有哪些不同的广泛使用的 RAID 级别，我应该何时考虑？

Question

这是一个关于 RAID 级别的规范问题。

什么是：

• 通常使用的 RAID 级别（包括 RAID-Z 系列）？
• 它们常见于部署中吗？
• 各自的优缺点？

Answer 1

RAID：为什么以及何时

RAID 代表独立磁盘冗余阵列（有些被教导为“廉价”以表明它们是“普通”磁盘；历史上存在非常昂贵的内部冗余磁盘；由于这些磁盘不再可用，首字母缩略词已适应）。

在最一般的层面上，RAID 是一组执行相同读取和写入操作的磁盘。SCSI IO 在卷（“LUN”）上执行，并且它们以引入性能提高和/或冗余增加的方式分布到底层磁盘。性能提升是条带化的功能：数据分布在多个磁盘上，以允许读取和写入同时使用所有磁盘的 IO 队列。冗余是镜像的功能。可以将整个磁盘保存为副本，也可以多次写入单个条带。或者，在某些类型的突袭中，不是逐位复制数据，而是通过创建包含奇偶校验信息的特殊条带来获得冗余，这些条带可用于在发生硬件故障时重新创建任何丢失的数据。

有多种配置可提供不同级别的这些优势，此处涵盖了这些优势，并且每一种配置都偏向于性能或冗余。

评估哪种 RAID 级别适合您的一个重要方面取决于其优势和硬件要求（例如：驱动器数量）。

大多数这些类型的 RAID (0,1,5) 的另一个重要方面是它们不能确保您的数据的完整性，因为它们是从实际存储的数据中抽象出来的。因此 RAID 无法防止文件损坏。如果文件以任何方式损坏，则损坏将被镜像或奇偶校验并提交到磁盘。但是，RAID-Z 确实声称可以提供数据的文件级完整性。

直连 RAID：软件和硬件

有两层可以在直接附加存储上实施 RAID：硬件和软件。在真正的硬件 RAID 解决方案中，有一个专用的硬件控制器和一个专用于 RAID 计算和处理的处理器。它还通常具有电池供电的缓存模块，以便即使在断电后也可以将数据写入磁盘。这有助于消除系统未完全关闭时的不一致。一般来说，好的硬件控制器比软件控制器的性能更好，但它们也有相当大的成本并增加了复杂性。

软件 RAID 通常不需要控制器，因为它不使用专用 RAID 处理器或单独的缓存。通常，这些操作由 CPU 直接处理。在现代系统中，这些计算消耗最少的资源，但会产生一些边际延迟。RAID 由操作系统直接处理，或者在FakeRAID的情况下由人造控制器处理。

一般来说，如果有人要选择软件 RAID，他们应该避免 FakeRAID 并为他们的系统使用 OS-native 包，例如 Windows 中的动态磁盘、Linux 中的 mdadm/LVM 或 Solaris 中的 ZFS、FreeBSD 和其他相关发行版. FakeRAID采用硬件和软件相结合的方式，导致硬件RAID的初步外观，但软件RAID的实际性能。此外，将阵列移动到另一个适配器通常非常困难（如果原始适配器出现故障）。

集中存储

RAID 常见的另一个地方是集中式存储设备，通常称为 SAN（存储区域网络）或 NAS（网络附加存储）。这些设备管理自己的存储并允许连接的服务器以各种方式访问​​存储。由于多个工作负载包含在相同的几个磁盘上，因此通常需要高度冗余。

NAS 和 SAN 之间的主要区别在于块级与文件系统级导出。SAN 导出整个“块设备”，例如分区或逻辑卷（包括构建在 RAID 阵列之上的那些）。SAN 的示例包括光纤通道和 iSCSI。NAS 导出“文件系统”，例如文件或文件夹。NAS 的示例包括 CIFS/SMB（Windows 文件共享）和 NFS。

RAID 0

好时机：不惜一切代价加快速度！

不好的时候：你关心你的数据

RAID0（又名条带化）有时被称为“驱动器出现故障时剩余的数据量”。它确实违背了“RAID”的原则，其中“R”代表“冗余”。

RAID0 获取您的数据块，将其拆分为与磁盘一样多的部分（2 个磁盘？2 个，3 个磁盘？3 个），然后将每个数据块写入单独的磁盘。

这意味着单个磁盘故障会破坏整个阵列（因为您有 Part 1 和 Part 2，但没有 Part 3），但它提供了非常快的磁盘访问。

它不常用于生产环境，但可以在您拥有严格的临时数据的情况下使用，这些数据可以丢失而不会产生影响。它通常用于缓存设备（例如 L2Arc 设备）。

总可用磁盘空间是阵列中所有磁盘的总和（例如，3x 1TB 磁盘 = 3TB 空间）。

RAID 1

适用于：您的磁盘数量有限但需要冗余

不适用于：您需要大量存储空间

RAID 1（又名镜像）获取​​您的数据并将其复制到两个或多个磁盘（尽管通常只有 2 个磁盘）上。如果使用两个以上的磁盘，则每个磁盘上都会存储相同的信息（它们都是相同的）。当您的磁盘少于三个时，这是确保数据冗余的唯一方法。

RAID 1 有时会提高读取性能。RAID 1 的某些实现将从两个磁盘读取以加倍读取速度。有些只会从其中一个磁盘读取，这不会提供任何额外的速度优势。其他人将从两个磁盘读取相同的数据，确保每次读取时阵列的完整性，但这将导致与单个磁盘相同的读取速度。

它通常用于磁盘扩展很少的小型服务器，例如可能只有两个磁盘空间的 1RU 服务器或需要冗余的工作站。由于其“丢失”空间的高开销，对于小容量、高速（且成本高）的驱动器而言，其成本可能过高，因为您需要花费两倍的资金才能获得相同级别的可用存储。

总可用磁盘空间是阵列中最小磁盘的大小（例如，2x 1TB 磁盘 = 1TB 空间）。

RAID 1E

所述1E RAID级别是在数据总是写入（至少）两个磁盘类似于RAID 1。但与 RAID1 不同的是，它通过简单地在多个磁盘之间交错数据块来允许奇数个磁盘。

性能特点类似于RAID1，容错性类似于RAID 10。这种方案可以扩展到三个以上的奇数磁盘（可能称为RAID 10E，虽然很少）。

RAID 10

适合时间：您需要速度和冗余

不好的时候：你不能失去一半的磁盘空间

RAID 10 是RAID 1 和RAID 0 的组合。1 和0 的顺序非常重要。假设您有 8 个磁盘，它将创建 4 个 RAID 1 阵列，然后在 4 个 RAID 1 阵列之上应用 RAID 0 阵列。它至少需要 4 个磁盘，并且必须成对添加额外的磁盘。

这意味着每对中的一个磁盘可能会出现故障。因此，如果您有 A、B、C 和 D 组以及磁盘 A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2，您可以从每组（A、B、C 或 D）中丢失一个磁盘，但仍然有一个有效的数组。

但是，如果您丢失了同一组中的两个磁盘，则该阵列将完全丢失。你可以失去最多（但不能保证）磁盘的50％。

您可以在 RAID 10 中获得高速和高可用性保证。

RAID 10 是一种非常常见的 RAID 级别，尤其是对于大容量驱动器，在重建 RAID 阵列之前，单个磁盘故障使得第二个磁盘故障的可能性更大。在恢复期间，性能下降远低于其 RAID 5 对应物，因为它只需从一个驱动器读取即可重建数据。

可用磁盘空间为总空间总和的 50%。（例如 8 个 1TB 驱动器 = 4TB 可用空间）。如果您使用不同的大小，则每个磁盘中只会使用最小的大小。

值得注意的是，Linux 内核的软件 raid 驱动程序md 允许使用奇数个驱动器进行 RAID 10 配置，即 3 或 5 个磁盘的 RAID 10。

RAID 01

好时机：从不

不好的时候：总是

它与 RAID 10 相反。它创建两个 RAID 0 阵列，然后在顶部放置一个 RAID 1。这意味着您可以从每组（A1、A2、A3、A4 或 B1、B2、B3、B4）中丢失一个磁盘。这在商业应用中很少见，但可以通过软件 RAID 实现。

要绝对清楚：

• 如果您的 RAID10 阵列有 8 个磁盘和一个芯片（我们将其称为 A1），那么您将有 6 个冗余磁盘和 1 个没有冗余。如果另一个磁盘死机，则您的阵列有85% 的机会仍在工作。
• 如果您的 RAID01 阵列有 8 个磁盘和一个芯片（我们将其称为 A1），那么您将拥有 3 个冗余磁盘和 4 个没有冗余的磁盘。如果另一个磁盘死机，则您的阵列仍有43% 的机会在工作。

与 RAID 10 相比，它没有提供额外的速度，但冗余度要低得多，应该不惜一切代价避免。

RAID 5

适合的情况：您需要冗余和磁盘空间的平衡或具有大部分随机读取的工作负载

不良情况：您有高随机写入工作负载或大型驱动器

几十年来，RAID 5 一直是最常用的 RAID 级别。它提供阵列中所有驱动器的系统性能（小随机写入除外，这会产生轻微的开销）。它使用简单的异或运算来计算奇偶校验。在单个驱动器发生故障时，可以使用对已知数据的 XOR 操作从其余驱动器重建信息。

不幸的是，如果发生驱动器故障，重建过程非常耗费 IO。RAID 中的驱动器越大，重建所需的时间就越长，第二个驱动器发生故障的可能性就越大。由于大型慢速驱动器要重建的数据要多得多，但要重建的性能要低得多，因此通常不建议使用 7200 RPM 或更低的 RAID 5。

RAID 5 阵列在消费类应用中最关键的问题可能是，当总容量超过 12TB 时，它们几乎肯定会出现故障。这是因为SATA 消费类驱动器的不可恢复读取错误(URE) 率为每 10 个¹⁴位一个，或 ~12.5TB。

如果我们以具有七个 2 TB 驱动器的 RAID 5 阵列为例：当一个驱动器出现故障时，还剩下六个驱动器。为了重建阵列，控制器需要读取六个驱动器，每个驱动器 2 TB。查看上图，几乎可以肯定在重建完成之前会发生另一个 URE。一旦发生这种情况，阵列及其上的所有数据都将丢失。

• http://www.zdnet.com/article/why-raid-5-stops-working-in-2009

然而，由于大多数硬盘制造商已将其较新驱动器的 URE 等级提高到十分之一¹⁵位，因此消费驱动器中的 URE/数据丢失/阵列故障与 RAID 5 问题在某种程度上有所缓解。与往常一样，购买前请检查规格表！

• https://www.zdnet.com/article/why-raid-5-still-works-usually/

将 RAID 5 置于可靠（电池供电）写入缓存之后也是必不可少的。这避免了小写入的开销，以及在写入过程中发生故障时可能发生的不稳定行为。

RAID 5 是向阵列添加冗余存储的最具成本效益的解决方案，因为它只需要丢失 1 个磁盘（例如 12x 146GB 磁盘 = 1606GB 可用空间）。它至少需要 3 个磁盘。

RAID 6

适用于：您想使用 RAID 5，但您的磁盘太大或太慢

不好的时候：你有很高的随机写入工作量

RAID 6 类似于 RAID 5，但它使用两个磁盘，而不是一个（第一个是 XOR，第二个是 LSFR），因此您可以从阵列中丢失两个磁盘而不会丢失数据。写入损失高于 RAID 5，并且您的磁盘空间减少了一个。

值得考虑的是，RAID 6 阵列最终会遇到与 RAID 5 类似的问题。更大的驱动器会导致更长的重建时间和更多的潜在错误，最终导致整个阵列出现故障并在重建完成之前丢失所有数据。

• http://www.zdnet.com/article/why-raid-6-stops-working-in-2019
• http://queue.acm.org/detail.cfm?id=1670144

RAID 50

适合的情况：您有很多磁盘需要放在一个阵列中，但由于容量原因，RAID 10 不是一种选择

糟糕的情况：您有太多的磁盘，在重建完成之前可能会同时发生许多故障，或者当您没有很多磁盘时

RAID 50 是一个嵌套级别，很像 RAID 10。它结合了两个或多个 RAID 5 阵列，并在 RAID 0 中将它们之间的数据条带化。这提供了性能和多磁盘冗余，只要多个磁盘从不同的RAID 5中丢失数组。

在 RAID 50 中，磁盘容量为 nx，其中 x 是条带化的 RAID 5 的数量。例如，如果一个简单的 6 磁盘 RAID 50，可能是最小的，如果您在两个 RAID 5 中有 6x1TB 的磁盘，然后将它们条带化为 RAID 50，那么您将拥有 4TB 的可用存储空间。

RAID 60

适用于：您有与 RAID 50 类似的用例，但需要更多冗余

糟糕的情况：阵列中没有大量磁盘

RAID 6 之于 RAID 60，就像 RAID 5 之于 RAID 50。本质上，您有多个 RAID 6，然后将数据条带化到 RAID 0 中。此设置允许组中任何单个 RAID 6 最多有两个成员失败而不会丢失数据。RAID 60 阵列的重建时间可能很长，因此为阵列中的每个 RAID 6 成员配备一个热备用通常是个好主意。

在 RAID 60 中，磁盘容量为 n-2x，其中 x 是条带化的 RAID 6 的数量。例如，如果一个简单的 8 磁盘 RAID 60（尽可能最小），如果您在两个 RAID 6 中有 8x1TB 磁盘，然后将它们条带化为 RAID 60，那么您将拥有 4TB 可用存储空间。如您所见，这提供的可用存储量与 RAID 10 在 8 成员阵列上提供的可用存储量相同。虽然 RAID 60 会稍微冗余一些，但重建时间会显着增加。通常，只有在您拥有大量磁盘时才考虑使用 RAID 60。

RAID-Z

适用于：您在支持 ZFS 的系统上使用 ZFS

不良情况：性能需要硬件 RAID 加速

RAID-Z 解释起来有点复杂，因为 ZFS 从根本上改变了存储和文件系统的交互方式。ZFS 包含卷管理（RAID 是卷管理器的功能）和文件系统的传统角色。因此，ZFS 可以在文件的存储块级别而不是在卷的条带级别执行 RAID。这正是 RAID-Z 所做的，跨多个物理驱动器写入文件的存储块，包括每组条带的奇偶校验块。

一个例子可能会更清楚地说明这一点。假设您在 ZFS RAID-Z 池中有 3 个磁盘，块大小为 4KB。现在您向系统写入一个正好为 16KB 的文件。ZFS 将把它分成四个 4KB 块（就像普通操作系统一样）；然后它将计算两个奇偶校验块。这六个块将放置在驱动器上，类似于 RAID-5 分配数据和奇偶校验的方式。这是对 RAID5 的改进，因为没有读取现有数据条带来计算奇偶校验。

另一个例子建立在前面的基础上。假设文件只有 4KB。ZFS 仍然需要构建一个奇偶校验块，但现在写入负载减少到 2 个块。第三个驱动器将可以免费为任何其他并发请求提供服务。无论何时写入的文件不是池块大小乘以驱动器数减一的倍数（即 [文件大小] <> [块大小] * [驱动器 - 1]），都会看到类似的效果。

ZFS 处理卷管理和文件系统还意味着您不必担心对齐分区或条带块大小。ZFS 使用推荐的配置自动处理所有这些。

ZFS 的性质抵消了一些经典的 RAID-5/6 警告。ZFS 中的所有写入都是以写时复制的方式完成的；写入操作中所有更改的块都写入磁盘上的新位置，而不是覆盖现有块。如果由于任何原因写入失败，或者系统在写入过程中失败，则写入事务要么在系统恢复后完全发生（借助 ZFS 意图日志），要么根本不发生，从而避免潜在的数据损坏。RAID-5/6 的另一个问题是重建期间潜在的数据丢失或静默数据损坏；常规zpool scrub操作有助于在数据损坏或驱动器问题导致数据丢失之前捕获它们，并且所有数据块的校验和将确保捕获重建期间的所有损坏。

RAID-Z 的主要缺点是它仍然是软件raid（并且受到与 CPU 计算写入负载而不是让硬件HBA卸载它产生的相同的轻微延迟的影响）。这可能会在未来由支持 ZFS 硬件加速的 HBA 解决。

其他 RAID 和非标准功能

因为没有中央机构强制执行任何类型的标准功能，所以各种 RAID 级别已经发展并被普遍使用标准化。许多供应商生产的产品与上述描述有所不同。他们发明一些花哨的新营销术语来描述上述概念之一也很常见（这种情况在 SOHO 市场中最常见）。在可能的情况下，尝试让供应商实际描述冗余机制的功能（大多数人会自愿提供这些信息，因为真的没有秘密武器了）。

值得一提的是，有类似于 RAID 5 的实现，它允许您启动一个只有两个磁盘的阵列。它将数据存储在一个条带上，奇偶校验存储在另一个上，类似于上面的 RAID 5。这将像 RAID 1 一样执行，但需要额外的奇偶校验计算开销。优点是您可以通过重新计算奇偶校验将磁盘添加到阵列。

Answer 2

还 RAID 一百万!!!!

128 个磁盘，所以读取速度会很快，写入很糟糕，但我想象的非常可靠，哦，你会得到 1/128 的可用空间，所以从预算的角度来看并不是很好。不要用闪存驱动器这样做，我试图点燃大气......