令硬盤速度翻倍還更安全：Raid到底是啥？-it運維

2020-06-01 17:14 作者：艾銻無限 瀏覽量：

今天我們來聊一聊Raid，做一期輕科普，跟大家一起了解下各種Raid是怎么回事、有什么作用、有哪些優缺點、如何實現等等。
何為Raid-it運維 我們首先來認識一下這個概念，Raid全稱為Redundant Arrays of Independent Drives，中文名稱為磁盤陣列，直譯為“冗余獨立驅動器陣列”。簡單來說就是多個硬盤組成的邏輯陣列。組Raid就是將多塊獨立的硬盤組合行成單一的邏輯陣列，當做一個整體來使用，用以實現提高傳輸速度、安全性等功能，多用于文件服務器或NAS。

Raid的種類
下面我們依次介紹較常見的Raid0/1/10/5/6和更高級一些的Raidz/z2，并分別介紹它們的工作原理和優缺點。不常見的Raid2/3/4和各種奇奇怪怪的組合如Raid100/30/50/60等就不多說了，理解了基礎的，組合自然就明白了。如果沒有標注，默認不同硬盤的容量相同。
1、Raid0
Raid0需要最少兩塊。-it運維 以兩塊硬盤為例，組Raid后容量為兩者之和，讀寫數據時，同時對兩塊硬盤進行讀寫。
優點是帶寬翻倍，理論上讀寫速度也翻倍。但缺點也是致命的，由于是將整體數據同時分別寫在兩塊硬盤上，讀取時也要同時讀出才能得到完整的數據，所以只要陣列中一塊硬盤損壞，整個陣列中的所以數據全部丟失，所以才有了著名的“Raid0一時爽，一直Raid0一直爽”，啊，不好意思拿錯稿子了，是“Raid0一時爽，數據火葬場”。
總結來講，速度×N，風險×N，利用率100%。

2、Raid1
Raid1最少也需要兩塊硬盤。
同樣以兩塊硬盤為例，容量相當于最小的一塊，多塊同理。寫入數據時，同時在所有硬盤上寫入相同的數據，相當于做了鏡像或備份，讀取時如果一塊硬盤損壞，還可以從陣列中其他的硬盤中讀出完整數據。
優點是冗余性和安全性翻倍，缺點是利用率低。
總結，速度×1，風險×1/N，利用率1/N。

3、Raid10
顧名思義，就是Raid1+0，是Raid1和Raid0的結合，讓兩者取長補短。最少需要四塊硬盤，或者m×n塊的靈活組合都可，正是因為其是兩種Raid模式的結合。
以四塊硬盤為例，其中兩塊用作備份盤，兩塊用作增速盤。
先提一下Raid10的特殊實現方式，叫Raid10而不叫Raid01是有道理的，需要先把四塊硬盤分為兩組，組內先進行類似Raid1的組合，互為鏡像，稱作“做鏡像”，再對兩個“Raid1陣列”進行類似Raid0的組合，稱為“做條帶”。所以在讀寫時，同時對四塊硬盤進行讀寫，其中每組寫入不同數據（原數據中不同位置的數據，有可能相同，如1101中的前兩個1，下同），每組中兩塊硬盤寫入相同的數據。
優點是兼顧傳輸速度與安全性，缺點是性能開銷大，而且……額……貴，權且當作方案的缺點吧。
總結，以四塊硬盤為例，速度×2，風險×½，利用率50%。

同理，Raid01的原理大家可以反過來理解，先做條帶，再做鏡像。
4、Raid5-it運維 Raid5最少需要三塊硬盤，其中需要拿出相當于一塊硬盤的容量來存校驗碼，校驗碼采用奇偶校驗方式算出，校驗碼不可全部在一塊硬盤，其余用來存數據。用來存校驗碼的容量由從所有硬盤中不同位置取出相同的容量組成，加起來等于一塊硬盤的容量，以三塊硬盤為例，三塊硬盤中各取出?的容量，被取出的容量在三塊硬盤中不全在同一位置。
寫入數據時，同時在兩塊硬盤上分別寫入不同數據，最后一塊硬盤寫入算出的校驗碼，下一次寫入的校驗碼不可與上一次的校驗碼存于同一塊硬盤。如果某一塊硬盤損壞，則只需要替換掉損壞的硬盤，通過均勻分布在各硬盤中的數據和校驗碼，就可以恢復重建損壞硬盤中的數據。-it運維 優點是一定程度上兼顧了傳輸速度和安全性。缺點是現實中數據恢復速度和成功率并不十分理想。還有不得不提的局限性，不管陣列中有多少塊硬盤，同時損壞兩塊都是無法恢復的，整個陣列中的數據全部丟失。
總結，速度×(N-1)，風險不會算，改天去請教一下理學院的學長……可以肯定的是風險比Raid1大，利用率為(N-1)/N。

另外，如果硬盤容量不同，Raid5會在每塊硬盤中都取容量最小的硬盤的容量來使用，其余的都不用，但群輝的SHR技術可以將浪費的容量利用起來，感興趣的朋友可以去了解一下。
5、Raid6
Raid6可以說是Raid5的升級版，最少需要四塊硬盤，其中兩塊硬盤的容量用以存儲兩位奇偶校驗碼，校驗碼分配方式與Raid5類似。
同理，同時損壞三塊硬盤，整個陣列無法恢復。
總結，速度×(N-2)，風險不會算但比Raid5小比Raid1大，利用率為(N-2)/N。
6、Raidz/Raidz2
這兩種“Raid模式”分別可以看做Raid5和Raid6的改進，雖然名叫“Raid”但并不是同一回事。
Raidz/z2基于更先進的ZFS文件系統，擁有更加先進的冗余機制，解決了Raid5/6“全盤重寫”的問題。這個不是一時半會可以講完的，為了篇幅和不喧賓奪主的考慮，暫且留個坑吧。
實現方式
Raid陣列的實現分為硬實現和軟實現，組成的陣列分別稱為硬Raid和軟Raid。
我們分別來看：
1、硬實現/硬Raid
硬實現是通過硬件（Raid卡）來實現Raid陣列的方式。對磁盤的數據讀寫由Raid卡主控完成，系統會將整個陣列識別為單一硬盤。
優點是對CPU的依賴非常小，性能較好，有緩存的Raid卡還可以提高隨機讀寫性能。
缺點是不夠靈活，用Raid卡組Raid后，如果不解除/撤銷/取消，陣列中的硬盤直接掛載到別的電腦上是無法使用的。以及需要額外的硬件，成本較高。
2、軟實現/軟Raid
軟Raid就是通過軟件方式實現的Raid，包括從BIOS中設置。磁盤數據的讀寫由CPU完成，系統可以識別出陣列中所有的硬盤。
優點是使用靈活，拆下后可直接在其他電腦上使用，成本較低，操作簡單。
缺點是對CPU依賴較大，性能較差。
了解了上述內容，想要組Raid的小伙伴們心中應該是有底了，可以按需選擇自己想要的方式。最后IT運維還要提醒一句，數據千萬條，安全第一條。Raid不規范，自己兩行淚。