RAID

註：文章刪修於此RAID
Redundant Array of Independent Disks 獨立磁碟備援陣列，也稱Redundant Array of Inexpensive Drives 低價硬碟備援陣列，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，後來還有其他研究團隊衍生出RAID 6、RAID 7等等的各式新規格。一部磁碟機的組成通常只需單一硬碟，一顆硬碟還能分割成許多磁碟區。但是在組RAID磁碟機時，要用上2顆以上的硬碟。
因此RAID在實體上是多顆硬碟，在系統中被當作一顆硬碟使用，而在作業系統底下，也還是可以將它分割為單一或多個分割區。因此建立好的RAID，使用起來跟單一硬碟是完全相同的，只是依組成方式的不同，RAID提供更大的容量、更高的讀寫效能與更好的資料重建、回復能力。
而且RAID的「容量、速度、安全性」加成之後的CP值，能夠遠遠高於相同效能表現的超高階硬碟，這才是許多玩家樂於採用的主因。下列將介紹RAID的組成方式和各種類別。

JBOD (Just Bunch of Disks)
這種組成方式其實不算RAID，只是將多顆磁碟湊在一起， 當作一顆硬碟使用，但是除了容量提升之外，它的速度還是跟單一硬碟相同。

RAID 0 (Striped)
這是最簡單也最猛的一種磁碟陣列，它的功能是在資料寫入時，將資料分割成幾個小區塊，分別存到各顆硬碟裡，因此可以提升寫入速度。當需要讀取時，再分別由所有硬碟裡將小區塊抓出來，所以也有較高的讀取速度。
但它的缺點是只要其中一顆硬碟壞掉，或只是小小的出點問題，都可能因為一小部分資料的不完整，就造成整個磁碟陣列無法正常讀取，全部的資料就這樣毀於一旦。儘管如此，RAID 0存取效能隨著組成硬碟數目增加而提升的特性，對於「效能至上」的玩家們還是有不小的吸引力。

RAID 1 (Mirrored)
這種磁碟陣列是將單一磁碟作「鏡射」(Mirror)的動作，也就是資料寫入時將相同的資料同時丟進兩顆硬碟，確保所有的資料都隨時存在另一個備份。因為對單一硬碟寫入的資料量不變，所以寫入速度跟非RAID磁碟機沒有差別，不過在讀取時能同時由兩顆硬碟抓取資料，所以速度還是有所提升。

RAID 10 / 01 (Striped & Mirrored)
這是將RAID 0與RAID 1的架構作結合用的磁碟陣列，10與01的差別僅是先鏡射再分割資料，或是先分割再將資料鏡射到兩組硬碟，但功能是相同的，而且都需由4顆硬碟組成。這種組法同時具備效能提升與資料備份的優點，只要不是「同組鏡射」的兩顆硬碟同時毀損，資料都可以救得回來。

RAID 2.3.4
這幾種RAID一直都沒有成為主流，也很少有硬體支援這幾種組法。它們都是由RAID 0改良而來，RAID 2是以位元為單位將資料分割寫入，並加入位元檢查用的錯誤修正碼(ECC)，並以「漢明碼」來作資料編碼，單一磁碟毀損時可以藉此將故障硬碟的所有資料還原回來。

RAID 3
這則是改用的方式作資料編碼，並獨立使用一顆硬碟來存放同位檢查用的資料。而RAID 4同樣是以「同位元檢查」編碼、獨立硬碟存放檢查碼，但是資料的分割改回用資料區塊為單位。這兩種方式都至少需要3顆硬碟。

RAID 5 (Parity RAID)
由RAID 2.3.4改良而來，終於成為比較普及的一種架構。 它先將原始資料與同位檢查位元作組合，再以位元為單位分散存放在所有硬碟中，因此不需多用一部硬碟來存放檢查碼。
但這個實際上仍需一顆硬碟的容量來存放同位檢查碼，所以RAID整體的可用容量會等於總容量減去單顆硬碟容量，只是這個浪費的空間是分散在各顆硬碟中。
這個因為是分散的存取架構，因此效能提升明顯，而且任何一顆硬碟毀損，都還可以救得回來。 雖有浪費一顆硬碟容量的缺點，但是跟RAID 10 / 01一半的容量浪費相比，RAID 5單顆容量換得的安全性可說是相當划算。

RAID 0 (Striped)
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。

RAID 1 (Mirrored)
RAID 1的特性恰好與RAID 0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 (Striped+Mirrored)
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 2、RAID 3、RAID 4
這些工作原理相當類似，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 (Parity RAID)
運作原理與RAID 2、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。

RAID 6 (Independent Data disks with two independent distributed parity schemes)
柏克萊只訂到RAID 5，RAID 6是RAID ADVISORY BOARD定的與RAID 5相比，增加了第二個獨立的奇偶校驗信息塊。兩個獨立的奇偶系統使用不同的算法，數據的可靠性非常高。即使兩塊磁盤同時失效，也不會影響數據的使用。但需 要分配給奇偶校驗信息更大的磁盤空間，相對RAID 5有更大的quot;寫損失"，RAID 6的寫性能非常差，除了需要使用比RAID 5還要更高的安全性保障以外，較差的寫入性能和復雜的實施使得RAID 6很少被一般人使用。

RAID 7 (Optimized Asynchrony for High I/O Rates as well as High Data Transfer Rates)
全名為最優化的異步高I/O速率和高數據傳輸率，它與以前我們見到 RAID級別具有明顯的區別。RAID 7完全可以理解為一個獨立存儲電腦，它自身帶有作業系統和管理工具，完全可以獨立運行。

RAID 10 (Mirrored+Striped)
這是將RAID 0與RAID 1的架構作結合用的磁碟陣列，10與0+1的差別僅是先鏡射再分割資料，或是先分割再將資料鏡射到兩組硬碟，但功能是相同的，而且都需由4顆硬碟組成。這 種組法同時具備效能提升與資料備份的優點，只要不是「同組鏡射」的兩顆硬碟同時毀損，資料都可以救得回來。

RAID種類	需要硬碟數	可用容量	效能	安全性	主要應用
JBOD	2以上	總容量100%使用	維持不變	最低	追求容量為主合併硬碟而已
RAID 0	2以上的偶數	總容量100%使用	最高	極低	追求硬碟合併的容量與效能
RAID 1	2顆為一組	總容量的50%	中	最高	完全不能出錯的1:1鏡像資料備份
RAID 0+1	4以上的偶數	總容量的50%	高	極高	同時需要合併的空間與鏡像備份
RAID 2.3.4	3以上	N顆減去1顆的容量	低	中	容許一顆硬碟壞掉的資料備份
RAID 5	3以上	N顆減去1顆的容量	讀快寫慢	中	容許一顆硬碟壞掉的資料備份
RAID 6	4以上	N顆減去2顆的容量	讀快寫很慢	高	容許二顆硬碟壞掉的資料備份
RAID 10	4以上的偶數	總容量的50%	高	極高	類似RAID 0+1只是處裡順序不同