RAID 級別解釋:一切關於 RAID 的初學者指南

隨著人類對數字時代的深入研究,對更快、更可靠的服務器和存儲系統的需求不斷增長。舉一個數據存儲和處理需求的例子,谷歌每天通過他們的服務器處理 20 PB 的數據信息。

作為避免災難性故障的一種方式,公司建立了服務器陣列,這些陣列是龐大的存儲驅動器網絡,用於處理數字信息。如果一個驅動器發生故障,另一個驅動器會在更換損壞的驅動器時彌補不足。

那麼,這究竟是如何完成的,而不會丟失任何數據或導致停機呢?RAID 技術和 RAID 級別。

RAID 究竟是什麼以及它是如何工作的?

獨立磁盤冗餘陣列或 RAID 是一種數據存儲方法,通過將信息存儲在稱為陣列的多個硬盤驅動器上,您可以減少數據丟失並提高讀/寫性能。這是可能的,因為大多數 RAID 技術使用數據條帶化將順序數據(如文件、視頻或文檔)分離或分解為連續的段。然後這些段在您的驅動器中按順序存儲。

RAID 存儲示例

3 硬盤驅動器 RAID 陣列中的視頻文件條帶化示例

例如,如果一個視頻文件被分成 4 個連續的片段;A1-A4 並且您的 RAID 陣列中有 3 個硬盤驅動器,A1 將存儲在硬盤驅動器 #1 上,A2 存儲在硬盤驅動器 #2 上,A3 存儲在硬盤驅動器 #3 上,A4 存儲在硬盤驅動器 #1 上。

當您去檢索文件時,計算機會要求第一個硬盤驅動器加載 A1,然後立即移動到下一個硬盤驅動器用於段 A2,因為硬盤驅動器 #1 正忙。這允許計算機同時加載 A1-A3,然後加載 A4。當您嘗試加載 40 分鐘的視頻時,計算機會加載 4 個 10 分鐘的片段,然後將它們顯示為一個單獨的文件,從而使檢索過程更快。

一些 RAID 級別使用鏡像技術。它是什麼?

為了防止數據丟失,一些 RAID 陣列使用鏡像,這是在創建和存儲信息時復制信息。條帶化側重於速度,而鏡像側重於確保在一個硬盤驅動器發生故障時會有一份數據副本。鏡像通過確保所有輔助驅動器都是主驅動器的精確副本來實現這一點。

RAID 1 鏡像示例

例如,如果您的計算機有兩個硬盤驅動器,而主硬盤驅動器停止工作,系統將自動切換到輔助硬盤驅動器,可能您甚至沒有註意到。操作系統、任何個人設置以及您創建和保存的每個文件都將顯示在您離開它們的位置。在非 RAID 設置中,硬盤驅動器出現故障意味著該驅動器上的所有數據都可能無法恢復。

3 種不同的 RAID 類型或實施

在我們進入不同的 RAID 級別之前,重要的是要說明有幾種不同的方式可以將 RAID 設置實施到您的計算機系統中。這些實現可以分為硬件、軟件或基於固件的,並使用相應的 RAID 控制器。

物理 RAID 卡示例

我們在另一篇文章中介紹了硬件 RAID 與軟件 RAID 控制器之間的主要區別,並詳細介紹了它們的具體優點、缺點和典型用例。

什麼是 RAID 控制器?

RAID 控制器負責管理和引導信息流進出硬盤陣列。如果沒有 RAID 控制器,您的 RAID 陣列將只是硬盤驅動器的集合。您可以通過以下三種方式之一實現 RAID 控制器。

相關問題  修復VCRUNTIME140.dll丟失錯誤的3種方法

1. 硬件 RAID 控制器

硬件 RAID 控制器通常是專用的物理芯片或卡,直接影響進出 RAID 陣列的信息流。它最常用於數據中心銀行或使用遠程服務器的系統。

2.軟件RAID控制器

軟件 RAID 控制器是直接與計算機操作系統一起工作的軟件。它通過使用計算機現有的硬件資源(如中央處理單元 (CPU))來指導和管理信息流。這在家用計算機 RAID 陣列設置中很常見。

3. 基於固件的 RAID 控制器

基於固件的 RAID 控制器是預先安裝在計算機主板上的芯片,需要驅動程序才能運行。該芯片將在啟動過程中激活,但一旦操作系統加載,所有控制權就會傳遞給相應的驅動程序,將所有操作轉移到 CPU。這種類型的 RAID 控制器也稱為硬件輔助軟件 RAID,雖然它比硬件 RAID 控制器便宜,但它會給您的系統帶來更大的壓力。

標準 RAID 級別從 0 到 6

無論使用哪種 RAID 控制器,RAID 級別都是指用於在驅動器之間分配數據的特定架構。根據您正在尋找的性能和您想要的容錯類型,將確定您使用的 RAID 級別。

RAID 0

通常使用成對的硬盤驅動器,RAID 0 通過分段順序數據並將其存儲在多個驅動器上來工作。有了這個級別,一切都是為了優化硬盤驅動器的性能和速度,而不用擔心數據丟失,因為 RAID 0 不使用鏡像。

RAID 0 示例

它的工作原理是獲取您存儲的數據,將其分解為條帶單元或分段,然後將其分佈在陣列中的硬盤驅動器上。這允許 RAID 0 設置快速寫入和讀取數據,因為您有超過 1 個硬盤驅動器同時處理數據。但是,如果其中一個驅動器在此設置中出現故障,則所有數據都會丟失。

RAID 1

RAID 級別 1 完全專注於數據冗餘,確保信息安全,即使驅動器出現故障。為了實現這一點,RAID 1 不會剝離任何數據,而是將信息複製到第二個驅動器(鏡像)上。

RAID 1 鏡像

這樣,您的閱讀性能就會提高,這意味著計算機可以在任何給定時間訪問任一驅動器,因為兩者俱有相同的信息。如果一個驅動器忙,它可以訪問第二個驅動器。使用此級別,您可以獲得具有一定容錯性的出色性能。然而,與單個驅動器設置相比,寫入操作的速度並沒有提高,因為所有信息都必須寫入 RAID 1 陣列中的兩個磁盤。

RAID 2

此 RAID 級別使用條帶化技術,但不是將文件的數據分解為阻塞的段,而是在位級別將其分解。這種陣列設置中的一些硬盤驅動器將存儲錯誤和校正碼信息,以替換基於漢明碼的任何奇偶校驗。此 RAID 級別今天很少使用,因為它已被更好的設置所取代。

RAID 級別 2 示例

RAID 3

RAID 3 是 RAID 級別 2 的升級版本。該陣列使用字節級條帶化技術來提高性能,同時將一個驅動器專用於存儲奇偶校驗信息,並將數據分佈在其餘驅動器上。但是,任何 I/O 命令都會同時處理每個硬盤驅動器,這意味著性能將受到單個奇偶校驗磁盤的限制,因為它無法同時處理多個請求。

RAID 級別 3 示例。

RAID 4

與 RAID 級別 3 類似,此級別專用於單個奇偶校驗驅動器,但在條帶化時創建更大的段,允許計算機隨時快速訪問和讀取來自任何驅動器的數據。此外,RAID 級別 4 還允許同時激活多個讀取 I/O 功能。但是,系統仍將被限制為一次寫入 I/O 功能,因為任何寫入命令都需要更新奇偶校驗驅動器。正因為如此,4級只是從3級略微升級。

RAID 級別 4 示例。

對於大多數用例,RAID 級別 3 和 4 都被 RAID 5 取代。

相關問題  如何在Windows 10、8、7中刪除Hiberfil.sys文件

RAID 5

這是最常用的突襲級別,因為它在速度和數據安全之間取得了很好的平衡。為了提高性能,數據在多個硬盤驅動器上進行條帶化,通常是五個,就像以前的 RAID 級別一樣。然而,奇偶校驗信息也分散在每個磁盤上,創建了所謂的旋轉奇偶校驗陣列。這允許計算機同時執行多個讀取和寫入 I/O 功能,同時在一個驅動器發生故障時為計算機留下盡可能多的信息。RAID 級別 5 並不擁有最佳性能(RAID 0 更快),但非常適合需要在性能和冗餘之間取得平衡的系統。

RAID 級別 5 示例。

RAID 6

RAID 級別 6 使用與 RAID 級別 5 相同的所有系統,但還在相同數量的驅動器上實現了第二個旋轉奇偶校驗陣列。這意味著 RAID 6 級系統最多可以同時處理兩個驅動器故障,而 5 級系統一次只能處理一個丟失的驅動器。

RAID 級別 6 示例

奇偶校驗信息量翻倍意味著與 RAID 5 相比,寫入操作的性能會有所下降。讀取操作不受影響,讀取操作與 RAID 5 一樣快。

什麼是嵌套 RAID?

在上面的 RAID 級別部分,我們提到了解釋 RAID 功能的三個關鍵術語:條帶化、鏡像和奇偶校驗其中兩個用於單個陣列時,這稱為嵌套 RAID。在我們進入這個例子之前,讓我們簡要解釋一下這三個關鍵術語的含義。

RAID 條帶化

RAID 條帶化是指某些數據存儲在一個驅動器上,而該數據的其他段存儲在另一個驅動器上。

RAID 鏡像

RAID 鏡像是將數據從一個驅動器複製到另一個驅動器以實現冗餘。它可以保護您的數據不丟失。

RAID 奇偶校驗

RAID 奇偶校驗使用複雜的數學計算來重建在硬盤驅動器故障期間丟失的數據。

RAID 10 或 RAID 1+0

嵌套 RAID 的一個絕妙示例是RAID 級別 10 或 RAID 1+0。它結合了 RAID 0 和 RAID 1 級別,並且只能在至少有四個硬盤驅動器的陣列中工作。與僅依賴條帶化或鏡像的其他 RAID 級別不同,RAID 10 結合了這兩種功能以獲得更好的性能,但成本更高。使用此 RAID 級別,您可以獲得磁盤條帶化帶來的速度,但您也可以獲得磁盤鏡像的數據冗餘。

它可以設置為 RAID 1+0,其中數據被鏡像,然後這些鏡像被條帶化,或者它可以設置為 RAID 0+1,其中數據在硬盤驅動器上以條帶組織,然後這些磁盤被鏡像。如果您試圖防止任何一組驅動器中的單個驅動器故障或兩組驅動器中的一個驅動器同時發生故障,那麼 RAID 10 就是您想要的。

RAID 10 示例

此 RAID 級別通常用於需要 24/7 全天候運行的服務器或應用程序。RAID 10 的缺點是,如果您丟失陣列中超過 50% 的驅動器,您將丟失所有數據。

相關問題  20個適用於Windows的免費重複文件查找器和卸妝器

RAID 常見問題

哪個 RAID 級別最好?

每個 RAID 級別都有自己的一組優點和缺點,但是,級別 0、1、5 和 10 是最常見的。0 級和 5 級提供更高的速度和更大的存儲空間,但分別具有更低的安全性和更高的成本。1 級提供了更好的保護,但缺乏速度並犧牲了存儲空間。10 級可能是最平衡的,因為它提供了 0 級和 1 級中最好的,但成本要高得多,因為它需要更多的硬盤驅動器。

您可以對不同大小的硬盤進行 RAID 嗎?

是的,但是您可能會犧牲存儲空間。例如,使用具有 256 GB 主驅動器和 512 GB 輔助驅動器的 RAID 級別 1 意味著輔助驅動器將僅使用其存儲的一半。切換驅動器意味著只有一半的數據會被鏡像,從而使整個過程變得無關緊要。

您可以 RAID 固態驅動器嗎?

是的,任何硬盤都可以在 RAID 陣列中使用,但是建議您使用類似的硬盤,因為速度和存儲通常僅限於可用的最慢和最小的驅動器。使用相似或相同的驅動器可以消除此限制。

您可以 RAID NVMe 驅動器嗎?

是的,與其他硬盤驅動器一樣,NVMe 驅動器也可用於 RAID 陣列,並將顯著提高性能。然而,這種類型的設置對消費者來說並不實用,因為這些驅動器本身已經非常強大,平均數據傳輸速度比典型的 SSD 快六倍以上。

RAID 級別比較

如果您嘗試在您的環境的兩個特定 RAID 級別之間做出決定,我們已經創建了幾個深入的比較以使決定更容易:

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

Share This Post

Post Comment