RAID磁盘阵列完整指南：原理、等级与应用

RAID磁盘阵列完整指南：原理、等级与应用

磁盘阵列（RAID）是现在企业级存储设备中常见的技术，被应用在企业级服务器、网络存储设备（NAS），甚至个人电脑上也可以使用。在数字化时代，了解RAID的功能和建立方法非常重要。本文将深入说明RAID磁盘阵列的原理，让读者更全面了解这项存储技术。

RAID磁盘阵列是什么？

RAID磁盘阵列是由多颗硬盘组成的磁盘区，特色是拥有"容错的机制"并组成大容量的存储空间，这种整合方式提高了存储效能和可靠性，即使在硬盘故障时仍然能保留数据。以下将说明RAID的运作原理、等级和数据备份的应用。

① RAID磁盘阵列的运作原理

随着电脑长时间使用，存储数据的需求不断增加，传统的扩充方式是陆续购买硬盘，但这样会分散数据和查找数据变得复杂且不方便。在这种情况下，RAID磁盘阵列就此诞生。RAID是一种将多个硬盘整合的技术，可以提高效能和可靠性。RAID是整合两个以上的硬盘，以特殊的计算方式将硬盘组合成"存储空间"，这样拥有更大的存储空间，还可以更有效率地管理数据。

（RAID磁盘阵列的原理具备容错机制和大容量受到欢迎）

RAID磁盘阵列的主要功能

RAID的运作原理是将数据分散存储在各个硬盘中，提高数据存储的效能。它拥有大容量存储空间的特性和容错机制，即使其中一个硬盘发生故障，RAID仍然可以运作。除了企业级的服务器，一般使用者可以使用NAS建立RAID，发挥大容量、容错机制和读写快速的功能，有效保护并管理重要的数据。

• 功能1：大容量的存储空间
• 功能2：容错的机制
• 功能3：数据读写快速

② RAID磁盘阵列具备大容量存储空间

RAID磁盘阵列的优点是整合多个硬盘并建立大容量的存储空间。因为RAID有容错的机制，其中的硬盘容量会被用于数据冗余存储，这样确保数据可用性。大容量存储空间的实现取决于选择的RAID等级。例如：RAID0是一种组合方式，将多个"硬盘的存储空间结合"，可以增加存储的总容量。以两个4TB硬盘为例，RAID0会将硬盘的容量相加，成为8TB的大容量存储空间。

RAID容量的计算方式

• RAID0：「1TB」+「1TB」＝「2TB」
• RAID1（镜像）：「1TB」+「1TB」＝「1TB」（因数据复制，容量不增加）
• RAID5：「1TB」+「1TB」+「1TB」＝「2TB」（N-1，其中N为硬盘数量）
• RAID6：「1TB」+「1TB」+「1TB」+「1TB」＝「2TB」（N-2）

（磁盘阵列的存储空间依等级的不同，但容量空间都会比单个硬盘大）

③ RAID磁盘阵列具备容错机制

RAID的特色是拥有容错机制。如果硬盘发生离线（Offline）或故障等情况，RAID依然可以正常运作。这样可以确保部分硬盘发生异常时，RAID的"存储空间仍可以读取数据"。但不同的RAID等级具有不同的容错机制。例如：RAID1是一个典型例子，容许一个硬盘发生故障，因为每个硬盘都有相同的资料，这样即使一个硬盘发生故障，资料还是能够读取和使用。

RAID硬盘容许故障的数量

RAID如果发生硬盘异常的情况，建议第一时间备份重要的数据并执行重建（Rebuild），这样才能保护数据的完整性并最大限度缩短RAID处于脆弱状态的时间。

• RAID1：容许故障一个
• RAID0：不容许故障
• RAID5：容许故障一个
• RAID6：容许故障两个

（RAID具备容错机制，可以保护数据的完整性）

④ RAID磁盘阵列具备较快的读写速度

单个硬盘建立"共用数据区（File Server）"给公司众多使用者存取数据，这会导致读写速度很缓慢。若这个共用数据区的硬盘发生故障，全部的共用数据将无法使用，就会影公司的工作效能。相较之下，使用多个硬盘建立RAID的共用数据区，数据会被分散存储到RAID的各个硬盘中，同时多个硬盘能够同步进行读写，因此相较单个硬盘，RAID的读写速度更快速。但RAID0是以提升读写速度为主要目标的RAID等级，多个硬盘同时进行读写，整休速度获得极大提升，但RAID0缺乏容错的机制，一个硬盘故障会导致所有的数据损失。

（磁盘阵列具备较快的读写速度，此图为示意图）

RAID磁盘阵列的形式

RAID的建构方式有两种类型："硬件控制"和"软件控制"，在组建方式和效能上有明显差异，以下说明RAID的建构形式。

① 硬件控制（Hardware Controller）

硬件控制透过专用硬件：磁盘阵列卡（RAID Card）来控制并管理多个硬盘，并进一步建立RAID。不同於电脑主机板的运算方式，使用RAID卡可以拥有更佳的效能并减轻中央处理器（CPU）的负担。RAID卡使得多个硬盘的运算由卡上的晶片处理，不会受限於电脑的计算能力，从而拖慢数据的读写速度。这种"独立运算"提高系统的稳定性和速度，适合在需要高效能的企业级服务器。虽然硬件控制的价格相对较高，但独立运算的优势在效能上更明显，企业通常是使用RAID Card建立，确保数据的管理和快速读取。

• 特色1：建立的成本较高
• 特色2：独立运算，整体效能快速

（硬件控制RAID卡，应用於企业级服务器，因为具备较高的效能）

② 软件控制（Software Controller）

软件控制是利用操作系统建立的RAID，例如：Windows、Linux、Mac都可以建立。软件控制除了透过硬盘建立外，还能够透过"硬盘磁盘区"的方式，将硬盘分割多个磁盘区建立RAID，但这种方式会失去效能和容错机制。常见是NAS透过Linux建立RAID的一种应用。虽然在效能上和硬件控制相比有差距，但对於一般使用者来说，NAS已经提供足够的性能，这种成本效益较高的方式使得NAS成为一种受欢迎存储装置。因为"软件控制的优勢是价格较为亲民"，但软件控制可能会影向电脑的效能，各位可以评估选择。总之软件控制是一种经济实惠的RAID方式，适合大多数的使用者。

• 特色1：建立的价格较为亲民
• 特色2：个人电脑也可以建立

（NAS是软件控制建立RAID的一种存储装置）

RAID磁盘阵列的等级

RAID的等级有很多种类，其中一些常见的等级包括：RAID0、RAID1、RAID5、RAID6，以及一些较少见的RAID1+0、RAID5E等。每一種RAID等级都拥有特点，适用於不同的需求。以下表格说明RAID的等级介绍，以便各位了解其运作原理和适用环境。

RAID磁盘阵列的资料读不到？

RAID具备强大的容错机制，但"硬盘故障的数量达到上限"，RAID的资料将无法读取。因为使用者可能会忽略硬盘异常的警讯，以为RAID可以容忍硬盘故障而未及时处理。因此发现硬盘发生异常或离线，即使当下可以读取资料，建议优先备份重要的资料，再进行硬盘更换和重建（Rebuild）。不建议直接执行Rebuild，因为Rebuild的过程中，其他硬盘可能会因此陆续发生故障。谨慎处理是保护资料完整性的重要步骤。

① RAID磁盘阵列有硬盘故障的问题

如果不幸发生硬盘故障的情况，面对这类问题时，要采取正确的步骤。如果RAID的硬盘出现故障，但在容错的范围内（例如：RAID5容许一个硬盘Offline、RAID6容许两个硬盘Offline），建议第一时间备份重要的资料，然后在更换硬盘并执行Rebuild。

（RAID如果发生硬盘故障的问题需要谨慎处理）

RAID的硬盘故障数量已经超出容错的范围，强烈建议"不要尝试任何网路上方法"，例如：更换硬盘Rebuild、RAID降级等。因为人为的错误操作容易导致更严重更复杂。睿卡科技先前客户RAID案例中，因为硬盘故障数量超过容错范围，自行尝试网路上的方法降级和Rebuild，最后导致RAID资料救援的困难度提高。所以在发生RAID的硬盘坏掉时，谨慎处理对于保护资料的完整性很重要。

② RAID磁盘阵列的作业系统异常

RAID作业系统和储存资料的磁碟区通常会用不同的硬碟，常見的作業系統磁區會建立RAID1增加保護性，在這種情況下，若作業系統發生異常導致整組的RAID無法讀取，各位在更換硬碟和重新安裝作業系統時，務必謹慎處理，避免修改到"RAID的設定資訊（RAID Config）"，因為RAID的運作與作業系統相互配合，變更設定資訊可能導致RAID的資料無法讀取，因此在處理作業系統異常時，請務必小心操作RAID的設定。

③ RAID磁盘阵列的主机硬件故障

RAID的主机有很多种硬件，例如：磁盘阵列卡（RAID Card）、电源供应器（Power）、内存（RAM）等。若主机的硬件出现异常，可能会导致RAID无法开机和读取资料。为了维持RAID的运作，建议"不要自行更换硬件"，请在第一時間聯繫主機原廠尋求技術協助。

（RAID主機的硬件发生异常，建议寻求主机原厂协助）

各位可以做好预防RAID主机发生异常的问题，建议定期检查主机硬件的状态，包括检查电源供应器、RAID卡和其他硬件的运作状态，确保RAID正常运作并及时发现问题。若已经排除掉主机硬件的问题，但资料同样无法读取，需要RAID资料救援的服务，睿卡科技拥有丰富的经验和技术，可以协助救回RAID的重要资料。

RAID磁盘阵列适合资料备份吗？

使用RAID通常表示资料有相当的重要性与庞大的资料量，但有一项重要的观念需要澄清，就是"RAID并不是资料备份"。尽管RAID具有容错机制，但在硬盘故障超出容错范围时，仍然会导致资料无法读取和损失。因此在考虑RAID当作资料备份的方式时，要了解异地备援的重要性。除了拥有一组RAID的资料外，建议在其他装置上建立备份，例如：Backup RAID Server、NAS、外接硬盘等。这样的异地备援观念才可以更完善的保护资料。

（RAID不能当作是资料备份的方式，一定要有异地备份）

RAID的存储空间和资料量较庞大的情况下，建议建立Backup Server。这样的配置，除了具备RAID的容错机制外，还额外增加备份的功能，可以更有效的保护资料。同时建议将RAID的存储空间"细分為不同的磁盘区和资料夹"，并由各部門分別進行自主備份，預防資料遺失的風險。