引子

送人玫瑰，手有余香。這個(gè)時(shí)代需要分享，有交流，有碰撞，才有進(jìn)步。今天我要分享的主題的是“存儲(chǔ)設(shè)備那點(diǎn)事”，這句話中需要高亮的關(guān)鍵詞是什么？是“存儲(chǔ)”？是“設(shè)備”？都不是，是“那點(diǎn)”。作為一個(gè)剛進(jìn)入存儲(chǔ)行業(yè)不到兩年的小學(xué)生，能力有限水平一般，全靠房貸的壓力走到今天。存儲(chǔ)涉及方方面面，受到能力和篇幅的限制，實(shí)在難以言盡。本文主要目的是讓大家對(duì)存儲(chǔ)方面有些感性的認(rèn)識(shí)，沒(méi)有很深入的技術(shù)細(xì)節(jié)。讀者中肯定會(huì)有行業(yè)前輩、技術(shù)大牛、開(kāi)源社區(qū)達(dá)人、非洲部落的酋長(zhǎng)，都保不齊的事，有不足之處還請(qǐng)多多批評(píng)指教。

說(shuō)到存儲(chǔ)設(shè)備，各位有些人可能會(huì)想起這些：磁帶，軟盤(pán)，硬盤(pán)，U盤(pán)，以及早期街邊中年婦女兜售的光盤(pán)（都買過(guò)吧？隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，這個(gè)行業(yè)沒(méi)落了，唉！）。今天我們要說(shuō)的存儲(chǔ)設(shè)備比這些略顯高級(jí)，但終究也沒(méi)有脫離它們。

我有一個(gè)1TB的移動(dòng)硬盤(pán)，已經(jīng)差不多裝滿了，最近有些擔(dān)憂，萬(wàn)一哪次不小心摔在地上，可就報(bào)廢了，多年積攢的資料和回憶將付之東流，得想個(gè)辦法。那位說(shuō)了，為啥不存在云盤(pán)？坦誠(chéng)的講，我不太信任云盤(pán)服務(wù)商，不僅僅是局限于技術(shù)層面的不信任，誰(shuí)在乎他們是不是背鍋的。又有人給建議，整個(gè)RAID吧。對(duì)，我們就從RAID說(shuō)起。

什么是RAID？

RAID的洋文描述是Redundant Array of Independent Disks，國(guó)語(yǔ)通常翻譯成：獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列。打仗親兄弟，上陣父子兵，一個(gè)硬盤(pán)可能出現(xiàn)種種問(wèn)題，RAID就是將一組硬盤(pán)通過(guò)各種組合，呈現(xiàn)出一個(gè)邏輯上的硬盤(pán)，彌補(bǔ)一些單個(gè)硬盤(pán)的缺陷（如IO性能，數(shù)據(jù)保護(hù)），這個(gè)邏輯上的硬盤(pán)從用戶角度看來(lái)和單個(gè)硬盤(pán)使用方式幾乎一樣，對(duì)用戶透明。

總結(jié)起來(lái)一句話：基友一生一起走，單身的痛苦不再有。

RAID的等級(jí)

RAID的等級(jí)就是硬盤(pán)以何種形式組合在一起，比如：RAID 0、RAID 1、RAID10、RAID 01、RAID 3、RAID 5、RAID 6等等，很多，相聲演員可以寫(xiě)個(gè)貫口上臺(tái)表演了，這次就挑常見(jiàn)的說(shuō)幾個(gè)。

RAID0

最簡(jiǎn)單的RAID0由兩塊硬盤(pán)組成，如圖1所示，當(dāng)用戶寫(xiě)入數(shù)據(jù)的時(shí)候，例如數(shù)據(jù)塊A，實(shí)際上是將數(shù)塊A分為兩個(gè)部分，分別寫(xiě)入Disk1和Disk2，B、C、D是同樣的操作。可以看到，RAID0并沒(méi)有解決前面我遇到的問(wèn)題，Disk1或Disk2任何一塊盤(pán)壞了，保存的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失，數(shù)據(jù)得不到保護(hù)。當(dāng)然，優(yōu)點(diǎn)也是顯然的，數(shù)據(jù)并行的寫(xiě)入兩塊盤(pán)，花費(fèi)時(shí)間縮短了，理論上節(jié)省50%的時(shí)間，IO性能好。我們也可以使用更多的盤(pán)組成RAID0，那樣的話數(shù)據(jù)塊就會(huì)被分為更多分，并行寫(xiě)入多塊盤(pán)，用時(shí)會(huì)更少。組成RAID0的各個(gè)硬盤(pán)地位是平等的，有任務(wù)兄弟們一起分擔(dān)，沒(méi)有誰(shuí)的角色是特別的。

RAID1

你有我有全都有哇，哎嗨依兒呀，這就是那RAID1，不相信就往下看那。

只要2塊硬盤(pán)就可以組成一個(gè)RAID1，如圖2所示。RAID1的特點(diǎn)是用戶寫(xiě)入的數(shù)據(jù)塊會(huì)被同時(shí)寫(xiě)到組成RAID1的每一個(gè)硬盤(pán)，這些硬盤(pán)保存的數(shù)據(jù)一模一樣。所以，其中一塊硬盤(pán)損壞了，不要害怕，另外一塊硬盤(pán)仍舊保存完整的數(shù)據(jù)。有人要問(wèn)了：”那要是兩塊硬盤(pán)都?jí)牧四兀俊保笥眩蹅兒煤昧奶煨袉幔勘举|(zhì)上RAID1是在做備份，我們不也經(jīng)常將電腦的文件拷貝到U盤(pán)或移動(dòng)硬盤(pán)備份嘛。只不過(guò)這個(gè)備份是實(shí)時(shí)的，用戶每寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)就立即備份。增加更多硬盤(pán)組成RAID1，也就增加備份數(shù)量，更保險(xiǎn)，但需要花更多的錢買硬盤(pán)，當(dāng)然，阿聰這樣的土豪另說(shuō)。

RAID3

在說(shuō)RAID3之前，先往回倒個(gè)三言兩語(yǔ)。前面的RAID0和RAID1的插圖中，每個(gè)硬盤(pán)都畫(huà)了一些小格子，保存A、B或A1、A2等。劃分這些小格子的行為稱為磁盤(pán)的條帶化(striping)，又是一個(gè)新名詞，沒(méi)辦法，新的事物誕生總歸要取一個(gè)名字吧。早年間，管理論壇的人叫版主，維護(hù)博客的人叫博主。現(xiàn)在呢，建立微信群的人叫群主，建立并維護(hù)公眾號(hào)的人呢？公主？宋老師答應(yīng)嗎？

感受一下磁盤(pán)條帶化的效果，圖3所示，兩個(gè)盤(pán)沒(méi)有條帶化，用戶數(shù)據(jù)過(guò)來(lái)先寫(xiě)Disk1，寫(xiě)滿Disk1之后再寫(xiě)Disk2，看到這樣的RAID你有什么感受？既沒(méi)有使得IO性能得到提升，也沒(méi)有數(shù)據(jù)保護(hù)功能，然后冠冕堂皇包裝成RAID。誰(shuí)要是推銷這個(gè)RAID，作為有素質(zhì)的人，咱不能爆粗口，叫個(gè)代罵服務(wù)先罵他100塊錢的。

有人問(wèn)了（對(duì)，就是前面問(wèn)問(wèn)題的那個(gè)人）：“這個(gè)例子太極端，如果我有一個(gè)很大的文件，我可以計(jì)算出6~10部分最終會(huì)保存到Disk2內(nèi)，那么我就可以并行的寫(xiě)入1~5到Disk1,6~10到Disk2”。如果Disk1是1TB的硬盤(pán)，你的文件有多大？大于1TB，現(xiàn)實(shí)世界又有多少場(chǎng)景存在這么大的文件呢？

我們繼續(xù)。圖4展示了條帶化之后的磁盤(pán)格式，如果說(shuō)未經(jīng)過(guò)條帶化是以盤(pán)為單位存儲(chǔ)的，即一個(gè)盤(pán)寫(xiě)滿再寫(xiě)下一個(gè)盤(pán)。那么條帶化之后，則是按照條帶為單位存儲(chǔ)的，寫(xiě)滿一個(gè)條帶之后再寫(xiě)下一個(gè)條帶。RAID的各個(gè)盤(pán)的同樣區(qū)域（偏移位置和大小確定的區(qū)域）組成了一個(gè)條帶。

接著看RAID3，圖5所示。Disk4是與眾不同的，作為校驗(yàn)盤(pán)，它不保存用戶數(shù)據(jù)，而是保存用戶數(shù)據(jù)的校驗(yàn)值。Ap是A1、A2和A3的異或邏輯運(yùn)算校驗(yàn)值。同理Bp~Dp類似。這樣做的好處是：如果4塊盤(pán)有一塊盤(pán)壞了，我們可以從其它3塊盤(pán)讀出數(shù)據(jù)，再次進(jìn)行異或邏輯運(yùn)算，計(jì)算出損壞盤(pán)的數(shù)據(jù)，這一過(guò)程稱為數(shù)據(jù)重建。

舉個(gè)栗子：

假設(shè)初始A1=1,A2=0,A3=1，在存盤(pán)時(shí)候計(jì)算Ap=A1^A2^A2=1^0^1=0。

現(xiàn)在Disk3損壞，我們要計(jì)算A3，A3=A1^A2^Ap=1^0^0=1。得到了正確的A3！

考察一下RAID3特點(diǎn)，其一，可以并行的寫(xiě)。其二，有校驗(yàn)盤(pán)，允許一塊盤(pán)故障。其三，特別的，如果損壞的是校驗(yàn)盤(pán)，不會(huì)影響此時(shí)用戶的讀操作。缺點(diǎn)也是有的，那就是用戶寫(xiě)數(shù)據(jù)的時(shí)候，不管是向哪一個(gè)數(shù)據(jù)盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，都需要同時(shí)重寫(xiě)校驗(yàn)盤(pán)，對(duì)于寫(xiě)操作頻繁的應(yīng)用，校驗(yàn)盤(pán)的負(fù)載很大，成為瓶頸。

那么，對(duì)于校驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存這個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作能否均衡一下呢？不能老可一個(gè)人霍霍啊。

RAID5

RAID5沒(méi)有獨(dú)立的校驗(yàn)盤(pán)。從下圖中找找Ap、Bp、Cp和Dp的位置，發(fā)現(xiàn)什么了嗎？對(duì)，每個(gè)盤(pán)同時(shí)扮演數(shù)據(jù)盤(pán)和校驗(yàn)盤(pán)，校驗(yàn)值寫(xiě)入這個(gè)負(fù)載就分?jǐn)偟矫總€(gè)盤(pán)上，前面RAID3遇到的校驗(yàn)盤(pán)瓶頸就不存在了。

當(dāng)一塊盤(pán)出現(xiàn)故障后，RAID將無(wú)法繼續(xù)提供服務(wù)，一般情況，運(yùn)維人員會(huì)更換故障盤(pán)，新盤(pán)到位后，RAID進(jìn)行數(shù)據(jù)重建，借助校驗(yàn)算法，將丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)到新的盤(pán)中，然后RAID可以繼續(xù)提供服務(wù)。一些系統(tǒng)中支持熱備盤(pán)，當(dāng)RAID中一塊硬盤(pán)（Disk2）故障后，系統(tǒng)從熱備盤(pán)中選擇一塊（Disk5），頂替故障盤(pán)角色，然后RAID立即進(jìn)行數(shù)據(jù)重建，這樣就最大限度的減少了RAID停止服務(wù)的時(shí)間。沒(méi)錯(cuò)，熱備盤(pán)就是備胎。

RAID5可以并行IO提升性能，數(shù)據(jù)校驗(yàn)起到數(shù)據(jù)保護(hù)作用，也不存在校驗(yàn)盤(pán)瓶頸，看起來(lái)不錯(cuò)。

有人問(wèn)了（對(duì)，還是前面問(wèn)問(wèn)題的那個(gè)人）：“如果同時(shí)有2塊盤(pán)故障怎么把辦？”

“那就用RAID6，可以容忍有2塊盤(pán)故障。”

“如果同時(shí)有3塊盤(pán)故障怎么把辦？”

喂，代罵公司嗎？我再加100塊錢，馬上過(guò)來(lái)罵個(gè)人。

對(duì)的，要蛋定。RAID雖然比單個(gè)硬盤(pán)有很多優(yōu)勢(shì)，但也不是牛逼透頂?shù)模灿薪鉀Q不了的問(wèn)題，也有Hold不住的極端情況。

RAID6以及其它RAID形式就不再展開(kāi)了。您可以訪問(wèn)這里繼續(xù)深造：

https://en.wikipedia.org/wiki/Standard_RAID_levels

順便提一下，RAID發(fā)展后期出現(xiàn)了RAID2.0，一個(gè)不以單個(gè)盤(pán)為RAID組成基本單位的技術(shù)。

花開(kāi)兩朵，各表一枝。說(shuō)了這么多關(guān)于RAID的內(nèi)容，對(duì)于終端用戶呢？如何使用RAID呢？這是個(gè)問(wèn)題。用戶當(dāng)然可以買幾塊硬盤(pán)組成一個(gè)RAID，當(dāng)成“大硬盤(pán)”來(lái)使用，對(duì)于臺(tái)式機(jī)還可以忍受，機(jī)箱大隨便裝。那么，筆記本電腦用戶呢？沒(méi)地方裝啊。USB外接式？你很優(yōu)雅的走進(jìn)了星巴克，要了一杯咖啡，拿出高大上的蘋(píng)果電腦，傍邊的桌子上一堆硬盤(pán)，你告訴別人別碰，說(shuō)是你的RAID？這是休閑呢還是擺攤呢。

這個(gè)世界上，只要有需求，哪怕變態(tài)的需求，都會(huì)有商家滿足你。想強(qiáng)身健體，有的商家就把中藥和酒混在一起，來(lái)吧，藥酒，可補(bǔ)可補(bǔ)了。