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【IT之家学院】令硬盘速度翻倍还更安全:Raid到底是啥?

2019-3-13 18:46:02来源:IT之家作者:麦子/实习责编:麦子/实习评论:

今天我们来聊一聊Raid,做一期轻科普,跟大家一起了解下各种Raid是怎么回事、有什么作用、有哪些优缺点、如何实现等等。

注:IT之家小编个人习惯拼作Raid,但RAID和raid这些拼法也都有众多拥趸。维基百科都拼作RAID,毕竟是首字母集合,应该是比较标准的拼法,另外两种是当做单词来用了,不过大家开心就好,不影响理解。

何为Raid

我们首先来认识一下这个概念,Raid全称为Redundant Arrays of Independent Drives,中文名称为磁盘阵列,直译为“冗余独立驱动器阵列”。简单来说就是多个硬盘组成的逻辑阵列。组Raid就是将多块独立的硬盘组合行成单一的逻辑阵列,当做一个整体来使用,用以实现提高传输速度、安全性等功能,多用于文件服务器或NAS。

Raid的种类

下面我们依次介绍较常见的Raid0/1/10/5/6和更高级一些的Raidz/z2,并分别介绍它们的工作原理和优缺点。不常见的Raid2/3/4和各种奇奇怪怪的组合如Raid100/30/50/60等就不多说了,理解了基础的,组合自然就明白了。如果没有标注,默认不同硬盘的容量相同。

1、Raid0

Raid0需要最少两块。

以两块硬盘为例,组Raid后容量为两者之和,读写数据时,同时对两块硬盘进行读写。

优点是带宽翻倍,理论上读写速度也翻倍。但缺点也是致命的,由于是将整体数据同时分别写在两块硬盘上,读取时也要同时读出才能得到完整的数据,所以只要阵列中一块硬盘损坏,整个阵列中的所以数据全部丢失,所以才有了著名的“Raid0一时爽,一直Raid0一直爽”,啊,不好意思拿错稿子了,是“Raid0一时爽,数据火葬场”。

总结来讲,速度×N,风险×N,利用率100%。

2、Raid1

Raid1最少也需要两块硬盘。

同样以两块硬盘为例,容量相当于最小的一块,多块同理。写入数据时,同时在所有硬盘上写入相同的数据,相当于做了镜像或备份,读取时如果一块硬盘损坏,还可以从阵列中其他的硬盘中读出完整数据。

优点是冗余性和安全性翻倍,缺点是利用率低。

总结,速度×1,风险×1/N,利用率1/N。

3、Raid10

顾名思义,就是Raid1+0,是Raid1和Raid0的结合,让两者取长补短。最少需要四块硬盘,或者m×n块的灵活组合都可,正是因为其是两种Raid模式的结合。

以四块硬盘为例,其中两块用作备份盘,两块用作增速盘。

先提一下Raid10的特殊实现方式,叫Raid10而不叫Raid01是有道理的,需要先把四块硬盘分为两组,组内先进行类似Raid1的组合,互为镜像,称作“做镜像”,再对两个“Raid1阵列”进行类似Raid0的组合,称为“做条带”。所以在读写时,同时对四块硬盘进行读写,其中每组写入不同数据(原数据中不同位置的数据,有可能相同,如1101中的前两个1,下同),每组中两块硬盘写入相同的数据。

优点是兼顾传输速度与安全性,缺点是性能开销大,而且……额……贵,权且当作方案的缺点吧。

总结,以四块硬盘为例,速度×2,风险×½,利用率50%。

同理,Raid01的原理大家可以反过来理解,先做条带,再做镜像。

4、Raid5

Raid5最少需要三块硬盘,其中需要拿出相当于一块硬盘的容量来存校验码,校验码采用奇偶校验方式算出,校验码不可全部在一块硬盘,其余用来存数据。用来存校验码的容量由从所有硬盘中不同位置取出相同的容量组成,加起来等于一块硬盘的容量,以三块硬盘为例,三块硬盘中各取出⅓的容量,被取出的容量在三块硬盘中不全在同一位置。

写入数据时,同时在两块硬盘上分别写入不同数据,最后一块硬盘写入算出的校验码,下一次写入的校验码不可与上一次的校验码存于同一块硬盘。如果某一块硬盘损坏,则只需要替换掉损坏的硬盘,通过均匀分布在各硬盘中的数据和校验码,就可以恢复重建损坏硬盘中的数据。

优点是一定程度上兼顾了传输速度和安全性。缺点是现实中数据恢复速度和成功率并不十分理想。还有不得不提的局限性,不管阵列中有多少块硬盘,同时损坏两块都是无法恢复的,整个阵列中的数据全部丢失。

总结,速度×(N-1),风险不会算,改天去请教一下理学院的学长……可以肯定的是风险比Raid1大,利用率为(N-1)/N。

另外,如果硬盘容量不同,Raid5会在每块硬盘中都取容量最小的硬盘的容量来使用,其余的都不用,但群辉的SHR技术可以将浪费的容量利用起来,感兴趣的朋友可以去了解一下。

5、Raid6

Raid6可以说是Raid5的升级版,最少需要四块硬盘,其中两块硬盘的容量用以存储两位奇偶校验码,校验码分配方式与Raid5类似。

同理,同时损坏三块硬盘,整个阵列无法恢复。

总结,速度×(N-2),风险不会算但比Raid5小比Raid1大,利用率为(N-2)/N。

6、Raidz/Raidz2

这两种“Raid模式”分别可以看做Raid5和Raid6的改进,虽然名叫“Raid”但并不是同一回事。

Raidz/z2基于更先进的ZFS文件系统,拥有更加先进的冗余机制,解决了Raid5/6“全盘重写”的问题。这个不是一时半会可以讲完的,为了篇幅和不喧宾夺主的考虑,暂且留个坑吧。

实现方式

Raid阵列的实现分为硬实现和软实现,组成的阵列分别称为硬Raid和软Raid。

我们分别来看:

1、硬实现/硬Raid

硬实现是通过硬件(Raid卡)来实现Raid阵列的方式。对磁盘的数据读写由Raid卡主控完成,系统会将整个阵列识别为单一硬盘。

优点是对CPU的依赖非常小,性能较好,有缓存的Raid卡还可以提高随机读写性能。

缺点是不够灵活,用Raid卡组Raid后,如果不解除/撤销/取消,阵列中的硬盘直接挂载到别的电脑上是无法使用的。以及需要额外的硬件,成本较高。

2、软实现/软Raid

软Raid就是通过软件方式实现的Raid,包括从BIOS中设置。磁盘数据的读写由CPU完成,系统可以识别出阵列中所有的硬盘。

优点是使用灵活,拆下后可直接在其他电脑上使用,成本较低,操作简单。

缺点是对CPU依赖较大,性能较差。

了解了上述内容,想要组Raid的小伙伴们心中应该是有底了,可以按需选择自己想要的方式。最后IT之家还要提醒一句,数据千万条,安全第一条。Raid不规范,自己两行泪。

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关键词:RAID硬盘NAS

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