什麼是 RAID 存儲級別 0、1、5、10

什麼是 Raid 及其各種類型？ “RAID”（“獨立磁盤冗餘陣列”，有時也稱為“廉價磁盤冗餘陣列”）是一種存儲虛擬化技術，它將多個磁盤驅動器集成到邏輯組件中，以提供數據冗餘、性能改進或兩者兼而有之。

這與高質量大型機磁盤驅動器的舊觀念相反，稱為“單一大成本磁盤”或 SLED。

究竟什麼是突襲？ 它有哪些不同的類型？

根據冗餘量和性能，數據以 RAID 級別已知的各種方法分佈在驅動器上。 用於數據分佈的各種方案或佈局由術語“RAID”標識，後跟數字。 例如，RAID 1 或 RAID 2。

每個方案以及 RAID 級別在可用性、可靠性性能和容量的主要目標之間具有不同級別的平衡。 高於 RAID 0 的 RAID 級別可保護不可恢復的扇區讀取錯誤並防止所有物理驅動器出現故障的可能性。

概述

許多 RAID 級別使用稱為“奇偶校驗”的防錯方案，這是一種在信息技術領域非常流行的方法。 它為特定的數據集合提供容錯能力。

許多 RAID 級別使用基本 XOR。 但是，RAID 6 使用基於特定 Reed-Solomon 糾錯或 Galois 字段中的乘法和加法的兩個獨立方。

RAID 還可以使用固態驅動器 (SSD) 提供數據安全性，而無需購買完整的 SSD 系統。 例如，可以使用電子驅動器鏡像高速 SSD。 為了提供盡可能快的速度，需要正確的控制器來利用快速 SSD 進行每次讀取操作。 它被稱為“混合 RAID”。

標準水平

起初，有五個級別的 RAID。 從那時起，已經開發了許多變體，其中包含多個嵌套級別以及多個非標準級別（大部分是排他性的） 。 RAID 級別及其相關的數據格式可以通過存儲網絡行業協會 (SNIA) 的 Common RAID DDF PDisk Drive Format) 標准進行標準化：

RAID 0

它是一種條紋形式。 但是，沒有鏡像甚至奇偶校驗。 與跨區卷相比，其卷的容量完全相同。 它是集合內驅動器的總容量。 但是，由於條帶化將每個文件的內容傳播到集合中的所有驅動器，因此任何驅動器的故障都可能導致整個文件或卷丟失。

與跨區卷的情況相比，它們保留了非故障驅動器上的文件。 優點是對任何特定文件的讀寫操作的速度將隨著驅動器的數量而增加。 與跨區卷不同，讀取和寫入操作是同時進行的。

RAID 1

RAID 1 由數據鏡像組成，但沒有剝離或奇偶校驗。 數據以類似的方式寫入多個驅動器，這導致包含驅動器的“鏡像集合”。

這意味著每個讀取請求都由集合中的任何驅動器處理。 如果請求被發送到集合中的所有驅動器，那麼它可以通過最初能夠訪問的驅動器（取決於它的旋轉延遲）來提供服務，這會提高性能。

如果控制器或程序針對它進行了優化，則持續讀取吞吐量類似於集合內每個驅動器的總吞吐量，與之前的級別完全相同。 與最強大的驅動器相比，許多 RAID 1 實現的實際讀取吞吐量較慢。  

寫入吞吐量通常較慢，因為每個驅動器都需要升級，而速度最低的驅動器會限制寫入速度。 只要至少有一個驅動器在運行，陣列就會繼續運行。

RAID 2

RAID 2 由基於漢明碼奇偶校驗的位級條帶化組成。 每個磁盤主軸的旋轉都是同步的，並且數據被分割，以便每個連續的位都存儲在一個驅動器上。 漢明碼奇偶校驗可以在相同的位上計算，並保存在至少一個驅動器上以進行奇偶校驗。

這僅具有歷史意義。 儘管它已在某些較舊的機器上使用（例如 Thinking Machines CM-2），但在撰寫本文時，它還沒有用於任何商業可用的系統。

RAID 3

RAID 3 是專用於奇偶校驗的字節級條帶化。 每個磁盤主軸的旋轉都是同步的。 數據被拆分，以便每個連續字節位於完全不同的驅動器上。 奇偶校驗是在相同的字節上計算的，並存儲在單獨的奇偶校驗驅動器上。 RAID 3 在現實世界中並未廣泛使用，但存在實施。

RAID 4

RAID 4 由具有專用奇偶校驗的塊級條帶化組成。 這以前由 NetApp 使用，但現在已被具有兩個奇偶校驗磁盤的私有版本 RAID 4 大量取代，稱為 RAID-DP。

RAID 4 相對於 RAID 2 和 3 的主要優勢在於 I/O 的並行化。 也就是說，在 RAID 2 和 3 中，單次讀取 I/O 操作涉及讀取整個數據驅動器陣列； 但是，對於 RAID 4，不需要將一個 I/O 讀取操作分佈在所有驅動器上。 反過來，可以並行執行更多數量的 I/O 進程，這提高了較小傳輸的效率。

RAID 5

RAID 5 包含具有分佈式奇偶校驗的塊級條帶化。 與 RAID 4 相比，奇偶校驗信息在驅動器之間共享，這要求每個驅動器（減一）都在運行。 如果是單個驅動器，可以使用分佈式奇偶校驗計算未來的讀取，以確保數據不會丟失。 RAID 5 至少需要三個磁盤。

與所有單奇偶校驗想法類似，大規模 RAID 5 實施容易受到系統故障的影響。 其原因是重建陣列所需時間的趨勢以及重建過程中驅動器發生故障的可能性。 重建陣列涉及使用所有磁盤讀取數據，這可能導致另一個驅動器故障，甚至破壞所有陣列。

RAID 6 包含具有雙重分佈奇偶校驗的塊級條帶化。 雙奇偶校驗允許最多 2 個故障驅動器出現故障。 這意味著更大的 RAID 組更可行，特別是在高可用性系統中，因為更大容量的驅動器可能需要更長的時間來修復。

RAID 6

RAID 6 至少需要四個磁盤。 與 RAID 5 一樣，單個驅動器故障可能會導致整個陣列的性能下降，直到更換為止。 通過利用不同來源的驅動器，可以緩解與 RAID 5 相關的最常見問題。驅動器的容量越大，陣列數量越多，選擇 RAID 6 的重要性就越低。

軟件 RAID

了解 RAID 控制器是 RAID 系統的中心部分至關重要。 它在包括每個硬件 RAID 和軟件 RAID 的 RAID 磁盤陣列之間分配數據方面發揮著重要作用。

軟件 RAID 利用軟件 RAID 提供的功能。 它是內置在服務器操作系統中的 RAID 軟件或 RAID 驅動程序。 此方法不需要額外的硬件來鏈接存儲設備。 但是，它可能會增加服務器的整體處理負載，並可能導致 RAID 計算和小工具運行的其他功能變慢。

許多服務器操作系統都能夠支持 RAID 配置，例如來自 Microsoft、Apple 和各種版本的 Unix/Linux 系統的那些。 大多數時候，軟件 RAID 取決於所使用的操作系統。 因此，不建議在多個操作系統之間共享分區。

優點

• 我們可以為相同的操作系統（例如 Ubuntu）創建一個 RAID 配置，然後將其應用到其他類似的系統上。
• 軟件 RAID 的安裝具有成本效益，因為它不需要任何額外的硬件設備。
• RAID 級別的重新配置是可能的，因為配置靈活且不復雜。
• 大多數操作系統都與 RAID 軟件配置兼容，這使得安裝和完成有助於解決各種問題的配置任務變得更加容易。
• 軟件 RAID 最適合處理不會對系統產生額外負載的基本 RAID 0、1 和 10。

缺點

• 服務器上的系統故障可能會對數據的完整性產生負面影響。
• 如果系統上有多個驅動程序，軟件 RAID 實施就沒有好處，因為可能會發生某些衝突。
• 某些操作系統僅支持某些範圍的 RAID。
• 在進行複雜的 RAID 配置時，軟件 RAID 可能會顯著影響系統的負載。
• 在集群操作系統上使用 RAID 的機會​​並不多。
• 修復故障磁盤可能很複雜。
• 軟件 RAID 容易受到惡意軟件和病毒的影響，因為它在用於主服務器的服務器的操作系統中運行。

我們正在研究軟件 RAID 及其一些優勢和劣勢。 我們可以得出結論，這種方法可以用於預算有限的小型項目以及節能計算和數據安全的情況。 磁盤恢復和快速數據不是首要任務。

重要的是要意識到這些只是一般性建議，因為選項取決於項目的需求和需要完成的工作。

硬件 RAID

硬件 RAID 是所有驅動器都連接到位於單個 RAID 卡或服務器上或集成到主板上的硬件 RAID 控制器。 硬件 RAID 控制器管理設置和 RAID 陣列。 它可以支持多個級別的 RAID。

在某些情況下，RAID 控制器可以用作計算機的微型版本。 之所以如此，是因為他們配備了專為完成工作而設計的處理器。

在硬件 RAID 安裝中，驅動器通過 RAID 控制器板直接相互連接。 這不僅限於大型服務器，也適用於台式計算機。 處理硬件 RAID 是對存儲系統中獨立控制器（例如 ATA RAID、SATA、DELTA PLC 等）的引用。

由於 RAID 由控制器板控制和處理，因此服務器的處理器沒有額外的負載。 硬件 RAID 還可以提供其他一些附加功能，例如在單個磁盤發生故障時交換磁盤的選項。 此外，硬件 RAID 比軟件 RAID 更昂貴，但效率更高，功能兼容性更好。

優點

• 在服務器、計算機和操作系統之間移動盒子很容易。
• 對於無法提高計算機計算能力的舊系統而言，高水平的系統效率至關重要。
• 由於硬件 RAID 使用備用電池及其內部閃存，因此在生產備份副本期間發生電源中斷時，可能會發生數據損壞和丟失的保護。
• 在創建備份副本以及數據恢復的過程中使用 RAID 系統時問題較少。
• 硬件 RAID 使用其高速緩存內存來創建備份副本和數據恢復。
• 如果沒有合適的設備，配置 RAID 的靈活性是很難實現的。
• 可以使用更多的 RAID 級別，但它們需要更多的資源。
• 它適用於各種磁盤。
• 兼容多種操作系統。

缺點：

• 它也更昂貴，因為它需要更多的設備。
• 有趣的是，考慮到其成本，硬件 RAID 對某些項目和任務的效率可能較低。
• 當 RAID 控制器發生故障時，必須更換為替換型號，以防止故障。 如果無法立即更換控制器，則可能會出現系統性能延遲。
• 使用硬件 RAID，在安裝不同製造商的 HDD 或安裝 SSD 和 HDD 驅動器時可能會遇到困難。

在分析硬件 RAID 的優點/缺點時，我們認為它是一個可行的選擇，可以幫助沒有預算限制的更昂貴的項目。 此外，當數據的安全性和計算能力至關重要時，它是一個理想的選擇。 在某些情況下，硬件 RAID 可能更適合連接到技術設備的項目，因為與存儲設備的交互可能會導致問題。

混合 RAID

在某些情況下，混合 RAID 產品可能會更好。 例如，如果 RAID 可以與主板的 BIOS 集成，它可以在系統開機時提供額外的冗餘數據，並有助於防止數據損壞。

優點

• 在許多情況下，混合 RAID 系統都配備了圖形用戶界面，可用於協助 RAID 配置。
• 混合 RAID 成本低，是各種項目的理想選擇。
• 混合 RAID 通常能夠在運行相同操作系統的多個系統上運行。
• 混合 RAID 可以防止引導系統在引導期間出現故障，這可能是由系統錯誤或類似故障引起的。

缺點

• 還有關於驅動器交換和數據恢復的問題。
• 混合 RAID 可能會導致服務器負載過大，從而影響生產力。
• 某些操作系統（尤其是最新的操作系統）可能需要定期升級 RAID 驅動程序。 這可能會導致驅動程序衝突。
• 由於軟件 RAID 容易受到病毒的影響，因此它的威脅模型可能不太安全。

然而，混合 RAID 是一個很好的選擇，但它可能有一些特殊性。 這就是為什麼它是各種項目的理想選擇。 如果您事先知道可能會出現什麼問題以及解決這些問題的最佳方法，建議您選擇混合 RAID。

此外，如果您的項目需要軟件和硬件 RAID，它可能是一個理想的選擇。 但是，這些項目通常非常具體。 最後，重要的是要記住，最終決定將完全基於您項目的獨特目標和要求。