香腸炒章魚

RAID

英文全名為Redundant Array of Independent Drivers，中文名稱為磁碟陣列。

磁碟陣列在早期被稱為備援磁碟陣列 （Redundant Array of Inexpensive Drivers，簡稱 RAID），

這個概念是在 1987 年由加州柏克萊大學的一組研究人員所提出，主要是利用個人電腦所使用的硬碟，

來提供大型主機一種低 成本、高容量與高效能的儲存裝置。不過隨著硬碟製造成本的降低，

加上應用範圍已經延伸至個人電腦，目前以容錯式獨立磁碟陣列（Redundant Array of Independent Drivers，

簡稱 RAID）稱之較為適當。

並且在當時定義了 5 種等級的 RAID，分別是RAID 0、RAID 1、RAID 0+1、RAID 3、RAID 4、RAID 5，後來還有其他研究團隊衍生出 RAID 6、RAID 7 等等的各式新規格。

目前較常使用的磁碟陣列等級為 RAID 0、RAID 3、RAID 5 三種，不過也有許多場合應用其他的等級的磁碟陣列。

至於應該選擇何種等級的磁碟陣列使用，則端看使用人數的多寡與用途。

RAID 0 (Striped)

定義為非容錯硬碟群組，必須由兩臺以上的磁碟所組成，也就是將 RAID 控制器上的多臺硬碟整合成為一臺磁碟陣列。

而當資料寫入至硬碟的時候，由於有兩個以 上磁碟讀寫頭的關係，所以資料寫入的速度相當快，換言之，

讀取資料的速度亦比單臺硬碟要快上許多。

此等級的磁碟陣列效能與硬碟的數量成正比，因為硬碟的數 量越多，也代表著磁碟讀寫頭的越多，因此速度也會更快。

但是由於這個等級的磁碟陣列不具容錯的功能，所以當磁碟陣列中的一臺硬碟故障時，整個磁碟陣列上的 資料便會損毀，

無法在更換新的硬碟後還原舊有的資料，因此適用的範圍並不廣泛。

由於 RAID 0 並不具有容錯的功能，雖然讀寫速度快，但對資料的安全性來說，相當沒有保障。

RAID 1 (Mirrored)

RAID 1 的特性恰好與 RAID 0 相反，雖然同樣必須由兩臺以上的磁碟組成，而且硬碟的數量必須為雙數臺，

但是 RAID 控制器會將硬碟分為兩組，並且會將資料同時寫入第一組硬碟與第二組 硬碟，兩組硬碟上的資料完全相同，

也就是說其中一組硬碟的資料屬於備份用途。

正因為如此，當第一組硬碟中有損毀的情形發生時，只要將故障的硬碟更新後，

RAID 控制器會參考第二組硬碟中的資料還原第一組硬碟上的資料，因此即使第一 組硬碟同時故障，亦不需要擔心。

不過缺點在於須使用一半的硬碟空間做資料備份。

RAID 0+1 (Striped+Mirrored)

從字面上就可以了解是由 RAID 0 與 RAID 1 兩種等級的概念所組成。

此等級的磁碟陣列必須由四臺以上的雙數硬碟構成。每兩臺硬碟為一組，每組硬碟均遵守RAID 1的規範，以保障資料的安全性；

而每組硬碟之間則遵守 RAID 0 的規範，以提升整體資料讀寫的速度。

這個等級的磁碟陣列所能使用的硬碟空間只有一半，所以說整體的成本相當的高，不過卻同時具有資料容錯與讀寫速度快的 特色。

RAID 2、RAID 3、RAID 4

這些工作原理相當類似，除具有容錯的功能外，均必須由3臺以上的硬碟組成（每臺硬碟的容量必須相同，

否則以最小的硬碟容量計算），並將同位元檢查資料放在 一臺硬碟上，一般稱為同位碟。

由於在資料寫入磁碟陣列之前，RAID 控制器中的 XOR 會將資料切割為數個區段，並且計算出同位元檢查資料，

而 RAID 3 的區段以byes計算，RAID 4 則以 block 為計算單位。當磁碟陣列中的一臺硬碟故障時，只要更換新的硬碟後，

系統就能回寫舊有的資料。

當使用3臺硬碟組成磁碟陣列時，能使用的硬碟 容量為 2 臺（計算公式為 N-1 臺），

因此比 RAID 1、RAID 0+1 有更多的硬碟空間可利用，每單位的儲存成本較低。

不過由於在寫入資料的同時，必須額外計算出同位元檢查資料，並且將計算出來的結果寫入同位碟，

所以 整體的讀寫效能會比 RAID 0 慢。

RAID 5 (Parity RAID)

運作原理與 RAID 2、RAID 3、RAID 4 相當類似，均必須由 3 臺硬碟組成，但是並沒有特定的同位碟。

當 RAID 控制器上的 XOR 計算出同位元檢查資料後，會隨著資料分別寫入各臺硬碟上，

所以整 體的讀寫效能比 RAID 3、RAID 4要好，不過仍然比 RAID 0 要差。

由於當磁碟陣列中的硬碟發生故障時，RAID 控制器會禁止任何讀取工作的進行，直到故障的硬碟更新，並完成資料復原。

因此當故障的時間發生在半夜，或是沒 有系統管理員在場的時候，伺服器幾乎處於停機的狀態，無法提供任何的服務，

所以便有人提出的備援硬碟（Spare Disk）的概念。

在這種架構下，當磁碟陣列中的其中一臺硬碟發生故障時，RAID 控制器會自動啟用備援硬碟來取代故障硬碟的工作，

只要幾分鐘的時間，就 可以將資料回寫至新的硬碟上。

由於這種做法目前只應用在 RAID 5 的磁碟陣列上，所以稱作 RAID 5+Spare。

RAID 6 (Independent Data disks with two independent distributed parity schemes)

柏克萊只訂到 RAID 5，RAID 6 是 RAID ADVISORY BOARD 定的與 RAID 5 相比，增加了第二個獨立的奇偶校驗信息塊。

兩個獨立的奇偶系統使用不同的算法，數據的可靠性非常高。

即使兩塊磁盤同時失效，也不會影響數據的使用。

但需 要分配給奇偶校驗信息更大的磁盤空間，相對 RAID 5 有更大的quot;寫損失 "，RAID 6 的寫性能非常差，

除了需要使用比 RAID 5 還要更高的安全性保障以外，較差的寫入性能和復雜的實施使得 RAID 6 很少被一般人使用。

RAID 7 (Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates)

全名為最優化的異步高 I/O 速率和高數據傳輸率，它與以前我們見到 RAID 級別具有明顯的區別。

RAID 7 完全可以理解為一個獨立存儲電腦，它自身帶有作業系統和管理工具，完全可以獨立運行。

RAID 10 (Mirrored+Striped)

這是將 RAID 0 與 RAID 1 的架構作結合用的磁碟陣列，10 與 0+1 的差別僅是先鏡射再分割資料，

或是先分割再將資料鏡射到兩組硬碟，但功能是相同的，而且都需由 4 顆硬碟組成。

這種組法同時具備效能提升與資料備份的優點，只要不是「同組鏡射」的兩顆硬碟同時毀損，資料都可以救得回來。

JBOD (Just Bunch of Disks)

這種組成方式嚴格來說不算 RAID，因為它的功能就跟它的全名一樣，「只是將多顆磁碟湊在一起」，當作一顆超大硬碟來用。

假設是 4 顆 250GB 的大硬碟，在 JBOD 模式下就成了一顆 1TB﹙=1000GB﹚的超高容量硬 碟，

但是除了容量提升之外，它的速度還是跟單一硬碟相同，也沒有額外的安全性。