RAID磁盘阵列是个啥？有什么用

有不少粉丝在我们的后台留言说，想让我们讲一下有关磁盘阵列，也就是RAID相关的事情。那么今天呢，我们就谈一谈什么是RAID磁盘阵列，而RAID又该怎么用。

1、什么是RAID

RAID（Redundant Arrays of Independent Disks，一说Redundant Arrays of Inexpensive Disks），中文名称叫独立磁盘冗余阵列（廉价磁盘冗余阵列），简称磁盘阵列。它的作用呢，是在多块硬盘组成的阵列系统中，牺牲一块至多块硬盘的容量，来对数据的存储提供一定的容错能力。

我们先来简单假设一种使用情况：你拥有一些重要的数据，但是你并没有将这些数据进行备份，他们只存在于你台式机的单一硬盘中。那么一旦遇到台式机的硬盘损坏，你的这些数据只能去找数据恢复公司了；而如果你的台式机做了磁盘阵列，那么只需要替换阵列中坏掉的硬盘就可以重新恢复数据了。

这正是RAID的魅力所在。如果你只组建一个相对廉价的阵列，甚至不需要额外的硬件成本，只要你的主板支持RAID功能，就可以体验RAID给你带来的好处。

2、RAID都有哪些类型

知道了RAID是什么之后，我们就来看看RAID都有哪些类型吧。根据RAID算法的不同，有RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6、RAID7、RAID01/10、RAID50等等很多种，然而由于他们其中有一些的算法过于麻烦，日常使用中很少涉及。因此，我们这次的科普只涉及几种广泛使用的RAID类型：包含RAID0、RAID1、RAID5、RAID01/10四种。除此之外，我们还将顺带提及RAID6以及RAID50这两种稍麻烦点，但至少还有人用的阵列类型。至于剩下的嘛……就不多说啦。

▌RAID0（条带存储）

假设阵列中一共有n块硬盘，RAID0是将需要存储的数据以“条带（Stripe）”为单位分成n份，然后分别写入n块硬盘中。因此，RAID0将提供非常优秀的读写性能。打个简单的比方，如果你要读写一个2G的文件，在普通硬盘上，要以单盘的速度读取/写入2G的数据；而如果在4盘RAID0阵列中，每个盘只需读取/写入500MB的数据，四个盘可以并行读取/写入，因此理论的读写速度将是单块硬盘的4倍。

但是严格的说，RAID0并不能算Redundant Array（冗余阵列），因为它并不提供冗余的容错机制。只要阵列中有一块硬盘坏掉，由于这块硬盘保存着所有数据（每个文件）的某一部分，因此所有数据都将无法读取，整个阵列中的数据将宣告报废。虽然RAID0的空间利用率可以达到1，但是容错率却是为0。因此，一般会辅以其他RAID类型来实现数据的冗余容错。

▌RAID1（镜像存储）

RAID1是最安全的阵列方案，但也是空间利用率最低的方案。RAID1将所有数据原封不动copy一份，放于另一块硬盘中。如果你用4块1T的硬盘组成RAID1阵列，可用空间甚至只有1T！因为剩下的3块硬盘中的数据与第一块硬盘一模一样。当然这也提供了坏n-1块硬盘的数据保障，只要任意一块硬盘是好的，就算剩余硬盘全部坏掉也可以读取数据。因此空间利用率只有1/n，而容错率高达(n-1)/n。但是由于空间利用率实在太低，一般来讲只用2块硬盘组成RAID1，再辅以其他RAID类型共同协作。

至于RAID1阵列组的性能，读取性能取决于阵列中最快的硬盘（谁读的快就用谁的数据，反正数据都一样），而写入性能则取决于阵列中最慢的硬盘（要等所有硬盘写入结束，才完成写入操作）。

▌RAID01/10

介绍完RAID0与RAID1，大家或许会发现如果是单独使用，它们俩都有着巨大的不足。因此，就有两种结合性的RAID方案被提出：RAID0+1与RAID1+0，分别简称为RAID01和RAID10（所以发音分别是“RAID零一/RAID一零”，可不要读成“RAID十”呦）。这两种方案都是同时吸取了RAID0的读写快速优点与RAID1的安全容错优点，但是RAID10由于可以在相同的性能/容量下提供比RAID01更好的容错安全性，因此RAID01已经被弃用。

要具体了解为什么弃用RAID01而选择RAID10，我们要先分别了解它俩的原理。其实很简单，RAID01就是先将多块磁盘组成RAID0阵列，之后再用2个RAID0阵列组成RAID1。而RAID10则先用两块硬盘组成RAID1阵列，再用多个RAID1阵列组成RAID0。接下来我们假设拥有10块1T硬盘，来看看它们两个的安全性：

先来看RAID01：ABCDE硬盘组RAID0容量5T，FGHIJ硬盘组RAID0容量5T，两组硬盘组RAID1容量5T。在坏掉一块硬盘的情况下（假设F坏掉），FGHIJ组成的RAID0阵列失效，整个RAID1阵列处于降级（不健康）状态；此时若ABCDE中任意一块硬盘再坏掉，将导致ABCDE组成的RAID0阵列失效，整个RAID1阵列将完全失效，数据全部丢失。因此在一块硬盘失效，阵列恢复重建过程中的失败率为5/9，超过了50%。

再来看RAID10：AB硬盘组RAID1容量1T，CD组RAID1容量1T……依此类推组成5个RAID1，之后再将这5个1T阵列组成RAID0，容量5T。依然假设坏掉F盘，此时F所处的RAID1阵列（E、F）处于降级状态，而整个RAID0阵列依然健康（由于RAID0阵列没有容错机制，因此除了健康就是失效，没有降级状态）；如果第二块硬盘坏掉，只要不是E盘，整个RAID0阵列就不会失效。因此RAID10在一块硬盘失效，阵列恢复重建过程中的失败率仅为1/9，只有RAID01的五分之一。

以上就是弃用RAID01而采用RAID10的原因，可能比较绕，希望大家可以耐心看完。不过只要大家认真读过，就能发现RAID10对于硬盘的限制：至少4块硬盘，并且硬盘数目需要是2的倍数（因为要做RAID1）。而总可用空间为（单盘容量*硬盘数量/2），也就是空间利用率为1/2；最多允许阵列中一半的硬盘坏掉（每个小RAID1阵列中坏一块硬盘），因此容错率也为1/2。

至于RAID10的理论读取性能呢，则为max(小RAID1阵列中两块盘的读取速度)*n/2；而理论写入性能则是min(小RAID1阵列中两块盘的写入速度)*n/2。

3、热备盘与冷备盘(Hot Spare / Cold Spare)

讲到这里，大家想必已经对RAID阵列有一定的了解了，也见到了RAID的容错冗余能力。那么在继续剩下的RAID类型科普之前，我们先来讲一下，如果我在具有容错冗余能力的RAID阵列（即除去RAID0的其他RAID类型）中坏掉了一块硬盘，RAID阵列会如何自我进行恢复呢？

我们就以2盘的RAID1为例。假如坏掉了一块盘，RAID1阵列将只有1块盘在正常运行，这时的RAID1阵列将处于降级（Degraded）状态，也就意味着当前阵列已无容错冗余能力，虽然还能继续运行，但是数据已经不安全，需要人为干预进行修复。对于我们来讲，只需要拔出坏掉的硬盘，换一块相同容量的、好的硬盘插上去，RAID1阵列就会自动开始恢复重建过程。简单来说，就是将剩余1块盘中的数据重新拷贝到新换上的这块盘中。根据硬盘大小的不同，阵列恢复重建过程将从十几小时到几十小时不等。

那么，我们换上的这块硬盘，不管你是从抽屉里拿出来的还是去科技市场买了一块新的，都是通过人为操作插入到整个阵列里的。在出问题之前，这块盘就冷冷的躺在抽屉里而并不会通电，这块盘就叫冷备盘（Cold Spare）。

那能不能让阵列自动找一块好的硬盘来替换掉坏掉的盘呢？当然可以。我们可以为任何一种具有容错冗余能力的RAID阵列配备热备盘（Hot Spare）。简单来说，就是在建好RAID阵列后，再向其中插入1到多块与阵列中硬盘相同容量的盘，将其设置为Hot Spare模式。这些盘在阵列健康的时候就静静的呆在那，也不存数据，也没有读写访问。一旦阵列中有硬盘出问题，阵列处于Degraded状态时，RAID控制器会立即激活热备盘，开始阵列的恢复重建工作。

配备热备盘的好处是当阵列出现问题时，可以第一时间启动恢复重建操作，而不必等操作人员发现之后再手动操作。这样就避免了阵列在（降级后，操作人员发现之前）的这段时间内“带病运行”，增加了数据的可靠性。当然，缺点就是又增加了成本。

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