獨(dú)立磁盤冗余陣列(RAID)是將多個(gè)機(jī)械硬盤(HDD)或固態(tài)硬盤(SSD)組合為一個(gè)邏輯卷的過(guò)程，從而使其陣列避免或減少硬盤故障帶來(lái)的損失。RAID陣列有很多種類型，以下將討論企業(yè)應(yīng)該選擇哪一種RAID陣列。

什么是RAID陣列?

假設(shè)在一臺(tái)服務(wù)器中接入兩塊1TB的硬盤，這樣具有2TB的可用空間。但是，在服務(wù)器環(huán)境中，最好將第二塊硬盤作為備份，構(gòu)建成一個(gè)RAID陣列。這可以使用RAID控制器實(shí)時(shí)完成，該RAID控制器連接到硬盤并管理RAID陣列。還有軟件RAID陣列，但是大多數(shù)服務(wù)器都將配備專用的RAID控制器。

如果沒(méi)有RAID陣列，就不會(huì)有冗余。但是這并不是主要問(wèn)題。而一個(gè)良好的備份策略永遠(yuǎn)不會(huì)真正丟失數(shù)據(jù)，但是如果硬盤出現(xiàn)故障，則這臺(tái)服務(wù)器在還原時(shí)可能會(huì)經(jīng)歷嚴(yán)重的停機(jī)問(wèn)題。這在服務(wù)器環(huán)境中是不可接受的，并且比暫時(shí)的數(shù)據(jù)丟失要嚴(yán)重得多。

RAID陣列可以在仍然可用的情況下重建，當(dāng)一塊硬盤出現(xiàn)故障時(shí)，不必從備份中恢復(fù)。這是RAID陣列的主要優(yōu)勢(shì)。服務(wù)器被設(shè)計(jì)為即使在許多意外情況下也不會(huì)停機(jī)。工作人員可以從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上拔出硬盤，盡管性能較低，但它仍會(huì)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

在許多方面，配置RAID陣列比配置一塊容量更大的硬盤要好得多。一塊8TB大容量硬盤的彈性不如RAID 5陣列中配置的五塊2TB驅(qū)動(dòng)器。而現(xiàn)在很難找到只安裝一塊硬盤的服務(wù)器。

RAID陣列采用容量和品牌相同的硬盤效果好。它可以與各種硬盤一起使用，但通常會(huì)受到速度最慢和容量最小的限制，使其性能欠佳。

這實(shí)際上只適用于用戶自己管理服務(wù)器的情況，如家用網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(chǔ)(NAS)采用了許多硬盤;在這種情況下，選擇的RAID陣列類型非常重要。如果是從AWS公司或者其他云計(jì)算供應(yīng)商那里租用虛擬服務(wù)器，RAID陣列通常由托管服務(wù)商為用戶配置，因?yàn)檫@個(gè)級(jí)別的控制是從企業(yè)那里抽象出來(lái)的。

在開(kāi)始采用RAID陣列之前需要注意：用于指定不同RAID級(jí)別的數(shù)字實(shí)際上沒(méi)有任何意義。RAID 5的性能不是RAID 1的5倍。此外還有其他幾個(gè)RAID級(jí)別，例如RAID 2、3和4，但它們?cè)趯?shí)踐中并未使用，因此不用解釋。

JBOD

從技術(shù)上講，這不是RAID陣列配置，但是在這里需要進(jìn)行解釋。從技術(shù)上講，JBOD意思是“硬盤的聯(lián)合批處理”，但是可以將其理解為“只是一堆硬盤”，因?yàn)榛旧暇褪沁@樣。JBOD只是將硬盤連接在一起成為一個(gè)大容量硬盤。這不會(huì)帶來(lái)任何性能上的改進(jìn)，也沒(méi)有提供任何冗余，而用戶并不關(guān)心其中接入了哪些硬盤。

許多RAID控制器將提供JBOD模式。除非擁有許多容量不同的硬盤并將它們連接在一起，否則不應(yīng)該使用它。

RAID 0陣列

RAID 0陣列中的數(shù)據(jù)分散在多個(gè)硬盤上;例如，如果想從RAID陣列讀取文件，則將并行讀取多個(gè)硬盤，這使RAID 0陣列的讀取速度比任何一塊硬盤快得多。

但是，由于沒(méi)有鏡像、奇偶校驗(yàn)或其他冗余機(jī)制，因此，如果某塊硬盤發(fā)生故障，則會(huì)丟失整個(gè)陣列上的所有數(shù)據(jù)。因此，可以在速度至關(guān)重要時(shí)使用RAID 0陣列，并且不需要冗余。

在某種程度上，RAID 0陣列與根本沒(méi)有采用RAID陣列非常相似。它可以將所有硬盤放在一個(gè)大容量硬盤中，并獲得更高的訪問(wèn)速度。但是，單塊硬盤故障可能會(huì)對(duì)陣列上的數(shù)據(jù)造成災(zāi)難性的影響，因此，除非是臨時(shí)數(shù)據(jù)，否則在沒(méi)有備份解決方案的情況下切勿運(yùn)行RAID 0陣列。

RAID 0陣列還可以大化存儲(chǔ)容量，因?yàn)闆](méi)有用于冗余的存儲(chǔ)空間。如果有兩個(gè)1 TB硬盤，則其陣列的容量為2TB。但是，RAID 0陣列被限制為陣列中容量最小的硬盤，如果嘗試將2TB硬盤與1TB硬盤一起構(gòu)建成RAID 0陣列，則只有2TB的空間，而另一個(gè)1TB硬盤的空間則會(huì)完全浪費(fèi)。

采用SSD硬盤的RAID 0陣列很常見(jiàn)，考慮到SSD硬盤的故障率較低，因此更合理。這是高端服務(wù)器系統(tǒng)中的常見(jiàn)設(shè)置，因?yàn)樗俣缺热哂喔匾?/p>

RAID 1陣列

RAID 1陣列是RAID陣列的另一種基本類型。與RAID 0陣列類似，它使用兩塊或多塊硬盤，但不是將數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)條帶化，而是將數(shù)據(jù)從第一塊硬盤鏡像到第二塊硬盤(以及陣列中的其他硬盤)。如果有兩塊硬盤，則其中一塊硬盤將完全用作一種實(shí)時(shí)備份硬盤，從而在此過(guò)程中將總存儲(chǔ)容量減半。如果一塊硬盤發(fā)生故障，可以繼續(xù)從另一塊硬盤讀取數(shù)據(jù)，并通過(guò)更換故障的硬盤來(lái)重建陣列。

由于可以使用兩塊硬盤，因此確實(shí)具有一些讀取性能上的好處，但是由于它從每塊硬盤中讀取相同的數(shù)據(jù)，因此通常不如RAID 0陣列好。其寫入性能將受限于讀寫速度最慢的硬盤的速度。

如果擁有兩個(gè)硬盤并且無(wú)法承受硬盤故障而無(wú)法取出數(shù)據(jù)帶來(lái)的損失，則RAID 1陣列則是唯一可行的選擇。不過(guò)，這并不是最有效的，因?yàn)閷⒋鎯?chǔ)容量減少了一半，因此其成本是單塊硬盤的兩倍。

但是，服務(wù)器設(shè)置中的冗余陣列比單塊硬盤的價(jià)格要有價(jià)值得多。如果只需要基本的硬盤設(shè)置，可以使用簡(jiǎn)單的RAID 1陣列。當(dāng)接入兩塊硬盤時(shí)，大多數(shù)RAID控制器將默認(rèn)為RAI??D 1陣列。

RAID 5陣列

RAID 5陣列讓事情開(kāi)始變得有趣起來(lái)。RAID 5陣列不會(huì)像RAID 1陣列那樣復(fù)制數(shù)據(jù)，而是使用奇偶校驗(yàn)這種效率更高的方法。

奇偶校驗(yàn)是錯(cuò)誤檢查的一種形式，就像哈希校驗(yàn)一樣，但是要簡(jiǎn)單得多。通常用于確保網(wǎng)絡(luò)流量不會(huì)混淆。基本上，假設(shè)有7位數(shù)據(jù)要發(fā)送給某人，并且想確保它完整無(wú)缺地傳輸。如果傳輸過(guò)程有些混亂，他們將無(wú)從得知。解決方案是對(duì)所有正數(shù)位進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果有偶數(shù)，則奇偶校驗(yàn)將為0。如果有奇數(shù)，則奇偶校驗(yàn)將為1。將其添加到要發(fā)送的數(shù)據(jù)中，另一端的人在收到該數(shù)據(jù)時(shí)將會(huì)自動(dòng)計(jì)算奇偶校驗(yàn)。如果發(fā)生錯(cuò)誤，并且發(fā)生了位翻轉(zhuǎn)(甚至是奇偶校驗(yàn)位本身)，對(duì)方也會(huì)知道并請(qǐng)求重新發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)然，如果單次傳輸中有兩個(gè)錯(cuò)誤，則該系統(tǒng)會(huì)中斷，但這并不常見(jiàn)。

RAID 5陣列不需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的副本(就像發(fā)送兩次消息一樣)，而只是存儲(chǔ)奇偶校驗(yàn)位?？梢韵胂笏窬哂腥哂喙δ艿腞AID 0陣列一樣，它至少需要三塊硬盤。除一塊硬盤之外，所有硬盤均像常規(guī)RAID 0陣列一樣使用，但最后一塊硬盤用于奇偶校驗(yàn)。如果其中一塊硬盤出現(xiàn)故障，則可以反向執(zhí)行奇偶校驗(yàn)計(jì)算以恢復(fù)任何硬盤上的所有數(shù)據(jù)(盡管這是一個(gè)漫長(zhǎng)而費(fèi)力的操作)。

實(shí)際上，RAID 5陣列不使用專用硬盤進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，因?yàn)樵谒杏脖P上剝離奇偶校驗(yàn)位的速度更快，但是在計(jì)算RAID 5陣列將提供多少存儲(chǔ)空間時(shí)，可以這樣考慮。本質(zhì)上，除了一塊硬盤之外，將所有硬盤加起來(lái)，這就是將擁有的存儲(chǔ)空間。RAID 5陣列可以通過(guò)增加硬盤來(lái)提高空間效率，采用三塊硬盤的效率為66%，但是10塊硬盤的效率為90%。與RAID 1陣列相比，這顯著降低了成本。

但是，RAID 5陣列并非沒(méi)有缺點(diǎn)。由于每次寫入硬盤時(shí)都必須計(jì)算奇偶校驗(yàn)，因此會(huì)降低寫入性能?？紤]到以下事實(shí)，其問(wèn)題就更加嚴(yán)重：在一塊硬盤中翻轉(zhuǎn)一個(gè)位需要讀取所有的硬盤，以便重新計(jì)算該塊的奇偶校驗(yàn)。實(shí)際上，如果RAID 0陣列可以擴(kuò)展n塊硬盤的性能，則RAID 5陣列可以為n-1塊硬盤提供寫入操作的性能。但是，如果陣列足夠大，問(wèn)題并沒(méi)有那么嚴(yán)重。

另外，無(wú)論擁有多少塊硬盤，都只能承受一塊硬盤故障的損失。這似乎不是一個(gè)主要問(wèn)題，因?yàn)楣收虾苌僖?jiàn)，而且不太可能同時(shí)遇到兩個(gè)故障，但是陣列重建在硬盤上可能會(huì)非常密集，基本上是在每個(gè)故障最易受攻擊的時(shí)候從每個(gè)故障中讀取每一位數(shù)據(jù)。因此，如果其中一塊硬盤發(fā)生故障，則另一塊硬盤也很有可能也會(huì)發(fā)生故障。

如果有3塊硬盤，則應(yīng)該選擇RAID 5陣列，因?yàn)镽AID 1陣列會(huì)浪費(fèi)空間。如果有4塊硬盤，那么它可能仍然是好選擇，但是此列表上的其他兩個(gè)選項(xiàng)也可以使用。

RAID 6陣列

RAID 6陣列與RAID 5陣列相似，只是對(duì)“奇偶校驗(yàn)磁盤”進(jìn)行了鏡像。這使其陣列能夠避免發(fā)生兩次的硬盤故障。但是，n-2塊硬盤的寫入性能更差，并且擁有更少的空間。

如果有大量的硬盤(6塊、8塊或更多)，則可能要考慮RAID 6陣列的額外冗余。僅RAID 6陣列即可實(shí)現(xiàn)3-2-1備份策略：至少存儲(chǔ)三個(gè)數(shù)據(jù)副本，兩個(gè)備份位于不同的介質(zhì)上，其中至少一個(gè)位于異地。RAID 6陣列可以承受兩個(gè)硬盤故障，使其功能與具有三塊磁盤的RAID 1陣列相同(減去重建時(shí)間)。

在實(shí)踐中，RAID 6陣列幾乎永遠(yuǎn)不會(huì)經(jīng)歷整個(gè)陣列故障，尤其是如果在公式中添加了更多的奇偶校驗(yàn)磁盤的話。結(jié)合其他數(shù)據(jù)中心中的備份和副本，這就是AWS Glacier和Backblaze等存檔服務(wù)如何實(shí)現(xiàn)99.999999999%持久性的原因。

RAID 10(1+0)陣列

RAID 10陣列從技術(shù)上講是嵌套R(shí)AID陣列的一種形式，這本身就是另一種復(fù)雜的事情。如果擁有四塊硬盤，并且不想使用RAID 5陣列或RAID 6陣列，則唯一的其他選擇是RAID 0陣列和RAID 1陣列，這兩個(gè)都有問(wèn)題。相反，如果將這些硬盤分成兩部分，構(gòu)成兩個(gè)RAID 1陣列，然后將這些陣列用于構(gòu)建一個(gè)大的RAID 0陣列。RAID 10陣列至少需要四塊硬盤并且還需要偶數(shù)總數(shù)的硬盤。

這提供了RAID 1陣列和RAID 0陣列的所有優(yōu)點(diǎn)，并且沒(méi)有很多缺點(diǎn)，其具有快速的讀取和寫入速度，高冗余性和易于重建的功能，同時(shí)仍然可以使用所有硬盤總空間的一半。RAID 10陣列實(shí)際上比RAID 1陣列更具彈性。在上圖中，硬盤1和硬盤3可能會(huì)發(fā)生故障，并且陣列仍可以完全重建(盡管如果硬盤0和硬盤1都發(fā)生故障，則該陣列將無(wú)法恢復(fù))。

RAID 10陣列是服務(wù)器非常常見(jiàn)的RAID級(jí)別。它的速度非常快，并且可以承受一塊硬盤故障。唯一真正的問(wèn)題是價(jià)格，因?yàn)槿匀灰獮楸Ａ羲袛?shù)據(jù)的副本付出雙倍的代價(jià)，但是對(duì)于一般的工作負(fù)載來(lái)說(shuō)，RAID 10陣列在速度上超越了所有其他RAID配置，而在吞吐量方面僅輸給RAID 0陣列。

RAID 50/60陣列

RAID 50/60陣列基本上是RAID 0陣列中的兩個(gè)RAID 5陣列或RAID 56陣列。這與RAID 10陣列一樣提高了性能，最重要的是提高了寫入性能，因?yàn)樵谟?jì)算奇偶校驗(yàn)時(shí)從其他硬盤讀取數(shù)據(jù)更快。

它至少需要6塊硬盤(在RAID 60的情況下為8塊硬盤)，并且由于有單獨(dú)的RAID 5陣列，因此需要附加的奇偶校驗(yàn)硬盤，從而降低了空間效率，但彈性更大。總體而言，RAID 50陣列本質(zhì)上是RAID 5陣列性能更高的版本。

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