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什么是RAID？

怎樣提升硬盤的讀寫效率，怎樣避免數據因硬盤損壞而遺失，怎樣充分運用硬盤容量，這些始終是計算機專家和普通人的難題，而大容量硬盤的成本相當高，給使用者帶來很大壓力raid是什么意思，不過磁盤陣列技術的出現徹底攻克了這些挑戰。

近十多年來，中央處理器的工作速率提升了五十余倍，隨機存儲器的訪問速率也顯著加快，但數據存儲設備——主要是硬盤——的讀取速率僅增長了三到四倍，造成計算機系統運行受阻，降低了整體效能，倘若無法有效提高硬盤的訪問速率，中央處理器與隨機存儲器的進步將付諸東流。

磁盤陣列依據不同用途采用不同技術，這種分類叫做RAID級別。RAID是磁盤組串連的簡稱，每種級別對應一種特定技術。當前業界普遍采用的級別從RAID 0到RAID 5。這個級別并非衡量技術水平高低的標準，RAID 5并不比RAID 3更先進。選擇何種RAID級別的產品，完全取決于用戶的具體工作場景和實際用途，等級高低并非決定性因素。

RAID級別的劃分？

當前業內普遍采用的RAID級別涵蓋RAID 0至RAID 5。接下來，會分別介紹部分常見的RAID類型，并說明其中一些實際應用中的疑問。

RAID 0（ Disk Array Fault ）

RAID 0將所有硬盤組合成一個大型存儲單元。這個單元的總容量等于該組內所有硬盤容量之和。數據讀寫操作采用同時進行的分割方法處理。因為所有數據都會平均分配到整個硬盤組中，所以讀取和寫入的效率極高。隨著構成RAID 0的硬盤數量增加，其處理速度會進一步提升。在存儲容量利用率方面，它是最優的，利用率能夠達到百分之百。RAID 0存在一個不可忽視的弊端，它和常規硬盤一樣，完全不提供數據備份功能。只要其中一塊存儲設備發生故障，所有信息都會徹底丟失，而且無法恢復。通常情況下，這種配置僅適用于那些擁有原始數據備份的多媒體文件處理場景。例如視頻點播服務中的數據共享環節。組建RAID 0陣列至少需要兩塊硬盤，具體構造方式如圖所示。

RAID 1（）

RAID 1是一種磁盤數據同步技術。它利用兩塊硬盤來實現。一塊是核心存儲盤，另一塊是同步盤。核心盤中的信息會持續復制到同步盤。因為所有核心盤的信息都實時同步到另一塊盤，所以RAID 1具備極強的數據保護功能。其冗余度可以達到100%。然而這種鏡像方式并非依靠算法實現，因此它的存儲空間利用率相當低下，僅達一半水平，RAID 1僅能配合兩塊存儲設備使用，可用的容量十分有限，所以通常僅在系統層面部署，具體配置情形參考下圖所示。

RAID 0+1（ and ）

RAID 0+1通過結合兩組RAID 0陣列來實現RAID 1的鏡像備份功能。這種配置既擁有RAID 1的故障容錯特性，也具備RAID 0的存儲性能優勢。不過，RAID 0+1的存儲利用率與RAID 1相同，僅為50%，因此同樣難以得到廣泛應用。具體結構展示在圖片中。

RAID 3（ with ）

RAID 3依靠奇偶校驗碼來檢測并糾正錯誤，它僅需要一塊額外的校驗盤即可實現這一功能。奇偶校驗碼的生成過程是將所有數據盤對應位置進行異或運算，運算結果會記錄在專門的校驗盤上。只要數據有任何變動，就必須重新進行奇偶校驗計算。當某個磁盤發生損壞，替換為新的磁盤之后，整個磁盤系統（包含校驗磁盤在內）必須進行一次重新計算，將損壞磁盤中的數據恢復并記錄到新磁盤上，如果校驗磁盤出現故障，則需要重新計算校驗碼，這樣才能滿足容錯的需求。請參考下圖。

RAID 5（ with ）

RAID 5是一種能夠承受故障的RAID模式，它和RAID 3的不同之處在于，其故障應對機制不依賴特定的備用硬盤，而是將容錯數據均衡地散布在所有存儲單元中。一旦系統中某個存儲單元發生失效，該陣列便能夠利用其他存儲單元的相關信息，推算出失效單元原本所存儲的內容。為了確保缺失的數據能夠從其他硬盤恢復，我們必須在基礎存儲容量上額外增加一個硬盤，以便其他成員硬盤可以完整地重建丟失的數據部分，整體容量總計為(N-1)乘以單個最小容量硬盤的存儲大小。就存儲空間利用率而言，RAID 5系統會占用一個硬盤的容量，一旦某個硬盤出現故障，其數據能夠借助其他硬盤的冗余信息進行恢復，然而倘若兩塊硬盤同時損壞，所有數據便會徹底丟失，具體示意圖請參考下圖。

RAID級別的對比

NAS的概念

網絡存儲服務器NAS，是專門設計來提供高性能、低成本和高可靠性的數據存儲和傳輸設備。它旨在提供一套安全穩定的文件和數據保存方案，并且操作簡便易于管理。這種設備被定義為一種獨立的專用數據存儲服務器，內置了系統軟件，能夠支持NFS、SMB/CIFS文件共享功能。NAS利用IP協議實現文件級數據存儲，兼容多種網絡技術，例如以太網、FDDI等。該設備以數據為核心，徹底將存儲設備與服務器分開，集中管理數據資源，有助于充分釋放網絡帶寬，顯著增強網絡整體表現，同時也能有效減少總體擁有費用，保障用戶的設備投資。將文件保存在同一臺服務器上，可以實現不同電腦用戶間的資源共享，并整合網絡中各種類型的計算機，這正是NAS網絡存儲的核心作用。由于NAS網絡存儲系統采用開放的工業標準協議，因此即使不同操作系統的電腦用戶也能訪問同一份文件。這樣一來，系統便不再區分用戶類型，無論是用戶還是UNIX用戶。他們同樣可以安全地和可靠地使用NAS網絡存儲系統中的數據。

NAS的特點

NAS以其流暢的機構設計，具有突出的性能：

·移除服務器 I/O 瓶頸：

NAS系統專為文件存儲應用打造，它徹底切斷了存儲設備與服務器之間的直接關聯，以此完全根除了服務器端的數據讀寫瓶頸。服務器無需再負責向用戶傳輸數據，可以將更多資源投入到網絡中的其他任務，同時也顯著提升了網絡的運行效能。

·簡便實現 NT與UNIX下的文件共享：

NAS設備采用通用的網絡文件交流方式，能夠實現各類平臺間的文件整合存放。不論使用何種操作系統，使用者都能把資料保存在同一臺NAS裝置里，借此顯著降低存儲開銷，有效避免資源上的虛耗。

·簡便的設備安裝、管理與維護：

NAS裝置實現了極為方便快速的部署，稍加設置即可順暢使用。通常配備可視化操作面板的管理系統，能夠輕松實現設備操控。此外網絡維護人員無需單獨處理每臺設備，通過統一化的數據保管與調控，顯著降低了人力與資源的消耗。

·按需增容，方便容量規劃：

NAS裝置能夠實現即時容量擴充，顯著簡化了網絡維護人員的存儲規劃工作。即便面對未來可能出現的存儲需求激增，也能輕松應對。此外，在增加數據存儲空間時，無需中斷整個網絡運行，這將極大降低因停機而產生的資源損耗。

·高可靠性：

移除服務器端I/O障礙后，數據可用性獲得顯著增強，NAS設備還運用多種手段提升數據穩定性和持久性，例如運用RAID技術，配備備用電源與風扇等冗余單元，并構建容錯機制，當然，針對不同設備，或許會采用更先進高效的技術方案。

·降低總擁有成本：

NAS有一個最吸引用戶的地方，就是具有極低的總擁有成本.

SAN的概念

SAN即存儲區域網，是一種共享的高速專用網絡，用于存儲數據。存儲設備通常布置在服務器后方，這使得SAN本質上是一個專用的高速光纖系統。要構建一個標準的SAN，必須配備專門的光纖交換設備以及集線器。存儲區域網絡在網絡結構中屬于較新的理念，其作用在于建立服務器與獨立工作網絡之外的存儲設備之間的連接。網絡還在持續演進之中，不過至關重要的 SAN 技術看來是光纖通道的升級版，其目的是為了適配 SCSI 總線連接。

SAN的優勢

SAN的優勢可以表現在一下幾個方面：

·高數據傳輸速度：

基于光纖連接的存儲網絡SAN構建了一個具備優異擴展能力和卓越性能的網絡存儲系統，光纖交換設備與光纖存儲系統均展現出高效率并賦予服務器更寬廣的擴展余地，這是SCSI架構系統所不具備的特點，此外也為企業未來的發展奠定了極為靈活的擴展基礎。

·加強存儲管理：

SAN存儲網絡各部分的數據不再通過以太網傳輸，因此大幅提升了以太網的運行效率。由于存儲設備和服務器的完全解耦，用戶能夠獲得獨立于服務器之外的存儲管理思路。數據的復制、備份以及恢復等操作趨向于在統一的安全管理模式下進行，并且可以通過集中的控制手段加以管理。通過將不同的存儲單元以網絡形式相互連通，組織能夠以任意期望的途徑獲取其信息資料，并且可以確保信息資料更加完整。

·加強備份/還原能力的可用性：

SAN的穩定運行依靠其災備機制，以及備份的實時性，同時具備冗余存儲設備和信息的快速切換功能。

·同種服務器的整合：

在SAN架構里，所有服務器都接入同一個數據網路。要全面接入企業共享的存儲陣列，能通過整合的磁盤資源實現高效率和經濟性。

憑借SAN的諸多長處，它常被用于高效的數據備份和復原作業，也常被用于統一管理各類數據，還常被用于遠距離的數據防護工作。

SAN與NAS的比較

SAN和NAS是當下備受關注的數據存儲方案，關于這兩種存儲模式的討論從未停止，即便后來出現新的數據存儲技術，也大多與這兩種模式有著千絲萬縷的聯系。NAS和SAN有一個共同之處，那就是都實現了數據的集中化存放和集中化管控，不過若以存儲池作為參照物，SAN和NAS之間仍然存在顯著的不同。NAS作為獨立的文件服務器，其存儲系統不依附于通用服務器，因而能夠達成同一存儲資源內數據的單獨使用與聯合使用，SAN里的數據則通過塊狀進行傳輸，文件系統依然位于對應的服務器，故而針對組合的存儲資源，數據會各自獨立存在，或者可理解為服務器在專屬存儲資源里占用的一部分區域。這兩種存儲方案的主要差異體現在它們的操作模式上。SAN存儲系統采用塊式處理，而NAS存儲系統則使用文件式管理。因此，NAS系統在處理文件級服務時更為高效迅速。相比之下，涉及數據庫應用的數據塊以及大數據塊進行的I/O操作，則更適合采用SAN架構。SAN與NAS之間存在顯著差異，導致許多人將兩者視為截然不同的事物，然而，從當前發展趨勢來看，這種絕對化的區分方式難以被市場所認可，事實上，越來越多的數據存儲方案傾向于整合NAS與SAN的功能，主要原因在于：

·一些分散式的應用和用戶要求訪問相同的數據

對提升性能表現，增強可靠性程度，并減少資產投入的專用系統展現出強勁的發展勢頭

以既定的網絡規范為根基，涵蓋TCP/IP, NFS和CIFS等協議，構建運行環境

·一個獲得以應用為基礎而更具商業競爭力的解決方案欲望

·一個全面降低管理成本和復雜性的需求

·一個不需要增加任何人員的高擴展存儲系統

一種能夠借助改造來發揮作用的體系，可以保存當下設備與工作人員的實際效用

整合所有存儲系統于單一站點，用戶能顯著提升管理效能，增強資源利用率，并提高系統穩定性，從中獲益匪淺。SAN作為存儲集中化方案廣受歡迎，主要得益于光纖通道能支持大量設備接入，且易于連接，并可實現存儲設備同服務器間的遠距離傳輸。類似地，NAS系統同樣具備這些優勢。該方案融合了SAN與NAS技術，充分支持光纖通道功能，使用戶能夠享受更佳的擴展潛力，實現遠程數據存儲，并具備卓越的性能表現。此外，這種存儲系統在塊級和文件級I/O操作方面均提供高效均衡的處理能力，顯著提升了數據的可靠性和可訪問性。采用光纖通道技術的SAN和NAS，該存儲體系為服務器帶來多樣化存取路徑，具備卓越運行效能，實現高性價比，確保系統穩定運行raid是什么意思，且易于管理，所有功能均依托同一網絡架構完成。

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RAID全稱為英文Array of Disks，中文則稱作廉價磁盤冗余陣列。它是一種由多塊硬盤組合而成的數據存儲方式。這種技術通過將多個磁盤組合起來，形成冗余的存儲系統。

盡管RAID由多個磁盤單元構成，但在系統層面呈現為單一的整體性存儲單元。采用RAID方案對存儲架構而言，其優勢可以歸納為三個層面：

將多個存儲設備整合為一個整體，用以實現數據分布存儲，這種技術稱作磁盤陣列配置

將數據分割為多個數據單元，然后同時向多個磁盤進行寫入或讀取操作，以此加快磁盤的訪問效率

3. 通過鏡像或校驗操作提供容錯能力

開發RAID的初衷是為了節省開銷，因為那會兒幾塊小容量硬盤的總價比單塊大容量硬盤還便宜。如今看來，RAID在降低成本方面的效果已經不明顯了，不過它能充分運用多塊硬盤的效能，獲得遠超任何一塊獨立硬盤的速度和數據處理能力。RAID除了能增強工作效率之外，還具備出色的數據保護功能，即便其中某個存儲單元發生故障，整個系統依然能夠正常運行，不會受到故障部件的干擾。

RAID技術有多種不同類別，各類能帶來不同的傳輸速率，數據保護程度和經濟性。依照具體需求挑選合適的RAID模式，能夠滿足用戶對存儲系統可靠性、處理效率和存儲空間的需求。常見的RAID模式包含NRAID，JbOD，RAID0，RAID1，RAID0+1，RAID3，RAID5等。目前經常使用的是RAID5和RAID（0+1）。