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什么是RAID？

怎樣提升硬盤的讀寫效率，怎樣避免數(shù)據(jù)因硬盤損壞而遺失，怎樣充分運(yùn)用硬盤容量，這些始終是計算機(jī)專家和普通人的難題，而大容量硬盤的成本相當(dāng)高，給使用者帶來很大壓力raid是什么意思，不過磁盤陣列技術(shù)的出現(xiàn)徹底攻克了這些挑戰(zhàn)。

近十多年來，中央處理器的工作速率提升了五十余倍，隨機(jī)存儲器的訪問速率也顯著加快，但數(shù)據(jù)存儲設(shè)備——主要是硬盤——的讀取速率僅增長了三到四倍，造成計算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行受阻，降低了整體效能，倘若無法有效提高硬盤的訪問速率，中央處理器與隨機(jī)存儲器的進(jìn)步將付諸東流。

磁盤陣列依據(jù)不同用途采用不同技術(shù)，這種分類叫做RAID級別。RAID是磁盤組串連的簡稱，每種級別對應(yīng)一種特定技術(shù)。當(dāng)前業(yè)界普遍采用的級別從RAID 0到RAID 5。這個級別并非衡量技術(shù)水平高低的標(biāo)準(zhǔn)，RAID 5并不比RAID 3更先進(jìn)。選擇何種RAID級別的產(chǎn)品，完全取決于用戶的具體工作場景和實(shí)際用途，等級高低并非決定性因素。

RAID級別的劃分？

當(dāng)前業(yè)內(nèi)普遍采用的RAID級別涵蓋RAID 0至RAID 5。接下來，會分別介紹部分常見的RAID類型，并說明其中一些實(shí)際應(yīng)用中的疑問。

RAID 0（ Disk Array Fault ）

RAID 0將所有硬盤組合成一個大型存儲單元。這個單元的總?cè)萘康扔谠摻M內(nèi)所有硬盤容量之和。數(shù)據(jù)讀寫操作采用同時進(jìn)行的分割方法處理。因為所有數(shù)據(jù)都會平均分配到整個硬盤組中，所以讀取和寫入的效率極高。隨著構(gòu)成RAID 0的硬盤數(shù)量增加，其處理速度會進(jìn)一步提升。在存儲容量利用率方面，它是最優(yōu)的，利用率能夠達(dá)到百分之百。RAID 0存在一個不可忽視的弊端，它和常規(guī)硬盤一樣，完全不提供數(shù)據(jù)備份功能。只要其中一塊存儲設(shè)備發(fā)生故障，所有信息都會徹底丟失，而且無法恢復(fù)。通常情況下，這種配置僅適用于那些擁有原始數(shù)據(jù)備份的多媒體文件處理場景。例如視頻點(diǎn)播服務(wù)中的數(shù)據(jù)共享環(huán)節(jié)。組建RAID 0陣列至少需要兩塊硬盤，具體構(gòu)造方式如圖所示。

RAID 1（）

RAID 1是一種磁盤數(shù)據(jù)同步技術(shù)。它利用兩塊硬盤來實(shí)現(xiàn)。一塊是核心存儲盤，另一塊是同步盤。核心盤中的信息會持續(xù)復(fù)制到同步盤。因為所有核心盤的信息都實(shí)時同步到另一塊盤，所以RAID 1具備極強(qiáng)的數(shù)據(jù)保護(hù)功能。其冗余度可以達(dá)到100%。然而這種鏡像方式并非依靠算法實(shí)現(xiàn)，因此它的存儲空間利用率相當(dāng)?shù)拖拢瑑H達(dá)一半水平，RAID 1僅能配合兩塊存儲設(shè)備使用，可用的容量十分有限，所以通常僅在系統(tǒng)層面部署，具體配置情形參考下圖所示。

RAID 0+1（ and ）

RAID 0+1通過結(jié)合兩組RAID 0陣列來實(shí)現(xiàn)RAID 1的鏡像備份功能。這種配置既擁有RAID 1的故障容錯特性，也具備RAID 0的存儲性能優(yōu)勢。不過，RAID 0+1的存儲利用率與RAID 1相同，僅為50%，因此同樣難以得到廣泛應(yīng)用。具體結(jié)構(gòu)展示在圖片中。

RAID 3（ with ）

RAID 3依靠奇偶校驗碼來檢測并糾正錯誤，它僅需要一塊額外的校驗盤即可實(shí)現(xiàn)這一功能。奇偶校驗碼的生成過程是將所有數(shù)據(jù)盤對應(yīng)位置進(jìn)行異或運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果會記錄在專門的校驗盤上。只要數(shù)據(jù)有任何變動，就必須重新進(jìn)行奇偶校驗計算。當(dāng)某個磁盤發(fā)生損壞，替換為新的磁盤之后，整個磁盤系統(tǒng)（包含校驗磁盤在內(nèi)）必須進(jìn)行一次重新計算，將損壞磁盤中的數(shù)據(jù)恢復(fù)并記錄到新磁盤上，如果校驗磁盤出現(xiàn)故障，則需要重新計算校驗碼，這樣才能滿足容錯的需求。請參考下圖。

RAID 5（ with ）

RAID 5是一種能夠承受故障的RAID模式，它和RAID 3的不同之處在于，其故障應(yīng)對機(jī)制不依賴特定的備用硬盤，而是將容錯數(shù)據(jù)均衡地散布在所有存儲單元中。一旦系統(tǒng)中某個存儲單元發(fā)生失效，該陣列便能夠利用其他存儲單元的相關(guān)信息，推算出失效單元原本所存儲的內(nèi)容。為了確保缺失的數(shù)據(jù)能夠從其他硬盤恢復(fù)，我們必須在基礎(chǔ)存儲容量上額外增加一個硬盤，以便其他成員硬盤可以完整地重建丟失的數(shù)據(jù)部分，整體容量總計為(N-1)乘以單個最小容量硬盤的存儲大小。就存儲空間利用率而言，RAID 5系統(tǒng)會占用一個硬盤的容量，一旦某個硬盤出現(xiàn)故障，其數(shù)據(jù)能夠借助其他硬盤的冗余信息進(jìn)行恢復(fù)，然而倘若兩塊硬盤同時損壞，所有數(shù)據(jù)便會徹底丟失，具體示意圖請參考下圖。

RAID級別的對比

NAS的概念

網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器NAS，是專門設(shè)計來提供高性能、低成本和高可靠性的數(shù)據(jù)存儲和傳輸設(shè)備。它旨在提供一套安全穩(wěn)定的文件和數(shù)據(jù)保存方案，并且操作簡便易于管理。這種設(shè)備被定義為一種獨(dú)立的專用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，內(nèi)置了系統(tǒng)軟件，能夠支持NFS、SMB/CIFS文件共享功能。NAS利用IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)文件級數(shù)據(jù)存儲，兼容多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，例如以太網(wǎng)、FDDI等。該設(shè)備以數(shù)據(jù)為核心，徹底將存儲設(shè)備與服務(wù)器分開，集中管理數(shù)據(jù)資源，有助于充分釋放網(wǎng)絡(luò)帶寬，顯著增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)整體表現(xiàn)，同時也能有效減少總體擁有費(fèi)用，保障用戶的設(shè)備投資。將文件保存在同一臺服務(wù)器上，可以實(shí)現(xiàn)不同電腦用戶間的資源共享，并整合網(wǎng)絡(luò)中各種類型的計算機(jī)，這正是NAS網(wǎng)絡(luò)存儲的核心作用。由于NAS網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)采用開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因此即使不同操作系統(tǒng)的電腦用戶也能訪問同一份文件。這樣一來，系統(tǒng)便不再區(qū)分用戶類型，無論是用戶還是UNIX用戶。他們同樣可以安全地和可靠地使用NAS網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。

NAS的特點(diǎn)

NAS以其流暢的機(jī)構(gòu)設(shè)計，具有突出的性能：

·移除服務(wù)器 I/O 瓶頸：

NAS系統(tǒng)專為文件存儲應(yīng)用打造，它徹底切斷了存儲設(shè)備與服務(wù)器之間的直接關(guān)聯(lián)，以此完全根除了服務(wù)器端的數(shù)據(jù)讀寫瓶頸。服務(wù)器無需再負(fù)責(zé)向用戶傳輸數(shù)據(jù)，可以將更多資源投入到網(wǎng)絡(luò)中的其他任務(wù)，同時也顯著提升了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效能。

·簡便實(shí)現(xiàn) NT與UNIX下的文件共享：

NAS設(shè)備采用通用的網(wǎng)絡(luò)文件交流方式，能夠?qū)崿F(xiàn)各類平臺間的文件整合存放。不論使用何種操作系統(tǒng)，使用者都能把資料保存在同一臺NAS裝置里，借此顯著降低存儲開銷，有效避免資源上的虛耗。

·簡便的設(shè)備安裝、管理與維護(hù)：

NAS裝置實(shí)現(xiàn)了極為方便快速的部署，稍加設(shè)置即可順暢使用。通常配備可視化操作面板的管理系統(tǒng)，能夠輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)備操控。此外網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員無需單獨(dú)處理每臺設(shè)備，通過統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)保管與調(diào)控，顯著降低了人力與資源的消耗。

·按需增容，方便容量規(guī)劃：

NAS裝置能夠?qū)崿F(xiàn)即時容量擴(kuò)充，顯著簡化了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員的存儲規(guī)劃工作。即便面對未來可能出現(xiàn)的存儲需求激增，也能輕松應(yīng)對。此外，在增加數(shù)據(jù)存儲空間時，無需中斷整個網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，這將極大降低因停機(jī)而產(chǎn)生的資源損耗。

·高可靠性：

移除服務(wù)器端I/O障礙后，數(shù)據(jù)可用性獲得顯著增強(qiáng)，NAS設(shè)備還運(yùn)用多種手段提升數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和持久性，例如運(yùn)用RAID技術(shù)，配備備用電源與風(fēng)扇等冗余單元，并構(gòu)建容錯機(jī)制，當(dāng)然，針對不同設(shè)備，或許會采用更先進(jìn)高效的技術(shù)方案。

·降低總擁有成本：

NAS有一個最吸引用戶的地方，就是具有極低的總擁有成本.

SAN的概念

SAN即存儲區(qū)域網(wǎng)，是一種共享的高速專用網(wǎng)絡(luò)，用于存儲數(shù)據(jù)。存儲設(shè)備通常布置在服務(wù)器后方，這使得SAN本質(zhì)上是一個專用的高速光纖系統(tǒng)。要構(gòu)建一個標(biāo)準(zhǔn)的SAN，必須配備專門的光纖交換設(shè)備以及集線器。存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中屬于較新的理念，其作用在于建立服務(wù)器與獨(dú)立工作網(wǎng)絡(luò)之外的存儲設(shè)備之間的連接。網(wǎng)絡(luò)還在持續(xù)演進(jìn)之中，不過至關(guān)重要的 SAN 技術(shù)看來是光纖通道的升級版，其目的是為了適配 SCSI 總線連接。

SAN的優(yōu)勢

SAN的優(yōu)勢可以表現(xiàn)在一下幾個方面：

·高數(shù)據(jù)傳輸速度：

基于光纖連接的存儲網(wǎng)絡(luò)SAN構(gòu)建了一個具備優(yōu)異擴(kuò)展能力和卓越性能的網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)，光纖交換設(shè)備與光纖存儲系統(tǒng)均展現(xiàn)出高效率并賦予服務(wù)器更寬廣的擴(kuò)展余地，這是SCSI架構(gòu)系統(tǒng)所不具備的特點(diǎn)，此外也為企業(yè)未來的發(fā)展奠定了極為靈活的擴(kuò)展基礎(chǔ)。

·加強(qiáng)存儲管理：

SAN存儲網(wǎng)絡(luò)各部分的數(shù)據(jù)不再通過以太網(wǎng)傳輸，因此大幅提升了以太網(wǎng)的運(yùn)行效率。由于存儲設(shè)備和服務(wù)器的完全解耦，用戶能夠獲得獨(dú)立于服務(wù)器之外的存儲管理思路。數(shù)據(jù)的復(fù)制、備份以及恢復(fù)等操作趨向于在統(tǒng)一的安全管理模式下進(jìn)行，并且可以通過集中的控制手段加以管理。通過將不同的存儲單元以網(wǎng)絡(luò)形式相互連通，組織能夠以任意期望的途徑獲取其信息資料，并且可以確保信息資料更加完整。

·加強(qiáng)備份/還原能力的可用性：

SAN的穩(wěn)定運(yùn)行依靠其災(zāi)備機(jī)制，以及備份的實(shí)時性，同時具備冗余存儲設(shè)備和信息的快速切換功能。

·同種服務(wù)器的整合：

在SAN架構(gòu)里，所有服務(wù)器都接入同一個數(shù)據(jù)網(wǎng)路。要全面接入企業(yè)共享的存儲陣列，能通過整合的磁盤資源實(shí)現(xiàn)高效率和經(jīng)濟(jì)性。

憑借SAN的諸多長處，它常被用于高效的數(shù)據(jù)備份和復(fù)原作業(yè)，也常被用于統(tǒng)一管理各類數(shù)據(jù)，還常被用于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)防護(hù)工作。

SAN與NAS的比較

SAN和NAS是當(dāng)下備受關(guān)注的數(shù)據(jù)存儲方案，關(guān)于這兩種存儲模式的討論從未停止，即便后來出現(xiàn)新的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，也大多與這兩種模式有著千絲萬縷的聯(lián)系。NAS和SAN有一個共同之處，那就是都實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中化存放和集中化管控，不過若以存儲池作為參照物，SAN和NAS之間仍然存在顯著的不同。NAS作為獨(dú)立的文件服務(wù)器，其存儲系統(tǒng)不依附于通用服務(wù)器，因而能夠達(dá)成同一存儲資源內(nèi)數(shù)據(jù)的單獨(dú)使用與聯(lián)合使用，SAN里的數(shù)據(jù)則通過塊狀進(jìn)行傳輸，文件系統(tǒng)依然位于對應(yīng)的服務(wù)器，故而針對組合的存儲資源，數(shù)據(jù)會各自獨(dú)立存在，或者可理解為服務(wù)器在專屬存儲資源里占用的一部分區(qū)域。這兩種存儲方案的主要差異體現(xiàn)在它們的操作模式上。SAN存儲系統(tǒng)采用塊式處理，而NAS存儲系統(tǒng)則使用文件式管理。因此，NAS系統(tǒng)在處理文件級服務(wù)時更為高效迅速。相比之下，涉及數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的數(shù)據(jù)塊以及大數(shù)據(jù)塊進(jìn)行的I/O操作，則更適合采用SAN架構(gòu)。SAN與NAS之間存在顯著差異，導(dǎo)致許多人將兩者視為截然不同的事物，然而，從當(dāng)前發(fā)展趨勢來看，這種絕對化的區(qū)分方式難以被市場所認(rèn)可，事實(shí)上，越來越多的數(shù)據(jù)存儲方案傾向于整合NAS與SAN的功能，主要原因在于：

·一些分散式的應(yīng)用和用戶要求訪問相同的數(shù)據(jù)

對提升性能表現(xiàn)，增強(qiáng)可靠性程度，并減少資產(chǎn)投入的專用系統(tǒng)展現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭

以既定的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范為根基，涵蓋TCP/IP, NFS和CIFS等協(xié)議，構(gòu)建運(yùn)行環(huán)境

·一個獲得以應(yīng)用為基礎(chǔ)而更具商業(yè)競爭力的解決方案欲望

·一個全面降低管理成本和復(fù)雜性的需求

·一個不需要增加任何人員的高擴(kuò)展存儲系統(tǒng)

一種能夠借助改造來發(fā)揮作用的體系，可以保存當(dāng)下設(shè)備與工作人員的實(shí)際效用

整合所有存儲系統(tǒng)于單一站點(diǎn)，用戶能顯著提升管理效能，增強(qiáng)資源利用率，并提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，從中獲益匪淺。SAN作為存儲集中化方案廣受歡迎，主要得益于光纖通道能支持大量設(shè)備接入，且易于連接，并可實(shí)現(xiàn)存儲設(shè)備同服務(wù)器間的遠(yuǎn)距離傳輸。類似地，NAS系統(tǒng)同樣具備這些優(yōu)勢。該方案融合了SAN與NAS技術(shù)，充分支持光纖通道功能，使用戶能夠享受更佳的擴(kuò)展?jié)摿Γ瑢?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲，并具備卓越的性能表現(xiàn)。此外，這種存儲系統(tǒng)在塊級和文件級I/O操作方面均提供高效均衡的處理能力，顯著提升了數(shù)據(jù)的可靠性和可訪問性。采用光纖通道技術(shù)的SAN和NAS，該存儲體系為服務(wù)器帶來多樣化存取路徑，具備卓越運(yùn)行效能，實(shí)現(xiàn)高性價比，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行raid是什么意思，且易于管理，所有功能均依托同一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)完成。

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RAID全稱為英文Array of Disks，中文則稱作廉價磁盤冗余陣列。它是一種由多塊硬盤組合而成的數(shù)據(jù)存儲方式。這種技術(shù)通過將多個磁盤組合起來，形成冗余的存儲系統(tǒng)。

盡管RAID由多個磁盤單元構(gòu)成，但在系統(tǒng)層面呈現(xiàn)為單一的整體性存儲單元。采用RAID方案對存儲架構(gòu)而言，其優(yōu)勢可以歸納為三個層面：

將多個存儲設(shè)備整合為一個整體，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分布存儲，這種技術(shù)稱作磁盤陣列配置

將數(shù)據(jù)分割為多個數(shù)據(jù)單元，然后同時向多個磁盤進(jìn)行寫入或讀取操作，以此加快磁盤的訪問效率

3. 通過鏡像或校驗操作提供容錯能力

開發(fā)RAID的初衷是為了節(jié)省開銷，因為那會兒幾塊小容量硬盤的總價比單塊大容量硬盤還便宜。如今看來，RAID在降低成本方面的效果已經(jīng)不明顯了，不過它能充分運(yùn)用多塊硬盤的效能，獲得遠(yuǎn)超任何一塊獨(dú)立硬盤的速度和數(shù)據(jù)處理能力。RAID除了能增強(qiáng)工作效率之外，還具備出色的數(shù)據(jù)保護(hù)功能，即便其中某個存儲單元發(fā)生故障，整個系統(tǒng)依然能夠正常運(yùn)行，不會受到故障部件的干擾。

RAID技術(shù)有多種不同類別，各類能帶來不同的傳輸速率，數(shù)據(jù)保護(hù)程度和經(jīng)濟(jì)性。依照具體需求挑選合適的RAID模式，能夠滿足用戶對存儲系統(tǒng)可靠性、處理效率和存儲空間的需求。常見的RAID模式包含NRAID，JbOD，RAID0，RAID1，RAID0+1，RAID3，RAID5等。目前經(jīng)常使用的是RAID5和RAID（0+1）。