存儲設備那點事:什么是RAID？RAID的等級

引子

送人玫瑰，手有余香。這個時代需要分享，有交流，有碰撞，才有進步。今天我要分享的主題的是“存儲設備那點事”，這句話中需要高亮的關鍵詞是什么？是“存儲”？是“設備”？都不是，是“那點”。作為一個剛進入存儲行業(yè)不到兩年的小學生，能力有限水平一般，全靠房貸的壓力走到今天。存儲涉及方方面面，受到能力和篇幅的限制，實在難以言盡。本文主要目的是讓大家對存儲方面有些感性的認識，沒有很深入的技術細節(jié)。讀者中肯定會有行業(yè)前輩、技術大牛、開源社區(qū)達人、非洲部落的酋長，都保不齊的事，有不足之處還請多多批評指教。

說到存儲設備，各位有些人可能會想起這些：磁帶，軟盤，硬盤，U盤，以及早期街邊中年婦女兜售的光盤（都買過吧？隨著互聯(lián)網的發(fā)展，這個行業(yè)沒落了，唉！）。今天我們要說的存儲設備比這些略顯高級，但終究也沒有脫離它們。

我有一個1TB的移動硬盤，已經差不多裝滿了，最近有些擔憂，萬一哪次不小心摔在地上，可就報廢了，多年積攢的資料和回憶將付之東流，得想個辦法。那位說了，為啥不存在云盤？坦誠的講，我不太信任云盤服務商，不僅僅是局限于技術層面的不信任，誰在乎他們是不是背鍋的。又有人給建議，整個RAID吧。對，我們就從RAID說起。

什么是RAID？

RAID的洋文描述是Redundant Array of Independent Disks，國語通常翻譯成：獨立磁盤冗余陣列。打仗親兄弟，上陣父子兵，一個硬盤可能出現(xiàn)種種問題，RAID就是將一組硬盤通過各種組合，呈現(xiàn)出一個邏輯上的硬盤，彌補一些單個硬盤的缺陷（如IO性能，數(shù)據(jù)保護），這個邏輯上的硬盤從用戶角度看來和單個硬盤使用方式幾乎一樣，對用戶透明。

總結起來一句話：基友一生一起走，單身的痛苦不再有。

RAID的等級

RAID的等級就是硬盤以何種形式組合在一起，比如：RAID 0、RAID 1、RAID10、RAID 01、RAID 3、RAID 5、RAID 6等等，很多，相聲演員可以寫個貫口上臺表演了，這次就挑常見的說幾個。

RAID0

最簡單的RAID0由兩塊硬盤組成，如圖1所示，當用戶寫入數(shù)據(jù)的時候，例如數(shù)據(jù)塊A，實際上是將數(shù)塊A分為兩個部分，分別寫入Disk1和Disk2，B、C、D是同樣的操作?？梢钥吹剑琑AID0并沒有解決前面我遇到的問題，Disk1或Disk2任何一塊盤壞了，保存的數(shù)據(jù)就會丟失，數(shù)據(jù)得不到保護。當然，優(yōu)點也是顯然的，數(shù)據(jù)并行的寫入兩塊盤，花費時間縮短了，理論上節(jié)省50%的時間，IO性能好。我們也可以使用更多的盤組成RAID0，那樣的話數(shù)據(jù)塊就會被分為更多分，并行寫入多塊盤，用時會更少。組成RAID0的各個硬盤地位是平等的，有任務兄弟們一起分擔，沒有誰的角色是特別的。

RAID1

你有我有全都有哇，哎嗨依兒呀，這就是那RAID1，不相信就往下看那。

只要2塊硬盤就可以組成一個RAID1，如圖2所示。RAID1的特點是用戶寫入的數(shù)據(jù)塊會被同時寫到組成RAID1的每一個硬盤，這些硬盤保存的數(shù)據(jù)一模一樣。所以，其中一塊硬盤損壞了，不要害怕，另外一塊硬盤仍舊保存完整的數(shù)據(jù)。有人要問了：”那要是兩塊硬盤都壞了呢？”，朋友，咱們好好聊天行嗎？本質上RAID1是在做備份，我們不也經常將電腦的文件拷貝到U盤或移動硬盤備份嘛。只不過這個備份是實時的，用戶每寫一個數(shù)據(jù)就立即備份。增加更多硬盤組成RAID1，也就增加備份數(shù)量，更保險，但需要花更多的錢買硬盤，當然，阿聰這樣的土豪另說。

RAID3

在說RAID3之前，先往回倒個三言兩語。前面的RAID0和RAID1的插圖中，每個硬盤都畫了一些小格子，保存A、B或A1、A2等。劃分這些小格子的行為稱為磁盤的條帶化(striping)，又是一個新名詞，沒辦法，新的事物誕生總歸要取一個名字吧。早年間，管理論壇的人叫版主，維護博客的人叫博主?，F(xiàn)在呢，建立微信群的人叫群主，建立并維護公眾號的人呢？公主？宋老師答應嗎？

感受一下磁盤條帶化的效果，圖3所示，兩個盤沒有條帶化，用戶數(shù)據(jù)過來先寫Disk1，寫滿Disk1之后再寫Disk2，看到這樣的RAID你有什么感受？既沒有使得IO性能得到提升，也沒有數(shù)據(jù)保護功能，然后冠冕堂皇包裝成RAID。誰要是推銷這個RAID，作為有素質的人，咱不能爆粗口，叫個代罵服務先罵他100塊錢的。

有人問了（對，就是前面問問題的那個人）：“這個例子太極端，如果我有一個很大的文件，我可以計算出6~10部分最終會保存到Disk2內，那么我就可以并行的寫入1~5到Disk1,6~10到Disk2”。如果Disk1是1TB的硬盤，你的文件有多大？大于1TB，現(xiàn)實世界又有多少場景存在這么大的文件呢？

我們繼續(xù)。圖4展示了條帶化之后的磁盤格式，如果說未經過條帶化是以盤為單位存儲的，即一個盤寫滿再寫下一個盤。那么條帶化之后，則是按照條帶為單位存儲的，寫滿一個條帶之后再寫下一個條帶。RAID的各個盤的同樣區(qū)域（偏移位置和大小確定的區(qū)域）組成了一個條帶。

接著看RAID3，圖5所示。Disk4是與眾不同的，作為校驗盤，它不保存用戶數(shù)據(jù)，而是保存用戶數(shù)據(jù)的校驗值。Ap是A1、A2和A3的異或邏輯運算校驗值。同理Bp~Dp類似。這樣做的好處是：如果4塊盤有一塊盤壞了，我們可以從其它3塊盤讀出數(shù)據(jù)，再次進行異或邏輯運算，計算出損壞盤的數(shù)據(jù)，這一過程稱為數(shù)據(jù)重建。

舉個栗子：

假設初始A1=1,A2=0,A3=1，在存盤時候計算Ap=A1^A2^A2=1^0^1=0。

現(xiàn)在Disk3損壞，我們要計算A3，A3=A1^A2^Ap=1^0^0=1。得到了正確的A3！

考察一下RAID3特點，其一，可以并行的寫。其二，有校驗盤，允許一塊盤故障。其三，特別的，如果損壞的是校驗盤，不會影響此時用戶的讀操作。缺點也是有的，那就是用戶寫數(shù)據(jù)的時候，不管是向哪一個數(shù)據(jù)盤寫入數(shù)據(jù)，都需要同時重寫校驗盤，對于寫操作頻繁的應用，校驗盤的負載很大，成為瓶頸。

那么，對于校驗數(shù)據(jù)的保存這個費時費力的工作能否均衡一下呢？不能老可一個人霍霍啊。

RAID5

RAID5沒有獨立的校驗盤。從下圖中找找Ap、Bp、Cp和Dp的位置，發(fā)現(xiàn)什么了嗎？對，每個盤同時扮演數(shù)據(jù)盤和校驗盤，校驗值寫入這個負載就分攤到每個盤上，前面RAID3遇到的校驗盤瓶頸就不存在了。

當一塊盤出現(xiàn)故障后，RAID將無法繼續(xù)提供服務，一般情況，運維人員會更換故障盤，新盤到位后，RAID進行數(shù)據(jù)重建，借助校驗算法，將丟失的數(shù)據(jù)恢復到新的盤中，然后RAID可以繼續(xù)提供服務。一些系統(tǒng)中支持熱備盤，當RAID中一塊硬盤（Disk2）故障后，系統(tǒng)從熱備盤中選擇一塊（Disk5），頂替故障盤角色，然后RAID立即進行數(shù)據(jù)重建，這樣就最大限度的減少了RAID停止服務的時間。沒錯，熱備盤就是備胎。

RAID5可以并行IO提升性能，數(shù)據(jù)校驗起到數(shù)據(jù)保護作用，也不存在校驗盤瓶頸，看起來不錯。

有人問了（對，還是前面問問題的那個人）：“如果同時有2塊盤故障怎么把辦？”

“那就用RAID6，可以容忍有2塊盤故障?！?/p>

“如果同時有3塊盤故障怎么把辦？”

喂，代罵公司嗎？我再加100塊錢，馬上過來罵個人。

對的，要蛋定。RAID雖然比單個硬盤有很多優(yōu)勢，但也不是牛逼透頂?shù)?，也有解決不了的問題，也有Hold不住的極端情況。

RAID6以及其它RAID形式就不再展開了。您可以訪問這里繼續(xù)深造：

https://en.wikipedia.org/wiki/Standard_RAID_levels

順便提一下，RAID發(fā)展后期出現(xiàn)了RAID2.0，一個不以單個盤為RAID組成基本單位的技術。

花開兩朵，各表一枝。說了這么多關于RAID的內容，對于終端用戶呢？如何使用RAID呢？這是個問題。用戶當然可以買幾塊硬盤組成一個RAID，當成“大硬盤”來使用，對于臺式機還可以忍受，機箱大隨便裝。那么，筆記本電腦用戶呢？沒地方裝啊。USB外接式？你很優(yōu)雅的走進了星巴克，要了一杯咖啡，拿出高大上的蘋果電腦，傍邊的桌子上一堆硬盤，你告訴別人別碰，說是你的RAID？這是休閑呢還是擺攤呢。

這個世界上，只要有需求，哪怕變態(tài)的需求，都會有商家滿足你。想強身健體，有的商家就把中藥和酒混在一起，來吧，藥酒，可補可補了。