最近很多人在咨詢(xún)Agrade睿達(dá)的SSD固態(tài)硬盤(pán)做RAID的表現(xiàn)，所以今天我們來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)RAID。

一、概述

1988 年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的 D. A. Patterson 教授等首次在論文 “A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks” 中提出了 RAID 概念，即廉價(jià)冗余磁盤(pán)陣列（ Redundant Array of Inexpensive Disks ）。由于當(dāng)時(shí)大容量磁盤(pán)比較昂貴， RAID 的基本思想是將多個(gè)容量較小、相對(duì)廉價(jià)的磁盤(pán)進(jìn)行有機(jī)組合，從而以較低的成本獲得與昂貴大容量磁盤(pán)相當(dāng)?shù)娜萘?、性能、可靠性。隨著磁盤(pán)成本和價(jià)格的不斷降低， RAID 可以使用大部分的磁盤(pán)， “廉價(jià)” 已經(jīng)毫無(wú)意義。因此， RAID 咨詢(xún)委員會(huì)（ RAID Advisory Board, RAB ）決定用 “ 獨(dú)立 ” 替代 “ 廉價(jià) ” ，于時(shí) RAID 變成了獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列（ Redundant Array of Independent Disks ）。但這僅僅是名稱(chēng)的變化，實(shí)質(zhì)內(nèi)容沒(méi)有改變。

RAID 這種設(shè)計(jì)思想很快被業(yè)界接納， RAID 技術(shù)作為高性能、高可靠的存儲(chǔ)技術(shù)，已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。RAID 主要利用數(shù)據(jù)條帶、鏡像和數(shù)據(jù)校驗(yàn)技術(shù)來(lái)獲取高性能、可靠性、容錯(cuò)能力和擴(kuò)展性，根據(jù)運(yùn)用或組合運(yùn)用這三種技術(shù)的策略和架構(gòu)，可以把 RAID 分為不同的等級(jí)，以滿(mǎn)足不同數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求。目前業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)是 RAID0 ~ RAID5 ，除 RAID2 外的四個(gè)等級(jí)被定為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中使用最多的 RAID 等級(jí)是 RAID0 、 RAID1 、 RAID3 、 RAID5 、 RAID6 和 RAID10。

從實(shí)現(xiàn)角度看， RAID 主要分為軟 RAID、硬 RAID 以及軟硬混合 RAID 三種。軟 RAID 所有功能均有操作系統(tǒng)和 CPU 來(lái)完成，沒(méi)有獨(dú)立的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片，效率自然最低。硬 RAID 配備了專(zhuān)門(mén)的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片以及陣列緩沖，不占用 CPU 資源，但成本很高。軟硬混合 RAID 具備 RAID 控制 / 處理芯片，但缺乏 I/O 處理芯片，需要 CPU 和驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成，性能和成本 在軟 RAID 和硬 RAID 之間。

RAID 每一個(gè)等級(jí)代表一種實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)，等級(jí)之間并無(wú)高低之分。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)用戶(hù)的數(shù)據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)，綜合考慮可用性、性能和成本來(lái)選擇合適的 RAID 等級(jí)，以及具體的實(shí)現(xiàn)方式。

二、基本原理

RAID （ Redundant Array of Independent Disks ）即獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為磁盤(pán)陣列。簡(jiǎn)單地說(shuō)， RAID 是由多個(gè)獨(dú)立的高性能磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成的磁盤(pán)子系統(tǒng)，從而提供比單個(gè)磁盤(pán)更高的存儲(chǔ)性能和數(shù)據(jù)冗余的技術(shù)。RAID 是一類(lèi)多磁盤(pán)管理技術(shù)，其向主機(jī)環(huán)境提供了成本適中、數(shù)據(jù)可靠性高的高性能存儲(chǔ)。SNIA 對(duì) 磁盤(pán)陣列可以在部分磁盤(pán)（單塊或多塊，根據(jù)實(shí)現(xiàn)而論）損壞的情況下，仍能保證系統(tǒng)不中斷地連續(xù)運(yùn)行。在重建故障磁盤(pán)數(shù)據(jù)至新磁盤(pán)的過(guò)程中，系統(tǒng)可以繼續(xù)正常運(yùn)行，但是性能方面會(huì)有一定程度上的降低。一些磁盤(pán)陣列在添加或刪除磁盤(pán)時(shí)必須停機(jī)，而有些則支持熱交換 （ Hot Swapping ），允許不停機(jī)下替換磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。這種高端磁盤(pán)陣列主要用于要求高可能性的應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)不能停機(jī)或盡可能少的停機(jī)時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)， RAID 不可作為數(shù)據(jù)備份的替代方案，它對(duì)非磁盤(pán)故障等造成的數(shù)據(jù)丟失無(wú)能為力，比如病毒、人為破壞、意外刪除等情形。此時(shí)的數(shù)據(jù)丟失是相對(duì)操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、卷管理器或者應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)的，對(duì)于 RAID 系統(tǒng)來(lái)身，數(shù)據(jù)都是完好的，沒(méi)有發(fā)生丟失。所以，數(shù)據(jù)備份、災(zāi) 備等數(shù)據(jù)保護(hù)措施是非常必要的，與 RAID 相輔相成，保護(hù)數(shù)據(jù)在不同層次的安全性，防止發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。

RAID 中主要有三個(gè)關(guān)鍵概念和技術(shù)：鏡像（ Mirroring ）、數(shù)據(jù)條帶（ Data Stripping ）和數(shù)據(jù)校驗(yàn)（ Data parity ）。鏡像，將數(shù)據(jù)復(fù)制到多個(gè)磁盤(pán)，一方面可以提高可靠性，另一方面可并發(fā)從兩個(gè)或多個(gè)副本讀取數(shù)據(jù)來(lái)提高讀性能。顯而易見(jiàn)，鏡像的寫(xiě)性能要稍低， 確保數(shù)據(jù)正確地寫(xiě)到多個(gè)磁盤(pán)需要更多的時(shí)間消耗。數(shù)據(jù)條帶，將數(shù)據(jù)分片保存在多個(gè)不同的磁盤(pán)，多個(gè)數(shù)據(jù)分片共同組成一個(gè)完整數(shù)據(jù)副本，這與鏡像的多個(gè)副本是不同的，它通常用于性能考慮。

RAID 的定義是：一種磁盤(pán)陣列，部分物理存儲(chǔ)空間用來(lái)記錄保存在剩余空間上的用戶(hù)數(shù)據(jù)的冗余信息。當(dāng)其中某一個(gè)磁盤(pán)或訪(fǎng)問(wèn)路徑發(fā)生故障時(shí)，冗余信息可用來(lái)重建用戶(hù)數(shù)據(jù)。磁盤(pán)條帶化雖然與 RAID 定義不符，通常還是稱(chēng)為 RAID （即 RAID0 ）。

三、RAID 的優(yōu)勢(shì)：

(1) 大容量

這是RAID 的一個(gè)顯然優(yōu)勢(shì)，它擴(kuò)大了磁盤(pán)的容量，由多個(gè)磁盤(pán)組成的 RAID 系統(tǒng)具有海量的存儲(chǔ)空間?，F(xiàn)在單個(gè)固態(tài)硬盤(pán)的容量就可以到 2TB 以上，這樣 RAID 的存儲(chǔ)容量就可以達(dá)到 PB 級(jí)，大多數(shù)的存儲(chǔ)需求都可以滿(mǎn)足。一般來(lái)說(shuō)， RAID 可用容量要小于所有成員磁盤(pán)的總?cè)萘?。不同等?jí)的 RAID 算法需要一定的冗余開(kāi)銷(xiāo)，具體容量開(kāi)銷(xiāo)與采用算法相關(guān)。如果已知 RAID 算法和容量，可以計(jì)算出 RAID 的可用容量。通常， RAID 容量利用率在 50% ~ 90% 之間。

(2) 高性能

RAID 的高性能受益于數(shù)據(jù)條帶化技術(shù)。單個(gè)磁盤(pán)的 I/O 性能受到接口、帶寬等計(jì)算機(jī)技術(shù)的限制，性能往往很有限，容易成為系統(tǒng)性能的瓶頸。通過(guò)數(shù)據(jù)條帶化，RAID 將數(shù)據(jù) I/O 分散到各個(gè)成員磁盤(pán)上，從而獲得比單個(gè)磁盤(pán)成倍增長(zhǎng)的聚合 I/O 性能。

(3) 可靠性

可用性和可靠性是 RAID 的另一個(gè)重要特征。從理論上講，由多個(gè)磁盤(pán)組成的 RAID 系統(tǒng)在可靠性方面應(yīng)該比單個(gè)磁盤(pán)要差。這里有個(gè)隱含假定：?jiǎn)蝹€(gè)磁盤(pán)故障將導(dǎo)致整個(gè) RAID 不可用。RAID 采用鏡像和數(shù)據(jù)校驗(yàn)等數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，打破了這個(gè)假定。鏡像是最為原始的冗余技術(shù)，把某組磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)完全復(fù)制到另一組磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上，保證總有數(shù)據(jù)副本可用。比起鏡像 50% 的冗余開(kāi)銷(xiāo) ，數(shù)據(jù)校驗(yàn)要小很多，它利用校驗(yàn)冗余信息對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和糾錯(cuò)。RAID 冗余技術(shù)大幅提升數(shù)據(jù)可用性和可靠性，保證了若干磁盤(pán)出錯(cuò)時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失，不影響系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

(4) 可管理性

實(shí)際上RAID 是一種虛擬化技術(shù)，它對(duì)多個(gè)物理磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器虛擬成一個(gè)大容量的邏輯驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于外部主機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，RAID 是一個(gè)單一的、快速可靠的大容量磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。這樣，用戶(hù)就可以在這個(gè)虛擬驅(qū)動(dòng)器上來(lái)組織和存儲(chǔ)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)。從用戶(hù)應(yīng)用角度看，可使存儲(chǔ)系統(tǒng)簡(jiǎn)單易用，管理也很便利。由于 RAID 內(nèi)部完成了大量的存儲(chǔ)管理工作，管理員只需要管理單個(gè)虛擬驅(qū)動(dòng)器，可以節(jié)省大量的管理工作。RAID 可以動(dòng)態(tài)增減磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，可自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)重建，這些都可以大大簡(jiǎn)化管理工作。

總結(jié)：

由于固態(tài)硬盤(pán)比普通硬盤(pán)具有更多的優(yōu)勢(shì)，所以做RAID也是一樣的比普通硬盤(pán)具有更多的優(yōu)勢(shì)。隨著固態(tài)硬盤(pán)的價(jià)格越來(lái)越便宜，相信會(huì)有更多的客戶(hù)用固態(tài)硬盤(pán)來(lái)做RAID。