如何選擇RAID磁盤陣列

介紹

RAID（Redundant Array of Independent Disks）是將多塊物理硬盤通過RAID控制卡組合成虛擬的單塊大容量硬盤使用，從而提供比單個硬盤更高的存儲性能、更高的I/O性能及可靠性。

磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID）是一種用多個獨立的磁盤組成一個大的磁盤系統(tǒng)，從而實現(xiàn)比單塊磁盤更好的存儲性能和更高的可靠性的技術(shù)。磁盤陣列有不同的類型，如RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 10等，它們各有各的優(yōu)缺點和適用場景。如果你想在電腦上組成磁盤陣列，你需要有相應(yīng)的硬件或軟件支持。你可以使用RAID卡或者操作系統(tǒng)提供的工具來創(chuàng)建和管理磁盤陣列。具體的操作步驟和方法可能根據(jù)你的硬件和軟件配置而有所不同，你可以參考一些教程或者咨詢專業(yè)人士來進行設(shè)置。

如何選擇磁盤陣列

選擇磁盤陣列類型的時候，你需要考慮你的需求和預(yù)算。不同類型的磁盤陣列有不同的特點和優(yōu)缺點，主要涉及到以下幾個方面：

存儲容量：磁盤陣列的總?cè)萘咳Q于你使用的磁盤數(shù)量和大小，以及你選擇的陣列模式。一般來說，RAID 0可以提供最大的存儲容量，因為它沒有冗余數(shù)據(jù)，但也最不安全。RAID 1可以提供最小的存儲容量，因為它需要鏡像所有的數(shù)據(jù)，但也最安全。RAID 5和RAID 6可以提供中等的存儲容量，因為它們需要一定比例的磁盤空間來存儲校驗信息，但也可以提供一定程度的容錯能力。RAID 10可以提供高于RAID 1但低于RAID 0的存儲容量，因為它是RAID 0和RAID 1的組合。

性能：磁盤陣列的性能主要取決于你使用的磁盤速度和接口，以及你選擇的陣列模式。一般來說，RAID 0可以提供最高的性能，因為它可以利用多個磁盤并行讀寫數(shù)據(jù)，但也最不穩(wěn)定。RAID 1可以提供較低的性能，因為它需要同步寫入兩份數(shù)據(jù)，但也最穩(wěn)定。RAID 5和RAID 6可以提供中等的性能，因為它們需要計算和寫入校驗信息，但也可以提高數(shù)據(jù)可靠性。RAID 10可以提供高于RAID 1但低于RAID 0的性能，因為它是RAID 0和RAID 1的組合。

可靠性：磁盤陣列的可靠性主要取決于你使用的磁盤質(zhì)量和壽命，以及你選擇的陣列模式。一般來說，RAID 0沒有任何可靠性，因為它沒有冗余數(shù)據(jù)，一旦有一個磁盤故障，就會導(dǎo)致整個陣列失效。RAID 1有最高的可靠性，因為它有完整的數(shù)據(jù)備份，即使有一個磁盤故障，也不會影響數(shù)據(jù)完整性。RAID 5和RAID 6有中等的可靠性，因為它們有校驗信息，可以在有一個或兩個磁盤故障時恢復(fù)數(shù)據(jù)，但如果超過這個限制，就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。RAID 10有高于RAID 5和RAID 6但低于RAID 1的可靠性，因為它是RAID 0和RAID 1的組合。

綜上所述，你應(yīng)該根據(jù)你對存儲容量、性能和可靠性的權(quán)衡來選擇合適的磁盤陣列類型。一般來說：

如果你只追求最大的存儲容量和最高的性能，并且不在乎數(shù)據(jù)安全性或者有其他備份方案，你可以選擇RAID 0。

如果你只追求最高的數(shù)據(jù)安全性，并且不在乎存儲容量或者性能損失，你可以選擇RAID 1。

如果你想要平衡存儲容量、性能和可靠性，并且可以接受一定程度的損失或者風(fēng)險，你可以選擇RAID 5或者RAID 6。

如果你想要同時享受較高的存儲容量、性能和可靠性，并且可以承擔(dān)較高的成本或者復(fù)雜度，你可以選擇RAID 10。

RAID0

RAID 0是一種使用條帶技術(shù)（striping）的磁盤陣列類型，它將數(shù)據(jù)分為多份，平均分配到兩塊或以上的磁盤上，不包含任何冗余或校驗信息12。RAID 0 的目的是提高磁盤的讀寫性能和吞吐量，因為數(shù)據(jù)可以同時或順序地從多個磁盤讀取或?qū)懭搿?/p>

RAID 0 的優(yōu)點是：

性能高：RAID 0 的讀寫性能理論上是單塊磁盤的 n 倍（n 是磁盤數(shù)量），因為數(shù)據(jù)可以并行地訪問多個磁盤。

空間利用率高：RAID 0 的存儲空間利用率是100%，因為沒有冗余或校驗信息占用空間。

RAID 0 的缺點是：

可靠性低：RAID 0 不提供任何數(shù)據(jù)保護或容錯能力，如果任何一塊磁盤損壞，整個陣列將失效，導(dǎo)致全部數(shù)據(jù)丟失。

容量受限：RAID 0 的容量受限于最小的磁盤大小，如果使用不同大小的磁盤，那么多出來的空間將無法使用。

RAID 0 的適用場景是：

對性能要求高而對數(shù)據(jù)安全性要求低的場景，例如視頻編輯、游戲、圖像處理等。

對存儲空間要求高而對數(shù)據(jù)安全性要求低的場景，例如臨時文件、緩存文件、下載文件等。

如圖所示，系統(tǒng)向三塊硬盤組成的邏輯硬盤（RAID 0硬盤組）發(fā)出的I/O數(shù)據(jù)請求被轉(zhuǎn)化為三項操作，其中的每一項操作都對應(yīng)于一塊物理硬盤。

通過建立RAID 0，原先順序的數(shù)據(jù)請求被分散到所有的三塊硬盤中同時執(zhí)行。

三塊硬盤的并行操作在理論上使同一時間內(nèi)硬盤讀寫速度提升了3倍。雖然由于總線帶寬等多種因素的影響，實際的提升速率會低于理論值，但是大量數(shù)據(jù)并行傳輸與串行傳輸比較，提速效果顯著。

RAID1

RAID 1是一種使用鏡像技術(shù)（mirroring）的磁盤陣列類型，它將同一份數(shù)據(jù)無差別地寫入兩塊或以上的磁盤，提供數(shù)據(jù)備份和冗余，提高數(shù)據(jù)的可靠性和可用性。RAID 1 的目的是提高磁盤的安全性和容錯能力，因為任何一塊磁盤損壞都可以用另一塊磁盤恢復(fù)數(shù)據(jù)。

RAID 1 的優(yōu)點是：

可靠性高：RAID 1 可以提供完整的數(shù)據(jù)冗余和錯誤修復(fù)能力，即使有一塊或多塊磁盤損壞，也不會影響數(shù)據(jù)的完整性和可訪問性。

讀取性能高：RAID 1 可以提高數(shù)據(jù)的讀取性能，因為系統(tǒng)可以從多個磁盤并行地讀取不同的數(shù)據(jù)段，類似于 RAID 0。

RAID 1 的缺點是：

存儲空間利用率低：RAID 1 的存儲空間利用率只有50%，因為每份數(shù)據(jù)都要在兩塊或以上的磁盤上重復(fù)存儲。

寫入性能低：RAID 1 的寫入性能受限于最慢的磁盤，因為每次寫入都要在所有的磁盤上同步進行。

RAID 1 的適用場景是：

對數(shù)據(jù)安全性要求高而對存儲空間利用率要求低的場景，例如數(shù)據(jù)庫、日志、備份等。

對讀取性能要求高而對寫入性能要求低的場景，例如文件服務(wù)器、郵件服務(wù)器、Web服務(wù)器等。

如圖所示，系統(tǒng)向兩塊硬盤組成的邏輯硬盤（RAID 1硬盤組）發(fā)出I/O數(shù)據(jù)請求。

向硬盤Drive 0寫入數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)會同時把用戶寫入Drive 0的數(shù)據(jù)自動復(fù)制到Drive 1上。讀取數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)同時從Drive 0和Drive 1讀取。

RAID5

RAID 5是一種使用條帶和分布式奇偶校驗技術(shù)（striping and distributed parity）的磁盤陣列類型，它將數(shù)據(jù)和校驗信息分布到三塊或以上的磁盤上，提供存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本的平衡，提高數(shù)據(jù)的可靠性和可用性。RAID 5 的目的是提高磁盤的容錯能力，因為它可以容忍最多損壞一塊磁盤，而不影響數(shù)據(jù)的完整性和可訪問性。

RAID 5 的優(yōu)點是：

性能高：RAID 5 可以提高數(shù)據(jù)的讀寫性能，因為系統(tǒng)可以從多個磁盤并行地讀寫不同的數(shù)據(jù)段，類似于 RAID 0。

安全高：RAID 5 可以提供數(shù)據(jù)的冗余和錯誤修復(fù)能力，即使有一塊磁盤損壞，也不會影響數(shù)據(jù)的完整性和可訪問性。

成本低：RAID 5 的存儲空間利用率較高，一般為 n-1/n（n 是磁盤數(shù)量），因為只有一份校驗信息占用空間。

RAID 5 的缺點是：

可靠性低：RAID 5 只能容忍最多損壞一塊磁盤，如果有兩塊或以上的磁盤損壞，整個陣列將失效，導(dǎo)致全部數(shù)據(jù)丟失。

寫入性能低：RAID 5 的寫入性能受限于校驗信息計算和寫入的開銷，因為每次寫入都要在所有的磁盤上同步進行校驗信息的計算和寫入。

RAID 5 的適用場景是：

對存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本要求平衡的場景，例如數(shù)據(jù)庫、日志、備份等。

如圖所示，PA為A0、A1和A2的奇偶校驗信息，PB為B0、B1和B2 的奇偶校驗信息，以此類推。

RAID 5不對存儲的數(shù)據(jù)進行備份，而是把數(shù)據(jù)和相對應(yīng)的奇偶校驗信息存儲到成員盤上，并且奇偶校驗信息和相對應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲于不同的硬盤上。當(dāng)RAID 5的一個硬盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后，利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗信息可以恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。

RAID 5可以理解為是RAID 0和RAID 1的折衷方案：

RAID 5可以為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全保障，但保障程度要比RAID 1低而硬盤空間利用率要比RAID 1高，存儲成本相對較低。RAID 5具有較RAID 0略低的數(shù)據(jù)讀寫速度，但寫性能比寫入單個硬盤時要高。

RAID6

? RAID 6是一種使用條帶和雙重校驗技術(shù)（striping and dual parity）的磁盤陣列類型，它將數(shù)據(jù)和兩種不同的校驗信息分布到四塊或以上的磁盤上，提供更高的數(shù)據(jù)冗余性和容錯能力，提高數(shù)據(jù)的安全性和可用性。RAID 6 的目的是提高磁盤的容災(zāi)能力，因為它可以容忍最多同時損壞兩塊磁盤，而不影響數(shù)據(jù)的完整性和可訪問性。

RAID 6 的優(yōu)點是：

可靠性高：RAID 6 可以提供更強的數(shù)據(jù)冗余和錯誤修復(fù)能力，即使有兩塊或多塊磁盤損壞，也不會影響數(shù)據(jù)的完整性和可訪問性。

讀取性能高：RAID 6 可以提高數(shù)據(jù)的讀取性能，因為系統(tǒng)可以從多個磁盤并行地讀取不同的數(shù)據(jù)段，類似于 RAID 0。

RAID 6 的缺點是：

存儲空間利用率低：RAID 6 的存儲空間利用率受限于校驗信息占用的空間，一般為 n-2/n（n 是磁盤數(shù)量），因為每份數(shù)據(jù)都要在兩塊或以上的磁盤上重復(fù)存儲校驗信息。

寫入性能低：RAID 6 的寫入性能受限于校驗信息計算和寫入的開銷，因為每次寫入都要在所有的磁盤上同步進行校驗信息的計算和寫入。

RAID 6 的適用場景是：

對數(shù)據(jù)安全性要求高而對存儲空間利用率要求低的場景，例如數(shù)據(jù)庫、日志、備份等。

對讀取性能要求高而對寫入性能要求低的場景，例如文件服務(wù)器、郵件服務(wù)器、Web服務(wù)器等。

如圖所示，PA為數(shù)據(jù)塊A0、A1、A2的第一個校驗信息塊，QA為第二個校驗信息塊；PB為數(shù)據(jù)塊B0、B1、B2 的第一個校驗信息框，QB為第二個校驗信息塊，以此類推。

數(shù)據(jù)塊和校驗塊一起分散存儲到RAID 6的各個成員盤上。當(dāng)任意一個或兩個成員硬盤出現(xiàn)故障時，控制卡可以從其他處于正常狀態(tài)的硬盤上重新恢復(fù)或生成丟失的數(shù)據(jù)而不影響數(shù)據(jù)的可用性。

RAID10

RAID 10是一種使用鏡像和條帶技術(shù)（mirroring and striping）的磁盤陣列類型，它將四塊或以上的磁盤分為鏡像對，再對每個鏡像對進行條帶化，兼?zhèn)淞?RAID 1 和 RAID 0 的優(yōu)點，提高數(shù)據(jù)的可靠性和性能。RAID 10 的目的是提高磁盤的安全性和吞吐量，因為它可以容忍每個鏡像對中的一塊磁盤損壞，而不影響數(shù)據(jù)的完整性和可訪問性。

RAID 10 的優(yōu)點是：

可靠性高：RAID 10 可以提供完整的數(shù)據(jù)冗余和錯誤修復(fù)能力，即使有一塊或多塊磁盤損壞，也不會影響數(shù)據(jù)的完整性和可訪問性。

性能高：RAID 10 可以提高數(shù)據(jù)的讀寫性能，因為系統(tǒng)可以從多個磁盤并行地讀寫不同的數(shù)據(jù)段，類似于 RAID 0。

RAID 10 的缺點是：

存儲空間利用率低：RAID 10 的存儲空間利用率只有50%，因為每份數(shù)據(jù)都要在兩塊或以上的磁盤上重復(fù)存儲。

成本高：RAID 10 需要至少四塊磁盤才能實現(xiàn)，且每增加一對磁盤就需要增加相應(yīng)的成本。

RAID 10 的適用場景是：

對數(shù)據(jù)安全性要求高而不在乎存儲空間利用率的場景，例如數(shù)據(jù)庫、日志、備份等。

對讀寫性能要求高而不在乎成本的場景，例如視頻編輯、游戲、圖像處理等。

如圖所示，Drive 0和Drive 1組成一個子組0，Drive 2和Drive 3組成一個子組1，子組內(nèi)的兩個硬盤互為鏡像。

系統(tǒng)向硬盤發(fā)出I/O數(shù)據(jù)請求時，原先順序的數(shù)據(jù)請求按照RAID 0的方式，被分散到兩個子組中并行執(zhí)行，同時通過RAID 1的方式，系統(tǒng)在向硬盤Drive 0寫入數(shù)據(jù)的同時把數(shù)據(jù)自動復(fù)制到硬盤Drive 1上，向硬盤Drive 2寫入數(shù)據(jù)的同時把數(shù)據(jù)自動復(fù)制到硬盤Drive 3上。

審核編輯：湯梓紅