大家遭遇過(guò)電腦硬盤(pán)故障導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)丟失的情況嗎?

得知數(shù)據(jù)無(wú)法恢復(fù)后欲哭無(wú)淚，一想到幾年來(lái)保存的生活影像、學(xué)習(xí)資料，辛苦積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)竟蕩然無(wú)存，簡(jiǎn)直是心痛到無(wú)法呼吸!

個(gè)人數(shù)據(jù)丟失已令人難以接受，萬(wàn)一企業(yè)級(jí)服務(wù)器的儲(chǔ)存系統(tǒng)崩盤(pán)，比如銀行的金融服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的訓(xùn)練服務(wù)器發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，影響更是難以估量。

為避免此類情況，同時(shí)為提高海量數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)速率，RAID(Redundant Arrays of Independent Disks，獨(dú)立冗余磁盤(pán)陣列)應(yīng)運(yùn)而生。

為了更好地認(rèn)識(shí)RAID，我們先來(lái)了解以下概念。

1. 硬盤(pán),磁盤(pán),磁盤(pán)陣列?傻傻分不清楚

(1) 硬盤(pán)

即硬磁盤(pán)，作為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要存儲(chǔ)設(shè)備，容量大，讀寫(xiě)快，主要分為新式固態(tài)硬盤(pán)、傳統(tǒng)機(jī)械硬盤(pán)和混合硬盤(pán)。

(2) 軟盤(pán)

既然有硬磁盤(pán)，當(dāng)然也有軟磁盤(pán)(即軟盤(pán))。軟盤(pán)是早期個(gè)人計(jì)算機(jī)使用的可移動(dòng)儲(chǔ)存介質(zhì)，彼時(shí)常用容量?jī)H1.4MB的3.5英寸軟盤(pán)，讀寫(xiě)速度慢，早已淡出市場(chǎng)。

軟、硬磁盤(pán)統(tǒng)稱為磁盤(pán)，“磁”表示利用磁記錄技術(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

(3) 磁盤(pán)陣列

RAID即由獨(dú)立磁盤(pán)構(gòu)成的具有冗余能力的陣列，簡(jiǎn)稱磁盤(pán)陣列。

一般電腦配備1~2個(gè)硬盤(pán)即可滿足基本需求，而企業(yè)服務(wù)器對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量和讀寫(xiě)速度要求極高，普通硬盤(pán)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足。于是工程師們將多個(gè)獨(dú)立硬盤(pán)組成一個(gè)超大容量組，以提供比單盤(pán)更高的存儲(chǔ)性能、I/O性能、可靠性。

2. 初識(shí)RAID的一些疑問(wèn)

初識(shí)RAID，可能對(duì)概念還有一些疑問(wèn)，小編先進(jìn)行簡(jiǎn)單答疑~

3. RAID級(jí)別

RAID主要利用分條、鏡像、數(shù)據(jù)校驗(yàn)這三種技術(shù)來(lái)組合硬盤(pán)。首先介紹四種標(biāo)準(zhǔn)型RAID。

(1) RAID 0

又稱為條帶化或分條，將連續(xù)數(shù)據(jù)(A1 ~ A8)分散寫(xiě)入多個(gè)硬盤(pán)，能夠并發(fā)執(zhí)行讀寫(xiě)，充分利用總線帶寬，儲(chǔ)存性能最高。一旦單盤(pán)故障將威脅數(shù)據(jù)安全，只適用于不求安全、只求速度的場(chǎng)景。

有更安全的方案嗎?

(2) RAID 1

又稱鏡像，將一段數(shù)據(jù)(A1 ~ A4)分別寫(xiě)入工作盤(pán)和鏡像盤(pán)，相當(dāng)于全自動(dòng)實(shí)時(shí)備份，數(shù)據(jù)安全性最高。但實(shí)現(xiàn)成本高，硬盤(pán)利用率低，僅適用于全力保障安全的場(chǎng)景，如金融、監(jiān)控服務(wù)器。

有兼顧性能和安全的方案嗎?

(3) RAID 5

將連續(xù)數(shù)據(jù)分散(A1 ~ A3, B1 ~ B3, C1 ~ C3, D1 ~ D3)和相應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息(Ap, Bp, Cp, Dp, Ep)分別寫(xiě)入不同硬盤(pán)，單盤(pán)故障時(shí)可以利用正常盤(pán)數(shù)據(jù)與奇偶校驗(yàn)信息進(jìn)行異或來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)。RAID 5兼顧儲(chǔ)存的性能、成本、可靠性，常見(jiàn)于民用的各類私有NAS服務(wù)器。

兩塊硬盤(pán)同時(shí)損壞怎么辦呢?

(4) RAID 6

在RAID 5的基礎(chǔ)上增加了一組奇偶校驗(yàn)信息(Aq, Bq, Cq, Dq, Eq)，兩組獨(dú)立的奇偶校驗(yàn)信息可以實(shí)現(xiàn)雙重校驗(yàn)，在兩塊硬盤(pán)同時(shí)損壞的情況下也能恢復(fù)數(shù)據(jù)。RAID 6讀性能與容錯(cuò)性能更高，但寫(xiě)性能低，實(shí)現(xiàn)成本高。

將標(biāo)準(zhǔn)型RAID“做加法”，可獲取以下三種平衡性能與可靠性的混合型RAID。

(5) RAID 1+RAID 0=RAID 10

RAID 10可理解為：用四個(gè)硬盤(pán)(Disk 0和Disk 1，Disk 2和Disk 3)分別組成兩個(gè)RAID 1，再將兩個(gè)RAID 1組成一個(gè)RAID 0。RAID 10兼具二者優(yōu)點(diǎn)，但硬盤(pán)利用率不高。

(6) RAID 5+RAID 0=RAID 50

RAID 50中，由多個(gè)RAID 5卷組成一個(gè)RAID 0，RAID 50可以承擔(dān)多個(gè)卷內(nèi)同時(shí)發(fā)生單盤(pán)故障的風(fēng)險(xiǎn)，極大提升了容錯(cuò)能力，同時(shí)繼承了RAID 0的高儲(chǔ)存性能。

(7) RAID 6+RAID 0=RAID 60

RAID 60整體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)與RAID 50相似，還繼承了RAID 6的優(yōu)點(diǎn)，即便多個(gè)RAID 6卷內(nèi)同時(shí)發(fā)生雙盤(pán)故障，也不會(huì)影響數(shù)據(jù)的安全性。

各級(jí)RAID在讀寫(xiě)性能和安全可靠性之間各有側(cè)重，小編做出以下總結(jié)：

由表可知，RAID特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)更大的容量、更高的I/0性能、更強(qiáng)的數(shù)據(jù)安全可靠性。

3. 怎么才能用上RAID呢?

讀到這里，相信大家已經(jīng)知道了RAID的優(yōu)點(diǎn)，但可能對(duì)于如何使用RAID仍心存困惑。其實(shí)，RAID有以下三種實(shí)現(xiàn)方式：

(1) 軟件RAID

集成于服務(wù)器操作系統(tǒng)中，配置管理簡(jiǎn)單，成本低，所有任務(wù)均由CPU執(zhí)行，導(dǎo)致CPU負(fù)荷重，整體性能較差。

(2) 硬件RAID

具備計(jì)算單元與I/O處理器，獨(dú)立于操作系統(tǒng)來(lái)管理RAID配置。比如外接式磁盤(pán)陣列柜、內(nèi)接式磁盤(pán)陣列卡。雖然成本較高，但使用和配置更靈活，能夠提供更好的性能，充分發(fā)揮RAID的特點(diǎn)，因此應(yīng)用規(guī)模更大。

(3) 軟硬混合RAID

擁有RAID控制器和驅(qū)動(dòng)程序，但缺乏I/O處理器，仍需要依靠驅(qū)動(dòng)程序來(lái)執(zhí)行任務(wù)。

PCIe形式的RAID卡的外部結(jié)構(gòu)如下圖所示。

RAID卡不僅結(jié)合RAID Cache，提升數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)和傳輸性能，而且提供了一些強(qiáng)大功能，如：

• 硬盤(pán)直通：用戶指令直接透?jìng)鞯接脖P(pán)。
• 硬盤(pán)節(jié)能：允許硬盤(pán)在空閑時(shí)停轉(zhuǎn)。
• 數(shù)據(jù)掉電保護(hù)：提供超級(jí)電容進(jìn)行供電及電量校準(zhǔn)。
• 熱備份：提供熱備盤(pán)自動(dòng)替換故障盤(pán)，未設(shè)置熱備盤(pán)時(shí)則自動(dòng)使用空閑盤(pán)替換故障盤(pán)。
• 一致性校驗(yàn)：定期計(jì)算數(shù)據(jù)并與對(duì)應(yīng)的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)對(duì)比，若不一致將自動(dòng)修復(fù)并保存錯(cuò)誤信息。

4. 總結(jié)

隨著硬盤(pán)接口和處理器等技術(shù)的逐步發(fā)展，RAID技術(shù)日漸成熟，憑借其大容量、高性能、可靠可控等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于中大型數(shù)據(jù)庫(kù)、高性能計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等領(lǐng)域，滿足廣大企業(yè)用戶對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、I/O性能、數(shù)據(jù)安全性、業(yè)務(wù)連續(xù)性等多方面需求。

目前，關(guān)于RAID已涌現(xiàn)了負(fù)載均衡、故障檢測(cè)、隔離恢復(fù)等許多技術(shù)，期待未來(lái)能夠迸發(fā)出革命性的新技術(shù)，推動(dòng)RAID的長(zhǎng)足進(jìn)步。