RAID 级别解释：一切关于RAID 的初学者指南

随着人类对数字时代的深入研究，对更快、更可靠的服务器和存储系统的需求不断增长。举一个数据存储和处理需求的例子，谷歌每天通过他们的服务器处理20 PB 的数据信息。

作为避免灾难性故障的一种方式，公司建立了服务器阵列，这些阵列是庞大的存储驱动器网络，用于处理数字信息。如果一个驱动器发生故障，另一个驱动器会在更换损坏的驱动器时弥补不足。

那么，这究竟是如何完成的，而不会丢失任何数据或导致停机呢？RAID 技术和RAID 级别。

RAID 究竟是什么以及它是如何工作的？

独立磁盘冗余阵列或RAID 是一种数据存储方法，通过将信息存储在称为阵列的多个硬盘驱动器上，您可以减少数据丢失并提高读/写性能。这是可能的，因为大多数RAID 技术使用数据条带化将顺序数据（如文件、视频或文档）分离或分解为连续的段。然后这些段在您的驱动器中按顺序存储。

3 硬盘驱动器RAID 阵列中的视频文件条带化示例

例如，如果一个视频文件被分成4 个连续的片段；A1-A4 并且您的RAID 阵列中有3 个硬盘驱动器，A1 将存储在硬盘驱动器#1 上，A2 存储在硬盘驱动器#2 上，A3 存储在硬盘驱动器#3 上，A4 存储在硬盘驱动器#1 上。

当您去检索文件时，计算机会要求第一个硬盘驱动器加载A1，然后立即移动到下一个硬盘驱动器用于段A2，因为硬盘驱动器#1 正忙。这允许计算机同时加载A1-A3，然后加载A4。当您尝试加载40 分钟的视频时，计算机会加载4 个10 分钟的片段，然后将它们显示为一个单独的文件，从而使检索过程更快。

一些RAID 级别使用镜像技术。它是什么？

为了防止数据丢失，一些RAID 阵列使用镜像，这是在创建和存储信息时复制信息。条带化侧重于速度，而镜像侧重于确保在一个硬盘驱动器发生故障时会有一份数据副本。镜像通过确保所有辅助驱动器都是主驱动器的精确副本来实现这一点。

例如，如果您的计算机有两个硬盘驱动器，而主硬盘驱动器停止工作，系统将自动切换到辅助硬盘驱动器，可能您甚至没有注意到。操作系统、任何个人设置以及您创建和保存的每个文件都将显示在您离开它们的位置。在非RAID 设置中，硬盘驱动器出现故障意味着该驱动器上的所有数据都可能无法恢复。

3 种不同的RAID 类型或实施

在我们进入不同的RAID 级别之前，重要的是要说明有几种不同的方式可以将RAID 设置实施到您的计算机系统中。这些实现可以分为硬件、软件或基于固件的，并使用相应的RAID 控制器。

我们在另一篇文章中介绍了硬件RAID 与软件RAID 控制器之间的主要区别，并详细介绍了它们的具体优点、缺点和典型用例。

什么是RAID 控制器？

RAID 控制器负责管理和引导信息流进出硬盘阵列。如果没有RAID 控制器，您的RAID 阵列将只是硬盘驱动器的集合。您可以通过以下三种方式之一实现RAID 控制器。

1. 硬件RAID 控制器

硬件RAID 控制器通常是专用的物理芯片或卡，直接影响进出RAID 阵列的信息流。它最常用于数据中心银行或使用远程服务器的系统。

2.软件RAID控制器

软件RAID 控制器是直接与计算机操作系统一起工作的软件。它通过使用计算机现有的硬件资源（如中央处理单元(CPU)）来指导和管理信息流。这在家用计算机RAID 阵列设置中很常见。

3. 基于固件的RAID 控制器

基于固件的RAID 控制器是预先安装在计算机主板上的芯片，需要驱动程序才能运行。该芯片将在启动过程中激活，但一旦操作系统加载，所有控制权就会传递给相应的驱动程序，将所有操作转移到CPU。这种类型的RAID 控制器也称为硬件辅助软件RAID，虽然它比硬件RAID 控制器便宜，但它会给您的系统带来更大的压力。

标准RAID 级别从0 到 6

无论使用哪种RAID 控制器，RAID 级别都是指用于在驱动器之间分配数据的特定架构。根据您正在寻找的性能和您想要的容错类型，将确定您使用的RAID 级别。

RAID 0

通常使用成对的硬盘驱动器，RAID 0 通过分段顺序数据并将其存储在多个驱动器上来工作。有了这个级别，一切都是为了优化硬盘驱动器的性能和速度，而不用担心数据丢失，因为RAID 0 不使用镜像。

它的工作原理是获取您存储的数据，将其分解为条带单元或分段，然后将其分布在阵列中的硬盘驱动器上。这允许RAID 0 设置快速写入和读取数据，因为您有超过1 个硬盘驱动器同时处理数据。但是，如果其中一个驱动器在此设置中出现故障，则所有数据都会丢失。

RAID 1

RAID 级别1 完全专注于数据冗余，确保信息安全，即使驱动器出现故障。为了实现这一点，RAID 1 不会剥离任何数据，而是将信息复制到第二个驱动器（镜像）上。

这样，您的阅读性能就会提高，这意味着计算机可以在任何给定时间访问任一驱动器，因为两者俱有相同的信息。如果一个驱动器忙，它可以访问第二个驱动器。使用此级别，您可以获得具有一定容错性的出色性能。然而，与单个驱动器设置相比，写入操作的速度并没有提高，因为所有信息都必须写入RAID 1 阵列中的两个磁盘。

RAID 2

此RAID 级别使用条带化技术，但不是将文件的数据分解为阻塞的段，而是在位级别将其分解。这种阵列设置中的一些硬盘驱动器将存储错误和校正码信息，以替换基于汉明码的任何奇偶校验。此RAID 级别今天很少使用，因为它已被更好的设置所取代。

RAID 3

RAID 3 是RAID 级别2 的升级版本。该阵列使用字节级条带化技术来提高性能，同时将一个驱动器专用于存储奇偶校验信息，并将数据分布在其余驱动器上。但是，任何I/O 命令都会同时处理每个硬盘驱动器，这意味着性能将受到单个奇偶校验磁盘的限制，因为它无法同时处理多个请求。

RAID 4

与RAID 级别3 类似，此级别专用于单个奇偶校验驱动器，但在条带化时创建更大的段，允许计算机随时快速访问和读取来自任何驱动器的数据。此外，RAID 级别4 还允许同时激活多个读取I/O 功能。但是，系统仍将被限制为一次写入I/O 功能，因为任何写入命令都需要更新奇偶校验驱动器。正因为如此，4级只是从3级略微升级。

对于大多数用例，RAID 级别3 和4 都被RAID 5 取代。

RAID 5

这是最常用的突袭级别，因为它在速度和数据安全之间取得了很好的平衡。为了提高性能，数据在多个硬盘驱动器上进行条带化，通常是五个，就像以前的RAID 级别一样。然而，奇偶校验信息也分散在每个磁盘上，创建了所谓的旋转奇偶校验阵列。这允许计算机同时执行多个读取和写入I/O 功能，同时在一个驱动器发生故障时为计算机留下尽可能多的信息。RAID 级别5 并不拥有最佳性能（RAID 0 更快），但非常适合需要在性能和冗余之间取得平衡的系统。

RAID 6

RAID 级别6 使用与RAID 级别5 相同的所有系统，但还在相同数量的驱动器上实现了第二个旋转奇偶校验阵列。这意味着RAID 6 级系统最多可以同时处理两个驱动器故障，而5 级系统一次只能处理一个丢失的驱动器。

奇偶校验信息量翻倍意味着与RAID 5 相比，写入操作的性能会有所下降。读取操作不受影响，读取操作与RAID 5 一样快。

什么是嵌套RAID？

在上面的RAID 级别部分，我们提到了解释RAID 功能的三个关键术语：条带化、镜像和奇偶校验。當其中两个用于单个阵列时，这称为嵌套RAID。在我们进入这个例子之前，让我们简要解释一下这三个关键术语的含义。

RAID 条带化

RAID 条带化是指某些数据存储在一个驱动器上，而该数据的其他段存储在另一个驱动器上。

RAID 镜像

RAID 镜像是将数据从一个驱动器复制到另一个驱动器以实现冗余。它可以保护您的数据不丢失。

RAID 奇偶校验

RAID 奇偶校验使用复杂的数学计算来重建在硬盘驱动器故障期间丢失的数据。

RAID 10 或RAID 1+0

嵌套RAID 的一个绝妙示例是RAID 级别10 或RAID 1+0。它结合了RAID 0 和RAID 1 级别，并且只能在至少有四个硬盘驱动器的阵列中工作。与仅依赖条带化或镜像的其他RAID 级别不同，RAID 10 结合了这两种功能以获得更好的性能，但成本更高。使用此RAID 级别，您可以获得磁盘条带化带来的速度，但您也可以获得磁盘镜像的数据冗余。

它可以设置为RAID 1+0，其中数据被镜像，然后这些镜像被条带化，或者它可以设置为RAID 0+1，其中数据在硬盘驱动器上以条带组织，然后这些磁盘被镜像。如果您试图防止任何一组驱动器中的单个驱动器故障或两组驱动器中的一个驱动器同时发生故障，那么RAID 10 就是您想要的。

此RAID 级别通常用于需要24/7 全天候运行的服务器或应用程序。RAID 10 的缺点是，如果您丢失阵列中超过50% 的驱动器，您将丢失所有数据。

RAID 常见问题

RAID 级别比较

如果您尝试在您的环境的两个特定RAID 级别之间做出决定，我们已经创建了几个深入的比较以使决定更容易：

• RAID 0 与RAID 1
• RAID 1 与RAID 5
• RAID 5 与RAID 6
• RAID 5 与RAID 10