù)無(wú)法恢復(fù)后欲哭無(wú)淚，一想到幾年來(lái)保存的生活影像、學(xué)習(xí)資料，辛苦積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)竟蕩然無(wú)存，簡(jiǎn)直是心痛到無(wú)法呼吸！個(gè)人數(shù)據(jù)丟失已令人難以接受，萬(wàn)一企業(yè)級(jí)服務(wù)器的儲(chǔ)存系統(tǒng)崩盤，比如銀行的金融服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的訓(xùn)練服務(wù)器發(fā)生數(shù)據(jù)丟...
大家遭遇過(guò)電腦硬盤故障導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)丟失的情況嗎?得知數(shù)據(jù)無(wú)法恢復(fù)后欲哭無(wú)淚，一想到幾年來(lái)保存的生活影像、學(xué)習(xí)資料，辛苦積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)竟蕩然無(wú)存，簡(jiǎn)直是心痛到無(wú)法呼吸！個(gè)人數(shù)據(jù)丟失已令人難以接受，萬(wàn)一企業(yè)級(jí)服務(wù)器的儲(chǔ)存系統(tǒng)崩盤，比如銀行的金融服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的訓(xùn)練服務(wù)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(shí)為提高海量數(shù)據(jù)的讀寫速率，RAID（Redundant Arrays of Independent Disks，獨(dú)立冗余磁盤陣列）應(yīng)運(yùn)而生。為了更好地認(rèn)識(shí)RAID，我們先來(lái)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(jì)算機(jī)的主要存儲(chǔ)設(shè)備，容量大，讀寫快，主要分為新式固態(tài)硬盤、傳統(tǒng)機(jī)械硬盤和混合硬盤。
軟盤既然有硬磁盤，當(dāng)然也有軟磁盤（即軟盤）。軟盤是早期個(gè)人計(jì)算機(jī)使用的可移動(dòng)儲(chǔ)存介質(zhì)，彼時(shí)常用容量?jī)H1.4MB的3.5英寸軟盤，讀寫速度慢，早已淡出市場(chǎng)。軟、硬磁盤統(tǒng)稱為磁盤，“磁”表示利用磁記錄技術(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。磁盤陣列RAID即由獨(dú)立磁盤構(gòu)成的具有冗余能力的陣列，簡(jiǎn)稱磁盤陣列。
一般電腦配備1~2個(gè)硬盤即可滿足基本需求，而企業(yè)服務(wù)器對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量和讀寫速度要求極高，普通硬盤遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足。于是工程師們將多個(gè)獨(dú)立硬盤組成一個(gè)超大容量組，以提供比單盤更高的存儲(chǔ)性能、I/O性能、可靠性。
02初識(shí)RAID的一些疑問(wèn)初識(shí)RAID，可能對(duì)概念還有一些疑問(wèn)，小編先進(jìn)行簡(jiǎn)單答疑~
原來(lái)RAID就是疊加了多層不同Buff的一個(gè)大硬盤呀？嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，RAID是一種多硬盤運(yùn)作方式，是一項(xiàng)高性能存儲(chǔ)技術(shù)。為便于理解，可以將RAID視為：多塊普通硬盤通過(guò)不同形式組合而成的一塊具有加成效果的大硬盤。
原來(lái)如此~RAID與單純?cè)黾佑脖P相比，有什么區(qū)別嗎？增加硬盤只是增加儲(chǔ)存空間，每次仍然只能讀寫一個(gè)盤，硬盤一旦損壞將導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。而在RAID中，數(shù)據(jù)分散儲(chǔ)存在多個(gè)硬盤上，通過(guò)并行處理提高讀寫數(shù)據(jù)的帶寬和速度。并且多個(gè)硬盤同時(shí)工作增加了平均故障間隔時(shí)間，即便某個(gè)硬盤故障，及時(shí)替換便不會(huì)影響整個(gè)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(shuō)RAID能大幅度提高硬盤組的數(shù)據(jù)吞吐量，并且提供容錯(cuò)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(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能。
02RAID級(jí)別RAID主要利用分條、鏡像、數(shù)據(jù)校驗(yàn)這三種技術(shù)來(lái)組合硬盤。首先介紹四種標(biāo)準(zhǔn)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(gè)硬盤，能夠并發(fā)執(zhí)行讀寫，充分利用總線帶寬，儲(chǔ)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(chǎng)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(dāng)于全自動(dòng)實(shí)時(shí)備份，數(shù)據(jù)安全性最高。但實(shí)現(xiàn)成本高，硬盤利用率低，僅適用于全力保障安全的場(chǎng)景，如金融、監(jiān)控服務(wù)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(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息（Ap, Bp, Cp, Dp, Ep）分別寫入不同硬盤，單盤故障時(shí)可以利用正常盤數(shù)據(jù)與奇偶校驗(yàn)信息進(jìn)行異或來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)。RAID 5兼顧儲(chǔ)存的性能、成本、可靠性，常見(jiàn)于民用的各類私有NAS服務(wù)器。
兩塊硬盤同時(shí)損壞怎么辦呢？RAID 6在RAID 5的基礎(chǔ)上增加了一組奇偶校驗(yàn)信息（Aq, Bq, Cq, Dq, Eq），兩組獨(dú)立的奇偶校驗(yàn)信息可以實(shí)現(xiàn)雙重校驗(yàn)，在兩塊硬盤同時(shí)損壞的情況下也能恢復(fù)數(shù)據(jù)。RAID 6讀性能與容錯(cuò)性能更高，但寫性能低，實(shí)現(xiàn)成本高。
將標(biāo)準(zhǔn)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(gè)硬盤（Disk 0和Disk 1，Disk 2和Disk 3）分別組成兩個(gè)RAID 1，再將兩個(gè)RAID 1組成一個(gè)RAID 0。RAID 10兼具二者優(yōu)點(diǎn)，但硬盤利用率不高。
RAID 5 RAID 0=RAID 50RAID 50中，由多個(gè)RAID 5卷組成一個(gè)RAID 0，RAID 50可以承擔(dān)多個(gè)卷內(nèi)同時(shí)發(fā)生單盤故障的風(fēng)險(xiǎn)，極大提升了容錯(cuò)能力，同時(shí)繼承了RAID 0的高儲(chǔ)存性能。
RAID 6 RAID 0=RAID 60RAID 60整體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)與RAID 50相似，還繼承了RAID 6的優(yōu)點(diǎn)，即便多個(gè)RAID 6卷內(nèi)同時(shí)發(fā)生雙盤故障，也不會(huì)影響數(shù)據(jù)的安全性。
各級(jí)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(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)更大的容量、更高的I/0性能、更強(qiáng)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(diǎn)，但可能對(duì)于如何使用RAID仍心存困惑。其實(shí)，RAID有以下三種實(shí)現(xiàn)方式：
軟件RAID集成于服務(wù)器操作系統(tǒng)中，配置管理簡(jiǎn)單，成本低，所有任務(wù)均由CPU執(zhí)行，導(dǎo)致CPU負(fù)荷重，整體性能較差。
硬件RAID具備計(jì)算單元與I/O處理器，獨(dú)立于操作系統(tǒng)來(lái)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(diǎn)，因此應(yīng)用規(guī)模更大。
軟硬混合RAID擁有RAID控制器和驅(qū)動(dòng)程序，但缺乏I/O處理器，仍需要依靠驅(qū)動(dòng)程序來(lái)執(zhí)行任務(wù)。
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(qiáng)大功能，如：
■ 硬盤直通：用戶指令直接透?jìng)鞯接脖P。
■?硬盤節(jié)能：允許硬盤在空閑時(shí)停轉(zhuǎn)。■?數(shù)據(jù)掉電保護(hù)：提供超級(jí)電容進(jìn)行供電及電量校準(zhǔn)。■?熱備份：提供熱備盤自動(dòng)替換故障盤，未設(shè)置熱備盤時(shí)則自動(dòng)使用空閑盤替換故障盤。■ 一致性校驗(yàn)：定期計(jì)算數(shù)據(jù)并與對(duì)應(yīng)的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)對(duì)比，若不一致將自動(dòng)修復(fù)并保存錯(cuò)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(shì)，廣泛應(yīng)用于中大型數(shù)據(jù)庫(kù)、高性能計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等領(lǐng)域，滿足廣大企業(yè)用戶對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、I/O性能、數(shù)據(jù)安全性、業(yè)務(wù)連續(xù)性等多方面需求。目前，關(guān)于RAID已涌現(xiàn)了負(fù)載均衡、故障檢測(cè)、隔離恢復(fù)等許多技術(shù)，期待未來(lái)能夠迸發(fā)出革命性的新技術(shù)，推動(dòng)RAID的長(zhǎng)足進(jìn)步。?
如果你以前不了解RAID，希望你能通過(guò)這篇文章收獲一些新知識(shí)。如果你了解RAID，歡迎在留言區(qū)分享更多新知識(shí)。
我們是一群平均從業(yè)年限5 的通信專業(yè)工程師。關(guān)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(jì)算機(jī)的主要存儲(chǔ)設(shè)備，容量大，讀寫快，主要分為新式固態(tài)硬盤、傳統(tǒng)機(jī)械硬盤和混合硬盤。
軟盤既然有硬磁盤，當(dāng)然也有軟磁盤（即軟盤）。軟盤是早期個(gè)人計(jì)算機(jī)使用的可移動(dòng)儲(chǔ)存介質(zhì)，彼時(shí)常用容量?jī)H1.4MB的3.5英寸軟盤，讀寫速度慢，早已淡出市場(chǎng)。軟、硬磁盤統(tǒng)稱為磁盤，“磁”表示利用磁記錄技術(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。磁盤陣列RAID即由獨(dú)立磁盤構(gòu)成的具有冗余能力的陣列，簡(jiǎn)稱磁盤陣列。
一般電腦配備1~2個(gè)硬盤即可滿足基本需求，而企業(yè)服務(wù)器對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量和讀寫速度要求極高，普通硬盤遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足。于是工程師們將多個(gè)獨(dú)立硬盤組成一個(gè)超大容量組，以提供比單盤更高的存儲(chǔ)性能、I/O性能、可靠性。
02初識(shí)RAID的一些疑問(wèn)初識(shí)RAID，可能對(duì)概念還有一些疑問(wèn)，小編先進(jìn)行簡(jiǎn)單答疑~
原來(lái)RAID就是疊加了多層不同Buff的一個(gè)大硬盤呀？嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，RAID是一種多硬盤運(yùn)作方式，是一項(xiàng)高性能存儲(chǔ)技術(shù)。為便于理解，可以將RAID視為：多塊普通硬盤通過(guò)不同形式組合而成的一塊具有加成效果的大硬盤。
原來(lái)如此~RAID與單純?cè)黾佑脖P相比，有什么區(qū)別嗎？增加硬盤只是增加儲(chǔ)存空間，每次仍然只能讀寫一個(gè)盤，硬盤一旦損壞將導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。而在RAID中，數(shù)據(jù)分散儲(chǔ)存在多個(gè)硬盤上，通過(guò)并行處理提高讀寫數(shù)據(jù)的帶寬和速度。并且多個(gè)硬盤同時(shí)工作增加了平均故障間隔時(shí)間，即便某個(gè)硬盤故障，及時(shí)替換便不會(huì)影響整個(gè)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(shuō)RAID能大幅度提高硬盤組的數(shù)據(jù)吞吐量，并且提供容錯(cuò)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(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能。
02RAID級(jí)別RAID主要利用分條、鏡像、數(shù)據(jù)校驗(yàn)這三種技術(shù)來(lái)組合硬盤。首先介紹四種標(biāo)準(zhǔn)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(gè)硬盤，能夠并發(fā)執(zhí)行讀寫，充分利用總線帶寬，儲(chǔ)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(chǎng)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(dāng)于全自動(dòng)實(shí)時(shí)備份，數(shù)據(jù)安全性最高。但實(shí)現(xiàn)成本高，硬盤利用率低，僅適用于全力保障安全的場(chǎng)景，如金融、監(jiān)控服務(wù)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(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息（Ap, Bp, Cp, Dp, Ep）分別寫入不同硬盤，單盤故障時(shí)可以利用正常盤數(shù)據(jù)與奇偶校驗(yàn)信息進(jìn)行異或來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)。RAID 5兼顧儲(chǔ)存的性能、成本、可靠性，常見(jiàn)于民用的各類私有NAS服務(wù)器。
兩塊硬盤同時(shí)損壞怎么辦呢？RAID 6在RAID 5的基礎(chǔ)上增加了一組奇偶校驗(yàn)信息（Aq, Bq, Cq, Dq, Eq），兩組獨(dú)立的奇偶校驗(yàn)信息可以實(shí)現(xiàn)雙重校驗(yàn)，在兩塊硬盤同時(shí)損壞的情況下也能恢復(fù)數(shù)據(jù)。RAID 6讀性能與容錯(cuò)性能更高，但寫性能低，實(shí)現(xiàn)成本高。
將標(biāo)準(zhǔn)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(gè)硬盤（Disk 0和Disk 1，Disk 2和Disk 3）分別組成兩個(gè)RAID 1，再將兩個(gè)RAID 1組成一個(gè)RAID 0。RAID 10兼具二者優(yōu)點(diǎn)，但硬盤利用率不高。
RAID 5 RAID 0=RAID 50RAID 50中，由多個(gè)RAID 5卷組成一個(gè)RAID 0，RAID 50可以承擔(dān)多個(gè)卷內(nèi)同時(shí)發(fā)生單盤故障的風(fēng)險(xiǎn)，極大提升了容錯(cuò)能力，同時(shí)繼承了RAID 0的高儲(chǔ)存性能。
RAID 6 RAID 0=RAID 60RAID 60整體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)與RAID 50相似，還繼承了RAID 6的優(yōu)點(diǎn)，即便多個(gè)RAID 6卷內(nèi)同時(shí)發(fā)生雙盤故障，也不會(huì)影響數(shù)據(jù)的安全性。
各級(jí)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(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)更大的容量、更高的I/0性能、更強(qiáng)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(diǎn)，但可能對(duì)于如何使用RAID仍心存困惑。其實(shí)，RAID有以下三種實(shí)現(xiàn)方式：
軟件RAID集成于服務(wù)器操作系統(tǒng)中，配置管理簡(jiǎn)單，成本低，所有任務(wù)均由CPU執(zhí)行，導(dǎo)致CPU負(fù)荷重，整體性能較差。
硬件RAID具備計(jì)算單元與I/O處理器，獨(dú)立于操作系統(tǒng)來(lái)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(diǎn)，因此應(yīng)用規(guī)模更大。
軟硬混合RAID擁有RAID控制器和驅(qū)動(dòng)程序，但缺乏I/O處理器，仍需要依靠驅(qū)動(dòng)程序來(lái)執(zhí)行任務(wù)。
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(qiáng)大功能，如：
■ 硬盤直通：用戶指令直接透?jìng)鞯接脖P。
■?硬盤節(jié)能：允許硬盤在空閑時(shí)停轉(zhuǎn)。■?數(shù)據(jù)掉電保護(hù)：提供超級(jí)電容進(jìn)行供電及電量校準(zhǔn)。■?熱備份：提供熱備盤自動(dòng)替換故障盤，未設(shè)置熱備盤時(shí)則自動(dòng)使用空閑盤替換故障盤。■ 一致性校驗(yàn)：定期計(jì)算數(shù)據(jù)并與對(duì)應(yīng)的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)對(duì)比，若不一致將自動(dòng)修復(fù)并保存錯(cuò)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(shì)，廣泛應(yīng)用于中大型數(shù)據(jù)庫(kù)、高性能計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等領(lǐng)域，滿足廣大企業(yè)用戶對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、I/O性能、數(shù)據(jù)安全性、業(yè)務(wù)連續(xù)性等多方面需求。目前，關(guān)于RAID已涌現(xiàn)了負(fù)載均衡、故障檢測(cè)、隔離恢復(fù)等許多技術(shù)，期待未來(lái)能夠迸發(fā)出革命性的新技術(shù)，推動(dòng)RAID的長(zhǎng)足進(jìn)步。?
如果你以前不了解RAID，希望你能通過(guò)這篇文章收獲一些新知識(shí)。如果你了解RAID，歡迎在留言區(qū)分享更多新知識(shí)。
我們是一群平均從業(yè)年限5 的通信專業(yè)工程師。關(guān)注我們，帶你了解通信世界的精彩！
下載文檔
