令硬盘速度翻倍还更安全：Raid到底是啥？-it运维

2020-06-01 17:14 作者：艾锑无限 浏览量：

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。
何为Raid-it运维 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。-it运维 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-it运维 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。-it运维 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运维还要提醒一句，数据千万条，安全第一条。Raid不规范，自己两行泪。