RAID是啥

房東：傑客
發表時間：2007-03-03

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。

RAID 0的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。而RAID 1的特性恰好相反，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 3與RAID 4的工作原理相當類似，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的運作原理與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。

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。

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