【計算機組織與結構】RAID是什麼?什麼是RAID0、RAID1、RAID5、RAID10?

隨著HDD硬碟價格越來越低,許多人也開始自組多顆硬碟RAID系統是目前最普遍的方式。而RAID 5在眾多RAID模式中,是許多人優先選擇的組裝方式。那我們今天就來探討各個等級的RAID究竟有何區別?

何謂RAID?

容錯式磁碟陣列(Redundant Array of Independent Disks),舊稱:容錯式廉價磁碟陣列(Redundant Array of Inexpensive Disks),簡稱磁碟陣列。
利用虛擬化儲存技術把多個硬碟組合起來,成為一個或多個硬碟陣列組,目的為提升效能或資料冗餘,或是兩者同時提升。簡單來說,RAID把多個硬碟組合成為一個邏輯硬碟,因此,作業系統只會把它當作一個實體硬碟。
RAID常被用在伺服器電腦上,並且常使用完全相同的硬碟作為組合。由於硬碟價格的不斷下降與RAID功能更加有效地與主機板整合,它也成為普通用戶的一個選擇,特別是需要大容量儲存空間的工作,如:視訊與音訊製作


RAID的分類

RAID 0 (Striped)

Disk storage using RAID 0 striping
定義為非容錯硬碟群組,必須由兩台以上的磁碟所組成,也就是將RAID控制器上的多台硬碟整合成為一台磁碟陣列。
RAID 0提高了存儲性能的原理是把連續的數據分散到多個磁盤上訪問(也就是拆分)
優點是當資料寫入硬碟時,由於有兩個以上磁碟讀寫頭的關係,資料寫入的速度相當快讀取資料的速度亦比單台硬碟上許多。
缺點是,由於此等級的磁碟陣列不具容錯的功能,當有一台硬碟故障時,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

RAID 1 (Mirrored)

Disk storage using RAID 0 striping
RAID 1 與 RAID 0 的特性恰好相反,雖然同樣必須由兩台以上的磁碟組成,而且硬碟的數量必須為雙數台,但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,也就是說其中一台為備份用途。
缺點需使用一半的硬碟空間做資料備份

RAID 10 (Striped + Mirrored)

Disk storage using RAID 1 + 0, combining spriping with mirroring
由RAID 0 與 RAID 1兩種等級所組成。此等級的磁碟陣列必須由四台以上雙數硬碟構成。
每兩台硬碟為一組,每組硬碟須遵守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,所以整體成本相當高,不過卻同時具有資料容錯與讀寫快的特色
800px RAID 10.svg 【計算機組織與結構】RAID是什麼?什麼是RAID0、RAID1、RAID5、RAID10?  800px RAID 01.svg 1 【計算機組織與結構】RAID是什麼?什麼是RAID0、RAID1、RAID5、RAID10?
也分為0 + 1 ,與1 + 0差別在於順序
RAID 01是先鏡像再將資料到分割兩組硬碟。它將所有的硬碟分為兩組,每組各自構成為RAID 0作為最低組合,而將兩組硬碟組合為RAID 1運作。當RAID 10有一個硬碟受損,其餘硬碟會繼續運作。
RAID 01只要有一個硬碟受損,同組RAID 0的所有硬碟都會停止運作,只剩下其他組的硬碟運作,可靠性較低

RAID 5 (Parity RAID)

Disk storage using RAID 5 striping with parity across drives
RAID 5是RAID 0和RAID 1的折中方案。須由3台硬碟組成,但是並沒有特定的同位碟。
RAID 5把資料和相對應的奇偶校驗資訊儲存到組成RAID5的各個磁碟上,並且奇偶校驗資訊和相對應的資料分別儲存於不同的磁碟上。當RAID5的一個磁碟資料發生損壞後,可以利用剩下的資料和相應的奇偶校驗資訊去恢復被損壞的資料。
RAID 5可以理解為是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以為系統提供資料安全保障,但保障程度要比鏡像低而磁碟空間利用率要比鏡像高。
RAID 5具有和RAID 0相近似的資料讀取速度,只是因為多了一個奇偶校驗資訊,寫入資料的速度相對單獨寫入一塊硬碟的速度略慢。同時由於多個資料對應一個奇偶校驗資訊,RAID 5的磁碟空間利用率要比RAID 1,儲存成本相對較便宜。當磁碟陣列中的硬碟故障時,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。
由於故障的時間發生在半夜、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,因此有人提出備援硬碟(Spare Disk)的概念。在這種架構下,當磁碟陣列中的其中一台硬碟發生故障時,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。
由於此種作法目前只應用於RAID 5的磁碟陣列上,所以稱做RAID 5 + Spare
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如果看完本篇文章還是不了解,可以看這個影片:RAID磁盘阵列是什么意思?RAID 0、1、5都有什么不同?
通俗易懂,有動畫方便理解。


下方為維基的各等級RAID 對比表格:
raid table 【計算機組織與結構】RAID是什麼?什麼是RAID0、RAID1、RAID5、RAID10?


參考資料

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