硬件 RAID 與軟件 RAID:了解、比較 RAID 控制器及其應用

到目前為止,在我們的 RAID 系列中,我們已經深入探討了 RAID 是什麼,並將其定義為獨立磁盤的冗餘陣列或一系列連接在一起以特定方式存儲數據的硬盤驅動器。此外,我們還介紹了不同的 RAID 級別、它們的含義、用途以及優缺點。

現在我們已經掌握了所有這些信息,只需要回答一個問題:這一切是如何運作的?

答案是 RAID 控制器,它是一種設備或程序,它告訴計算機如何處理提供的數據以及將其存儲在何處。RAID 控制器是 RAID 陣列的真正大腦,可以採用硬件 RAID 控制器或軟件 RAID 控制器的形式。在本文中,我們將了解軟RAID 與硬RAID 控制器,以及何時使用哪個選項。

硬件 RAID 與軟件 RAID

什麼是硬RAID?

硬件 RAID 解決方案是一種專用處理系統,它包含用於運行 RAID 陣列的自己的處理器和內存。在此實施中,所有硬盤驅動器磁盤都連接到 RAID 控制器,該控制器將物理控制和支持您的 RAID 配置。硬件 RAID 控制器的作用是管理您的硬盤驅動器磁盤並將它們作為一個或多個邏輯單元呈現給您的主機計算機。

使用硬件 RAID,您的控制器可以是基於卡的獨立物理卡,也可以是 ROC,代表“片上 RAID”技術,它是自帶主板的集成硬件。在某些情況下,硬件 RAID 控制器將被設置為一個獨立的小型計算機系統,專用於您的 RAID 應用程序,從主機上卸載所有任務。

離散硬件 RAID 控制器卡

此 RAID 控制器實施是一種擴展型卡,具有內置 RAID 處理器,有時稱為 I/O 處理器。它還包含自己的硬盤驅動器接口(I/O 控制器)。

它最常插入主板的 PCIe 或 PCI-X 插槽,並且來自它的所有 RAID 功能完全獨立於您的主機。

它通過將所有任務完全卸載到冗餘存儲子系統來工作,這樣即使在驅動器故障期間,主機系統的性能也不會受到影響。

硬件 RAID 控制卡

獨立物理硬件 RAID 卡的優點

    • 物理卡上有多個 I/O 接口。這使您可以根據需要添加任意數量的硬盤驅動器來擴展陣列以提高容量。
    • 主機系統不受影響。擁有多個 RAID 陣列不會影響主機系統性能。您可以根據需要將單個或多個 RAID 陣列遷移到其他操作系統或主機系統而不會產生影響。
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  • RAID 應用程序獨立於主機系統。當系統崩潰時,數據完整性保持不變。
  • 防止斷電。將跟踪正在進行的寫入,在斷電的情況下確保數據安全。
  • 病毒保護。硬件 RAID 陣列獨立於主機系統,使其不易受病毒攻擊。
  • 提供出色的性能。硬件 RAID 從主機卸載所有 RAID 任務,提供更好的主機系統性能。
  • 配備專用的圖形用戶界面和軟件。使設置和維護 RAID 陣列變得非常容易。
  • 可以根據需要遷移和替換。您的物理卡可以根據需要插入任何系統、更換或升級。
  • 支持高級 RAID 功能。如陣列級遷移、在線擴容、磁盤熱插拔等。
  • 帶有控制器緩存。隨著內存被緩存,訪問時間會增加。

離散物理硬件 RAID 卡的缺點

  • 昂貴的。與其他 RAID 解決方案相比,它的成本要高得多,因為最終用戶必須購買 I/O 處理器和額外的內存驅動器才能進行擴展。除此之外,您還必須購買實體卡。

Raid-on-Chip (RoC) 硬件 RAID 技術

此實現作為集成到主板中的芯片提供,通常包含 RAID 處理器、內存控制器、主機接口、用於硬盤驅動器連接的 I/O 接口和內存。

硬件 Raid-on-Chip 技術的優勢

  • 在啟動/啟動時受到保護。陣列在啟動過程中和啟動過程中保護數據,消除任何錯誤。
  • RAID 獨立於主機。這可以保護數據免受系統崩潰的影響。
  • 不受病毒影響。該陣列獨立於主機系統,使其不易受到病毒的攻擊。
  • 系統影響小。從主機卸載任務,使此設置適用於 RAID 5 和 6。
  • 控制器上緩存。隨著內存被緩存,訪問時間會增加。
  • 支持高級 RAID 功能。如陣列級遷移、在線擴容、磁盤熱插拔等。
  • 配備專用的圖形用戶界面和軟件。使設置和維護 RAID 陣列變得非常容易。
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硬件Raid -on-Chip 技術的缺點

  • 中等成本。使用比標準物理控制器更少的物理組件可降低成本,但仍比軟件 RAID 成本更高。
  • 靈活性低。如果沒有類似的 RoC 解決方案,就不可能遷移到其他系統。

什麼是RAID?

當 RAID 陣列連接到沒有物理控制器的計算機時,計算機需要有關如何操作和使用它的說明。這是通過稱為軟件 RAID 控制器的程序完成的,該程序利用計算機的 CPU 來引導信息。您可以將軟件 RAID 實現為在操作系統上運行的純軟件應用程序,也可以使用硬件輔助的軟件 RAID 解決方案。

純 RAID 軟件應用程序

該解決方案利用在主機上運行的應用程序,無需硬件。它使用通過內置 I/O 接口或無處理器主機總線適配器直接連接到計算機系統的硬盤驅動器。加載軟件後,RAID 將變為活動狀態。它通常直接內置於操作系統中,最終用戶無需支付額外費用。

Windows操作系統上的純軟件RAID解決方案

使用純 RAID 軟件應用程序的優點

    • 內置於操作系統中。使用操作系統軟件 RAID 實施時,擁有軟件 RAID 功能無需額外費用。

 

  • 高度靈活。特別是在大型服務器中使用時,純軟件 RAID 可以量身定制以適應各種情況。

使用純軟件 RAID 應用程序的缺點

  • 不保護數據免受引導失敗。在啟動過程中出現的任何損壞數據,在 RAID 程序啟動之前,計算機將無法識別並導致其無法運行。
  • 系統上的額外負載。陣列需要的資源越多,它對系統性能的影響就越大。更複雜的 RAID 5 設置將比 RAID 0、1 或 2 陣列更費力。
  • 易受病毒侵害。在操作系統內運行意味著病毒除了會影響系統外,還會影響陣列的性能。
  • 受系統崩潰影響的數據完整性。系統遇到的任何硬件或軟件問題都可能會影響陣列中的數據。
  • 有限的操作系統遷移。如果您需要更改系統或更新您的操作系統,如果新操作系統不支持 RAID 功能,您將無法做到。
  • 沒有回寫緩存。如果硬件 RAID 可以使用電池以“回寫”模式運行,則無法將電池添加到軟件 RAID。這意味著您失去了額外的保護層。
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硬件輔助軟件 RAID

該解決方案是一種混合模型,它使用軟件和附加硬件來克服純操作系統軟件 RAID 的弱點,例如沒有啟動保護。它通過使用集成到主板中的 RAID BIOS 來工作,它可以保護主機系統的啟動,因此任何數據損壞都不會導致系統無法運行。它通常帶有適用於多種操作系統的眾多驅動程序,從而提高了兼容性。

BIOS 中的硬件輔助軟件 RAID 配置

使用硬件輔助軟件 RAID 的優勢

    • 實施成本適中。您只需要插卡或額外的閃存即可實現硬件輔助軟件 RAID。如果運行 RAID 5 配置,則需要額外支付硬件加速器費用。

 

  • 如果引導驅動器發生故障,數據將受到保護。如果您的啟動驅動器遇到錯誤或完全失敗,則不會對數據的可用性產生負面影響。
  • 易於設置。如果您使用帶有操作系統軟件的專用圖形用戶界面來運行 RAID 陣列,則 RAID 陣列易於維護和設置。

使用硬件輔助軟件 RAID 的缺點

    • 系統上的額外負載。陣列需要的資源越多,它對系統性能的影響就越大。此實施適用於 RAID 0、1 和 10 配置。
    • 易受病毒侵害。直接在主機系統上運行,因此如果系統被感染,RAID 也可以。
    • 系統崩潰會損害數據完整性。數據完整性和一致性受到系統崩潰的影響。
    • 帶有有限的遷移。通過這種 RAID 實施,控制器依賴於操作系統和相關的驅動程序。如果沒有合適的驅動程序,您將無法遷移。例如,如果您升級操作系統,您可能需要更新的驅動程序才能使 RAID 陣列控制器工作。

 

  • 沒有回寫緩存。它只有直寫模式,沒有回寫模式。如果沒有回寫模式,您會損失很多寫入性能。您無法在硬件輔助軟件上添加電池,因此您無法獲得這一層保護。

比較硬件 RAID 與軟件 RAID 之間的差異

既然我們已經了解了硬件 RAID 與軟件 RAID 兩種實現方式的優缺點,讓我們來看看這兩種方式在性能、兼容性、可負擔性和靈活性方面如何相互競爭。

硬件 RAID 軟件 RAID
表現 與基本 RAID 級別的軟件 RAID 表現良好/相當。

在所有復雜的 RAID 配置上都優於軟件 RAID。

可以更快的速度重建鏡像數據。

如果使用閃存存儲陣列,某些 RAID 設置的性能可能會不一致。

對於基本 RAID 級別表現良好。

複雜的 RAID 級別嚴重影響性能,使其不適合。

RAID 級別配置 具有內置支持所有基本 RAID 級別的硬件機箱。

可以支持所有復雜的 RAID 級別,但它需要額外的硬件機箱和更多的硬盤驅動器磁盤。

支持基本 RAID 級別。

如果您需要 RAID 3 或 RAID 5,則需要額外的軟件。

操作系統兼容性 更多 RAID 配置可供選擇,包括混合選項。

Windows 和 MAC 兼容。

特定於正在使用的操作系統。不能在操作系統之間共享。

某些操作系統僅支持某些 RAID 級別。

負擔能力 設置成本更高。 進入成本非常低。
靈活性 根據主機操作系統,所有硬盤驅動器磁盤都可以作為一個單獨的磁盤工作。

每個硬盤驅動器磁盤盒/陣列可以在操作系統或計算機之間移動。

在如何在其機箱中配置每個驅動器方面提供更大的靈活性。

話雖如此,您可以從基於各自控制器的不同 RAID 實施中得到什麼。

特徵 硬件 RAID 軟件 RAID 硬件輔助軟件 RAID
引導數據保護? 是的。 不。 是的。
回寫緩存? 是的。 不。 不。
斷電保護? 是的。 不。 不。
獨立於主機操作系統? 是的。 不。 不。
容易感染病毒? 不。 是的。 是的。
引導期間的設置? 是的。 不。 是的。
操作系統遷移? 是的。 不。 有限的。

硬件 RAID 與軟件 RAID 的典型用例是什麼?

現在我們了解了硬件 RAID 與軟件 RAID 之間的主要區別,讓我們深入了解一些典型的服務器場景,在這些場景中您會看到這些 RAID 控制器的運行情況。

硬件 RAID 解決方案

這些類型的解決方案提供最多的功能並提供最佳的性能。真實場景包括:

  • 需要大量數據存儲的高性能服務器或工作站。
  • 需要性能、可擴展性、靈活性並與多種操作系統兼容的企業服務器。

純軟件 RAID 解決方案

這些類型的解決方案非常適合需要在性能和數據可用性方面表現出色的 RAID 陣列(想想 RAID 0 和 RAID 1 配置)。需要注意的是,對於純軟件 RAID 解決方案,它不能直接在引導驅動器上使用,因為它需要操作系統處於活動狀態才能工作。真實場景包括:

  • 沒有大量數據存儲要求的工作站或服務器。
  • 不需要啟動保護的服務器。

混合解決方案

這些類似於純軟件 RAID 解決方案,但對成本敏感,並且有啟動能力要求。真實場景包括:

  • 沒有大數據存儲要求的基本服務器。
  • 在使用網絡存儲的情況下。

您應該選擇哪一個,硬件或軟件 RAID?

一般來說,硬件 RAID 將為您提供比軟件 RAID 更多的優勢,尤其是在您希望實施複雜的 RAID 配置或混合模型時。主要考慮因素是您願意為 RAID 控制器支付的價格。

RAID 級別比較

現在您可以為您的系統選擇理想的 RAID 控制器,是時候選擇要使用的正確 RAID 級別了。我們創建了幾個深入的比較,以使決策更容易:

  • RAID 0 與 RAID 1
  • RAID 1 與 RAID 5
  • RAID 5 與 RAID 6
  • RAID 5 與 RAID 10

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