2021-05-12 14:32:11
Linux基礎教學：獨立硬碟冗餘陣列-RAID
2020-06-16 17:07:49
獨立硬碟冗餘陣列（RAID，Redundant Array of Independant Disks）,舊稱為廉價磁碟冗餘陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks）。1987年美國加州伯克利分校的一篇名為《A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disk(RAID)》論文誕生，這標誌著RAID技術的開始。
那麼什麼是RAID呢？簡單的來講就是把多個硬碟組合起來，成為一個硬碟陣列組，作業系統會把它當做是一個硬碟，其效能能夠達到甚至超過單個昂貴容量大的硬碟。RAID提供了多種硬碟組合的方式，相比單個硬碟來說，提高了硬碟得I/O能力。多個磁碟之間相互冗餘，提高了耐用性。
RAID的硬碟組合方式有：RAID-0，RAID-1，RAID-2，RAID-3，RAID-4，RAID-5，RAID-6，RAID-7，RAID10，RAID-01，RAID-50，RAID-53，RAID-60，JBOD。
RAID的實現模式
Software RAID：
軟體磁碟陣列，由CPU處理和協調一個RAID裡面各個硬碟的作業，這樣就會給CPU帶來較多的運算壓力，分為3種：
1）基於主機板的的磁碟陣列：通常上是由主機板上的晶片組提供RAID功能。
2）硬體輔助磁碟陣列：需要RAID卡和相關廠商提供的驅動程式，RAID功能是由驅動程式和CPU運算來提供
3）作業系統的RAID功能：Linux、windows Server等作業系統內建的RAID功能
雖然軟RAID實現的有多種，但是在生產環境還是不建議使用的。
Hardware RAID：
硬體磁碟陣列，在RAID卡上內建了CPU處理器，這樣就不佔用伺服器的CPU了。一般硬體磁碟陣列都會有備份的電源模組和NVRAM（非易失性記憶體），當系統斷掉後，備份電源開始供電，將硬碟讀寫的紀錄檔儲存在記憶體中，當系統恢復，備份電源關閉供電，再在NVRAM讀取紀錄檔資料，繼續完成上次斷電前沒有完成的作業。
常用RAID介紹
常用的RAID有：RAID0，RAID-1，RAID-5，RAID6，RAID-10，RAID50。
RAID0
RAID0，也稱條帶卷（striping）。在RAID0中，資料會被切成片，按一定順序會被寫到所有的磁碟裡面，如下圖：
若一片資料被切割成了A1-A8，將儲存在一個由2塊Disk組成的RAID0，那麼第一段資料塊A1會被儲存在Disk0中，第二段資料塊A2會被儲存在Disk1中，第三段資料塊會被儲存在Disk0中，以此類推，這一片資料會被均分到2塊磁碟上。
RAID0的優缺點：
1）速度快，寫和讀的能力得到了提高；
2）RAID0沒有冗餘的能力，一旦一塊磁碟出現了故障，則所有的資料都將不會恢復；
3）RAID0需要N塊磁碟才能實現（N>=2）;
4）能夠儲存資料的大小為N*min(S1,S2,S3,S4....)
在RAID0中有兩個重要的引數：
條頻寬度：stripe width，它指的是可以被並行寫入的資料塊的個數，也就是實現RAID0中磁碟的個數；
條帶大小：stripe size，它指的是每次寫入磁碟的資料塊的大小，大小一般為2KB或者512KB甚至更大，size越小，資料被分割的次數就越多。stripe size對效能是有一定的影響的，在生產環境中，需要調整好。
RAID1
RAID1，映象化，在RAID1中，資料會被複製成多份，儲存在多個磁碟上，如下圖：
若一片資料將要被儲存，資料會被複製成多份（取決RAID1的磁碟個數），然後儲存到每一個磁碟上。
RAID1的優缺點：
1）冗餘性和資料的可靠性最高，只要不是磁碟同時損壞了，一般都不會帶來資料丟失的問題；
2）RAID1的容量取決容量最小的那個磁碟，寫入速度也是取決於最小的那個磁碟，較大的磁碟的剩餘空間可 以分割區使用，不會造成浪費；
3）RAID1的讀取速度理論上來說是磁碟個數的倍數；
4）RAID1需要N塊磁碟才能實現（N>=2）
5）能夠儲存資料的大小為min(S1,S2,S3...)
RAID3
RAID3，資料類似於RAID0，被條帶化的儲存在多個磁碟中，資料以位元組為單位，與RAID0不同的是，RAID3單獨使用了一塊獨立的磁碟用來儲存資料的奇偶校驗值，如下圖所示：
資料被切片儲存在Disk0-2上，同時計算處奇偶校驗值儲存在Disk3上，這樣即使Disk0-2中損壞一塊磁碟，也能根據奇偶校驗值得到損壞磁碟的資料。
RAID3的優缺點：
1.較高的容錯能力；
2.不適合寫入操作較多的情景，會給校驗盤帶來一定的負載，適合讀取操作較多的應用環境；
3.RAID3需要N塊磁碟（N>=3）；
4.能夠儲存資料的大小為(N-1)*min(S1,S2,S3,S4....)。
RAID4
和RAID3類似，RAID4不是以位元組為存取單位，RAID4的資料以塊（一般為512位元組）為單位，如下圖：
以塊為單位帶來的好處就是，減少了奇偶檢驗的次數，比如，如果一段資料的大小為10個位元組，在RAID3上可能需要計算2次奇偶檢驗值了，但是在RAID4上，10個位元組都會被放在第一個磁碟上，並不需要計算。
RAID4的優缺點：
1.較高的容錯能力；
2.提高了小量資料的I/O能力；
3.RAID4需要N塊磁碟（N>=3）；
4.能夠儲存資料的大小為(N-1)*min(S1,S2,S3,S4....)。
RAID5
RAID5可以理解成是RAID0和RAID1的折中方案，把資料條帶化後儲存，並且將資料奇偶檢驗值儲存在所有的硬碟上，如下圖：
資料被條帶化儲存到了磁碟上，並且每個磁碟上都能夠儲存奇偶檢驗值，其讀寫速度和RAID0差不多，可能寫的時候要慢一點，比較要計算奇偶檢驗，這樣，即使壞掉一塊磁碟，只需要更換上好的磁碟，RAID會利用剩下奇偶檢驗去重建磁碟上的資料。
RAID5的優缺點：
1）較高的容錯能力；
2）讀寫速度快；
3）RAID4需要N塊磁碟（N>=3）；
4）能夠儲存資料的大小為(N-1)*min(S1,S2,S3,S4....)。
RAID6
與RAID5類似，只是增加了第二個獨立的奇偶檢驗資訊塊，使用了兩種不同的奇偶檢驗演算法，如下圖所示：
資料仍然是被條帶化得儲存在磁碟上，但是會計算出兩個獨立的奇偶檢驗值，相對於RAID5來說有更多的I/O操作和計算量，所以RAID6通常不會以軟體來實現，一般會使用硬體實現，RAID6也是最常見的磁碟陣列。
RAID6的優缺點：
1）較高的容錯能力
2）同一RAID6中最多執行同時損壞2塊磁碟，更換磁碟後，資料將被重新計算寫入；
3）RAID6需要N個磁碟（N>=4）；
4）RAID容量為(N-2)*min(s1,s2,s3,...)
RAID 01
RAID 01是一種混合的磁碟陣列，即是RAID0和RAID1的混合，先做條帶，再做映象：
RAID01中，同組RAID0只要出現一個磁碟損壞，那麼這個RAID 0就不能你使用了，值剩下其他組的磁碟運作，可靠性較低。
RAID01的優缺點：
1）資料可靠性低
2）RAID01需要N個磁碟（N>=4）
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