软 RAID 和硬 RAID的比较概览

一、概述

我们再IT的运维及实践中，最常遇到的数据保护机制就是RAID了吧，RAID是（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID独立磁盘冗余阵列）的简称，主要分为标准 RAID（RAID 0 ~ RAID 6）、混合 RAID（JBOD、RAID 7、RAID 10/0、RAID 50 等），常用的RAID技术有RAID0、RAID1、RAID10、RAID5、RAID6，另外还有RAID2、RAID3、RAID4、RAID7、RAID53、RAID 5E、RAID 5EE等。基于技术的实现能力，又分为软件磁盘阵列（软RAID）和硬件磁盘阵列（硬 RAID） 以及 硬件辅助磁盘阵列（半软、半硬）三种类型。

软件RAID：

使用基于主机的软件提供RAID 功能，是在操作系统级上实现的，与硬件RAID相比，软件RAID具有成本低廉和简单直观的优点。但是，软件RAID有以下不足。比如常见的一种方式：在Linux操作系统下，借助域软件用3块硬盘实现RAID5，而不使用RAID控制器与I/O芯片，仅直接通过软件层实现的RAID，所有功能都是操作系统（OS）与CPU来完成，这种额外需要cpu来完成RAID数据逻辑运算必然会拉低CPU性能。与硬RAID不同的是，软RAID的各个成员盘对于操作系统来说是可见的，但操作系统并不把各个成员盘呈现给用户，而只是把通过软件层配置好的虚拟RAID卷呈现给用户，使用户可以像使用一个普通磁盘一样使用RAID卷。软RAID实现具有如下主要特点：

（1）性能：软件RAID 会影响系统整体性能。这是因为软件RAID 需要CPU 来执行RAID 计算。
（2）功能：软件RAID 支持有限的RAID 级别。
（3）兼容性：软件RAID 与主机操作系统绑定，因此，需要对软件RAID或操作系统升级进行兼容性验证，只有当RAID 软件和操作系统兼容时，才能对其进行升级，这会降低数据处理环境的灵活性。

硬件RAID:

包括基于主机的硬件RAID和**基于阵列(RAID卡上的主控芯片)**的硬件RAID。基于主机的硬件RAID通常是将专用RAID控制器安装在主机上，并且所有磁盘驱动器都与主机相连，有的制造商还将RAID控制器 集成到主板上。如主板上的南桥芯片（又称之为输出/输入控制器中心（Input/Output Controller Hub，ICH），它负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等，这些技术相对来说比较稳定，所以不同芯片组中南桥芯片可能是一样的，不一样的只是北桥芯片。）上也可实现RAID功能，由于南桥中的芯片不能靠CPU来完成他们的功能，所以这些芯片完全靠电路逻辑来自己运算，尽管速度很快，但是功能相对插卡式的RAID卡要弱。这种基于主机的硬件RAID 控制器在包含大量主机的数据中心环境下却不是高效的解决方案。而基于阵列的硬件RAID是使用 外部硬件RAID控制器，它充当主机与磁盘之间的接口，将存储卷呈现给主机，主机将这些卷作为物理驱动器进行管理。简单来说就是全部通过用硬件来实现RAID功能的就是硬RAID，需要依赖各种RAID卡，或主板集成的RAID功能，这都是硬RAID。RAID控制器负责将所有的RAID成员磁盘配置成一个虚拟的RAID磁盘卷。对于操作系统而言，他只能识别到由RAID控制器配置后的虚拟磁盘，而无法识别到组成RAID的各个成员盘；硬RAID全面具备了自己的RAID控制/处理与I/O处理芯片，甚至还有阵列缓冲（Array Buffer），对CPU的占用率以及整体性能中最有优势。硬件RAID控制器具有如下主要特点：

（1）管理与控制磁盘聚合；
（2）转换逻辑磁盘和物理磁盘之间的I/O 请求；首PCI总线带宽限制；
（3）在磁盘出故障时重新生成数据。

硬件辅助磁盘阵列（Hardware-Assisted RAID）：

与硬 RAID 和 全软 RAID 相比，半软 RAID需要借助一张RAID卡，以及厂商所提供的驱动程序来实现。相比硬RAID，半软RAID 缺乏自己的I/O 处理芯片，所以这方面的工作仍要由CPU 与驱动程序来完成。而且，半软RAID 所采用的RAID 控制/处理芯片的能力一般都比较弱，不能支持高的RAID 等级。但这种RAID较易迁移到其他电脑。

二、RAID分类及原理

参看：RAID技术及应用总结。

3）Raid6是容许两块磁盘同时损毁的。另外Spare（备用）磁盘起到预备磁盘的作用，当有磁盘坏了的话，他会被主动拉进磁盘阵列中并将坏掉的磁盘移除，；立即重建数据。

RAID 60：

它是RAID 6与RAID 0的组合：先作RAID 6，再作RAID 0。即对两组以上的RAID 6作Stripe访问。RAID 6至少需具备4颗硬盘，所以RAID 60的最小需求是8颗硬盘。

由于底层是以RAID 6组成，所以RAID 60可以容许任一组RAID 6中损毁最多2颗硬盘，而系统仍能维持运作；不过只要底层任一组RAID 6中损毁3颗硬盘，整组RAID 60就会失效，当然这种情况的概率相当低。

比起单纯的RAID 6，RAID 60的上层透过结合多组RAID 6构成Stripe访问，因此性能较高。不过使用门槛高，而且容量利用率低是较大的问题。

3）软RAID常用实现软件：

1>mdadm

它是multiple devices admin 的简称，它是Linux下的一款标准的软件RAID 管理工具。

eg：mdadm –create /dev/md0 –level=0 –raid-devices=5 /dev/sdb /dev/sdc /dev/sdd /dev/sde /dev/sdf
、
#其中： /dev/md0 为自定义的盘符 ， –level或者-l 为RAID 级别， –raid-devices=5 为设备个数， 后面为对应的盘

命令参数：

-C　　–create　 创建阵列；
-a　　–auto　　 同意创建设备，如不加此参数时必须先使用mknod 命令来创建一个RAID设备，不过推荐使用-a yes参数一次性创建；
-b, –brief：较少的细节。用于 –detail 和 –examine 选项
-c, –config= ：指定配置文件，缺省为 /etc/mdadm.conf
-l　　 –level　　　阵列模式，支持的阵列模式有 linear, raid0, raid1, raid4, raid5, raid6, raid10, multipath, faulty, container；
-n –raid-devices 阵列中活动磁盘的数目，该数目加上备用磁盘的数目应该等于阵列中总的磁盘数目；
-v 显示过程
-V, –version：打印mdadm的版本信息
-f 模拟设备损坏
-r 移除设备
-Q 查看摘要信息
-D –detail：查看详细信息，打印一个或多个 md device 的详细信息
-E, –examine：打印 device 上的 md superblock 的内容
-F, –follow, –monitor：选择监控(Monitor)模式
-G, –grow：改变激活阵列的大小或形态
-S 停止RAID磁盘阵列
-s, –scan：扫描配置文件或 /proc/mdstat以搜寻丢失的信息

维护说明：
实际中，当软RAID 检测到某个磁盘有故障时，会自动标记该磁盘为故障磁盘，并停止对故障磁盘的读写操作。在这里我们将/dev/sdh1 模拟为出现故障的磁盘，模拟命令：mdadm /dev/md5 -f /dev/sdh1；在上面创建RAID 5过程中，我们设置了一个热备盘，所以当有标记为故障磁盘的时候，热备盘会自动顶替故障磁盘工作，阵列也能够在短时间内实现重建。通过查看”/proc/mdstat” 文件可以看到当前阵列的状态，如下

硬 RAID 卡：通过硬件来实现RAID功能的就是硬RAID，有独立的I/O处理器和RAID控制器，硬盘连接器和缓存等一些列组件构成；对于硬件的raid卡，操作系统无法感知底层物理磁盘，OS只能通过厂家提供的raid卡的管理软件来查看卡上所连接的物理磁盘。而且，配置raid卡的时候，也不能在操作系统下完成，而必须进入这个硬件来完成(或者在操作系统下通过raid卡配置工具来设置)。一般的raid卡都是在开机自检的时候，进入他的ROM配置程序来配置各种RAID功能。

软 RAID 卡：通过软件并使用CPU的RAID卡我们成为软RAID，因为软RAID占用CUP资源比较高，所以绝大部分的服务器设备都使用的硬RAID。

RAID 卡的功能：

1)RAID卡:扩展磁盘容量，提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术，可以达到单个磁盘驱动器的几倍，几十倍甚至上百倍的速率，这也是RAID最初想要解决的问题;

2)RAID卡:提供了数据/磁盘容错能力，现在服务器基本上集成了RAID卡；

缓存（Cache）是RAID卡与外部总线交换数据的场所，它是RAID卡电路板上的一块存储芯片，与硬盘盘片相比，具有极快的存取速度。RAID卡现将数据传送到缓存，再经由缓存和外边数据总线交换数据。当系统断点后，存在cache里的数据下次开机后会自动刷到硬盘；缓存的大小与速度是直接关系到RAID卡的实际传输速度的重要因素，大缓存能够大幅度的提高数据命中率从而提高RAID卡整体性能；不同的RAID卡出厂时配备的内存容量不同，一般为几兆到数百兆容量不等；

更多参见RAID卡简介；

HBA卡：主机总线适配器(Host Bus Adapter,HBA)，是一个在服务器和存储装置间提供输入/输出(I/O)处理和物理连接的电路板和/或集成电路适配器，这种位于服务器上与存储 络连接的设备一般就称为主机总线适配卡（Host Bus Adaptor）HBA，用于连接计算机内部总线和存储 络的设备。因为HBA减轻了主处理器在数据存储和检索任务的负担，它能够提高服务器的性能。一个HBA和与之相连的磁盘子系统有时一起被称作一个磁盘通道。内部有一个小的中央处理器，一些内存作为数据缓存以及连接光纤通道和总线的连接器件等。HBA卡上有个小的中央处理器，负责PCI和光纤通道两种协议的转换。它还有其他的一些功能，如初始化与光纤通道 络连接的服务器端口，支持上层协议例如TCP/IP，SCSI等，8B/10B的编码解码等；HBA卡按接口分为：FC-HBA卡(俗称：光纤 卡)、iSCSI-HBA卡(RJ45接口)。

常见的服务器和存储设备之间的数据通讯协议是IDE，SCSI和光纤通道。为了实现服务器和存储设备之间的通讯，通讯的两端都需要实现同样的通讯协议。存储设备上通常都有控制器，控制器实现了一种或几种通讯协议，它可以实现IDE,SCSI或光纤通道等存储协议到物理存储设备的操作协议之间的转换。而服务器的通讯协议是由扩展卡或主板上的集成电路实现的，它负责实现服务器内总线协议和IDE，SCSI等存储协议的转换。

SAS卡：SAS卡就是在某些不支持sas的服务器上面额外增加的一块pcie卡。便于服务器安装sas硬盘。一般支持做Raid0、1、10、1E或者直接识别sas硬盘。同时也兼容sata硬盘。Raid卡可以支持SAS、SATA硬盘组成raid6531 10等。比sas卡的功能更强大。性能更优，价格更贵。

2）磁盘阵列维护

加强磁盘阵列的日常管理与维护，是保证磁盘阵列正常、高效工作的重要手段。日常维护中应该关注以下：

①设置热备源盘
将一只硬盘设置为热备源盘，会造成一定的浪费，但从安全角度考虑是值得的。大容量的磁盘阵列使用RAID5，但有一个硬盘的冗余。如果一个硬盘损坏，整个阵列的安全会处于一种临界状态，此时任何一个硬盘的一点点闪失都会造成灾难性的后果，使数据全部丢失。设置有热备源盘，当硬盘发生故障时，系统会自动用热备源盘去替换故障盘并重建阵列，随后数据又会处于完全保护之中。

②重要数据勤备份
应该经常对特别重要的数据进行备份，这样就不至于将“鸡蛋放在一个篮子里”，即使是安全性较高的磁盘阵列也不会绝对安全。

③建立巡视检查制度
磁盘阵列还能够工作，并不表示没有发生故障。当磁盘阵列发生故障时，磁盘阵列存储系统的数据读写通常是正常的。这正是磁盘阵列的一种安全性措施，但往往又让管理人员产生一种错觉，以为磁盘阵列没有故障发生。对磁盘阵列定时的巡视检查，既可以发现已经发生的故障，还可以了解设备的工作状态，起到防患于未然的作用。

文章知识点与官方知识档案匹配，可进一步学习相关知识云原生入门技能树首页概览8686 人正在系统学习中