服务器硬盘挂了？别慌！RAID磁盘阵列让你的数据死不了

记得之前在idc做私有运维的时候，凌晨3点，我正在家里睡得香甜，突然被电话铃声吵醒。公司的监控系统疯狂报警，说是数据库服务器出问题了。我迷迷糊糊爬起来远程一看，好家伙，硬盘直接罢工了。不过还好，当初配置服务器的时候做了RAID，数据一点都没丢，系统照样跑得欢快。

这件事让我想起来，很多朋友对RAID这个东西还是一知半解的。今天就跟大家聊聊这个能让你数据"死不了"的神器到底是怎么回事。

RAID到底是个啥玩意？

1988 年美国加州大学伯克利分校的 D. A. Patterson 教授等首次在论文 “A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks” 中提出了 RAID 概念 [1] ，即廉价冗余磁盘阵列（ Redundant Array of Inexpensive Disks ）。由于当时大容量磁盘比较昂贵， RAID 的基本思想是将多个容量较小、相对廉价的磁盘进行有机组合，从而以较低的成本获得与昂贵大容量磁盘相当的容量、性能、可靠性。随着磁盘成本和价格的不断降低， RAID 可以使用大部分的磁盘， “ 廉价 ” 已经毫无意义。因此， RAID 咨询委员会（ RAID Advisory Board, RAB ）决定用 “ 独立 ” 替代 “ 廉价 ” ，于时 RAID 变成了独立磁盘冗余阵列（ Redundant Array of Independent Disks ）。但这仅仅是名称的变化，实质内容没有改变。

RAID 这种设计思想很快被业界接纳， RAID 技术作为高性能、高可靠的存储技术，已经得到了非常广泛的应用。 RAID 主要利用数据条带、镜像和数据校验技术来获取高性能、可靠性、容错能力和扩展性，根据运用或组合运用这三种技术的策略和架构，可以把 RAID 分为不同的等级，以满足不同数据应用的需求。 D. A. Patterson 等的论文中定义了 RAID1 ~ RAID5 原始 RAID 等级， 1988 年以来又扩展了 RAID0 和 RAID6 。近年来，存储厂商不断推出诸如 RAID7 、 RAID10/01 、 RAID50 、 RAID53 、 RAID100 等 RAID 等级，但这些并无统一的标准。目前业界公认的标准是 RAID0 ~ RAID5 ，除 RAID2 外的四个等级被定为工业标准，而在实际应用领域中使用最多的 RAID 等级是 RAID0 、 RAID1 、 RAID3 、 RAID5 、 RAID6 和 RAID10 。

从实现角度看， RAID 主要分为软 RAID 、硬 RAID 以及软硬混合 RAID 三种。

• 软 RAID 所有功能均有操作系统和 CPU 来完成，没有独立的 RAID 控制 / 处理芯片和 I/O 处理芯片，效率自然最低。
• 
• 硬 RAID 配备了专门的 RAID 控制 / 处理芯片和 I/O 处理芯片以及阵列缓冲，不占用 CPU 资源，但成本很高。

• 软硬混合 RAID 具备 RAID 控制 / 处理芯片，但缺乏 I/O 处理芯片，需要 CPU 和驱动程序来完成，性能和成本 在软 RAID 和硬 RAID 之间。

RAID 每一个等级代表一种实现方法和技术，等级之间并无高低之分。在实际应用中，应当根据用户的数据应用特点，综合考虑可用性、性能和成本来选择合适的 RAID 等级，以及具体的实现方式。

你可以把RAID想象成一个团队合作的概念。就像一个人搬砖可能很慢，但是几个人一起搬就快多了；或者一个人生病了，其他人还能顶上去继续干活。RAID就是让硬盘们团结起来，发挥集体的力量。

干过idc的都知道"硬盘不是会不会坏的问题，而是什么时候坏的问题。"这话听起来有点悲观，但确实是事实。机械硬盘里面有那么多精密的机械部件，天天转个不停，迟早会出问题的。

常见的RAID级别都有哪些？

RAID 0 - 性能狂魔

RAID 0是最简单的一种，它把数据分成小块，然后分别写到不同的硬盘上。比如你要存一个文件，RAID 0会把这个文件切成几段，第一段存到硬盘A，第二段存到硬盘B，以此类推。

这样做的好处是读写速度飞快，因为多块硬盘同时工作嘛。如果你有两块硬盘做RAID 0，理论上速度能翻倍。我之前给一台视频编辑工作站配过RAID 0，4K视频剪辑那叫一个流畅。

但是RAID 0有个致命缺点：任何一块硬盘坏了，整个阵列的数据就全完蛋了。而且因为用的硬盘多了，坏的概率反而增加了。所以RAID 0适合那些对性能要求极高，但对数据安全性要求不高的场景。

RAID 1 - 安全第一

RAID 1就是镜像，简单粗暴。你写什么数据，两块硬盘都会存一份完全一样的。就像照镜子一样，左边写个A，右边也有个A。

这种方式最大的优点就是安全，一块硬盘坏了，另一块还有完整的数据。而且读取性能还能提升一些，因为系统可以从两块硬盘中选择响应更快的那个来读数据。

缺点也很明显：浪费空间。你买了两块1TB的硬盘，实际只能用1TB的空间，另外1TB都用来做备份了。对于个人用户来说，这个成本有点高。

我家里的NAS就用的RAID 1，虽然空间利用率只有50%，但是睡觉都踏实。毕竟里面存的都是家庭照片和重要文档，丢了可就真的找不回来了。

RAID 5 - 平衡之道

RAID 5算是比较经典的一种配置了，至少需要3块硬盘。它的原理稍微复杂一点，不是简单的镜像或者条带化，而是用了一种叫做"奇偶校验"的技术。

简单来说，RAID 5会把数据分成块存储在不同硬盘上，同时还会计算出一个校验信息，也分散存储。这样任何一块硬盘坏了，都可以通过其他硬盘的数据和校验信息把丢失的数据算出来。

举个例子，假设你有A、B、C三个数据块，RAID 5会把A存在硬盘1，B存在硬盘2，C存在硬盘3，然后把A+B+C的校验信息分散存在三块硬盘上。如果硬盘1坏了，系统可以通过B、C和校验信息重新计算出A。

RAID 5的好处是在性能、容量和安全性之间找到了一个平衡点。3块硬盘的情况下，你能用到2块硬盘的容量，还能承受1块硬盘的故障。读取性能也不错，因为可以并行读取。

但是RAID 5也有个问题，就是写入性能相对较差。因为每次写数据都要重新计算校验信息，这个过程比较耗时。而且如果在重建阵列的过程中又坏了一块硬盘，那就彻底完蛋了。

RAID 6 - 双重保险

RAID 6可以看作是RAID 5的加强版，它使用两种不同的校验算法，可以同时承受两块硬盘的故障。最少需要4块硬盘才能组建。

这种配置在企业环境中比较常见，特别是那些对数据安全性要求极高的场景。虽然写入性能比RAID 5还要差一些，但是安全性确实提高了不少。

我之前在一家金融公司工作的时候，他们的核心数据库就用的RAID 6。虽然成本高一些，但是考虑到数据的重要性，这点投入还是值得的。

RAID 10 - 土豪专用

RAID 10其实是RAID 1和RAID 0的组合，先做镜像再做条带化。至少需要4块硬盘，而且必须是偶数块。

这种配置的性能和安全性都很好，但是成本也很高。4块硬盘只能用到2块的容量，空间利用率只有50%。一般只有那些不差钱的企业才会用。

RAID的实现方式

硬件RAID

硬件RAID是通过专门的RAID卡来实现的，这种卡有自己的处理器和内存，可以独立处理RAID相关的计算，不占用服务器的CPU资源。

硬件RAID的性能通常比较好，特别是在写入密集的场景下。而且即使操作系统崩溃了，RAID功能也不会受影响。不过硬件RAID卡的价格不便宜，好一点的卡要几千块钱。

软件RAID

软件RAID是通过操作系统来实现的，比如Linux的mdadm，Windows的动态磁盘等。这种方式不需要额外的硬件，成本比较低。

软件RAID的灵活性比较好，可以随时调整配置。而且现在的CPU性能都很强，软件RAID的性能也不差。特别是对于RAID 1这种简单的配置，软件RAID完全够用。

不过软件RAID有个缺点，就是依赖于操作系统。如果系统出问题了，RAID功能可能也会受影响。而且在系统启动的时候，RAID还没有初始化完成，可能会有一些兼容性问题。

主板集成RAID

现在很多主板都集成了RAID功能，通常叫做"假RAID"或者"混合RAID"。说它是假RAID，是因为它实际上是软件RAID，只不过驱动程序比较底层，看起来像硬件RAID。

这种RAID的性能一般，功能也比较有限，通常只支持RAID 0、1、10等简单配置。不过对于个人用户来说，也算是够用了。

RAID配置的一些坑

硬盘选择很重要

做RAID的时候，最好选择同样型号、同样容量的硬盘。虽然理论上不同的硬盘也能组RAID，但是性能会受到最慢那块硬盘的限制。

我之前见过有人用一块7200转的硬盘和一块5400转的硬盘做RAID 1，结果整个阵列的性能都被5400转的硬盘拖累了。

而且最好是同一批次购买的硬盘，这样可以避免因为固件版本不同导致的兼容性问题。

定期检查很必要

RAID不是配置好了就万事大吉的，需要定期检查阵列的状态。特别是RAID 5和RAID 6，如果有硬盘出现坏道但还没有完全失效，可能会影响整个阵列的性能。

我建议至少每个月检查一次RAID状态，有条件的话可以设置监控脚本，一旦发现问题立即报警。

重建时间要考虑

当RAID阵列中有硬盘故障的时候，需要进行重建。这个过程可能会很长，特别是现在硬盘容量越来越大。我之前遇到过一个4TB的RAID 5重建，整整跑了16个小时。

在重建过程中，阵列的性能会明显下降，而且风险也比较高。如果这时候再坏一块硬盘，数据就真的救不回来了。所以一定要及时更换故障硬盘，不要拖延。

有些人觉得RAID 5坏了一块硬盘还能正常工作，就不着急换。这种想法很危险，我见过好几次因为拖延更换硬盘导致数据丢失的案例。

热备盘的作用

如果条件允许，建议配置热备盘。热备盘就是一块待机的硬盘，平时不参与数据存储，一旦有硬盘故障，它会自动顶上去开始重建。

这样可以大大缩短故障恢复时间，降低数据丢失的风险。虽然会增加一些成本，但是对于重要的系统来说，这个投入是值得的。

RAID的性能特点

不同的RAID级别在性能上差别还是挺大的。RAID 0的读写性能都很好，因为可以并行访问多块硬盘。RAID 1的读性能不错，但写性能没什么提升，因为要同时写两块硬盘。

RAID 5的读性能还可以，但写性能比较差。每次写数据都要重新计算校验信息，这个过程比较耗时。特别是小文件的随机写入，性能下降会比较明显。

我之前做过一个测试，同样的硬盘配置，RAID 0的写入速度能达到200MB/s，RAID 1大概是120MB/s，而RAID 5只有80MB/s左右。当然这个数据仅供参考，实际性能还要看具体的硬件配置和应用场景。

企业级应用的考虑

在企业环境中，选择RAID配置要考虑的因素更多。数据库服务器通常对随机读写性能要求比较高，RAID 10是个不错的选择。虽然成本高一些，但是性能和可靠性都有保障。

文件服务器主要是顺序读写，对容量要求比较大，RAID 5或者RAID 6比较合适。Web服务器如果主要是静态内容，RAID 1就够用了。

还有一个需要注意的是，企业级硬盘和消费级硬盘在RAID环境下的表现差别很大。企业级硬盘通常有更好的错误恢复机制，在RAID环境下更稳定。

消费级硬盘在遇到坏道的时候，可能会花很长时间尝试恢复，这会导致RAID控制器认为硬盘已经失效，从而踢出阵列。而企业级硬盘会快速放弃无法恢复的扇区，避免影响整个阵列的性能。

SSD时代的RAID

现在SSD越来越普及，SSD的RAID配置和传统机械硬盘有一些不同的考虑。

首先，SSD的随机读写性能本来就很好，做RAID 0的性能提升可能没有机械硬盘那么明显。而且SSD的可靠性相对较高，做RAID 1的必要性也没那么大。

不过SSD有个特点就是写入寿命有限，做RAID 5的话，频繁的校验计算会增加写入量，可能会缩短SSD的使用寿命。

我个人觉得，如果用SSD做RAID，RAID 1是个比较好的选择。既能提高可靠性，又不会过度增加写入量。

监控和维护

RAID配置好了之后，监控和维护工作也很重要。大部分RAID卡都有自己的监控软件，可以实时查看阵列状态、硬盘健康度等信息。

我建议设置邮件报警，一旦有硬盘出现问题，立即通知管理员。有些高端的RAID卡还支持SNMP，可以集成到企业的监控系统中。

定期的维护也不能少，比如检查硬盘的SMART信息，看看有没有预警信号。有些硬盘在完全失效之前会有一些征兆，比如坏道数量增加、读取错误率上升等。

还有就是要定期测试数据恢复流程，确保在真正出问题的时候能够快速恢复。我见过一些公司，RAID配置得很好，但是从来没有测试过恢复流程，真正出问题的时候手忙脚乱。

备份还是王道

虽然RAID能提高数据的安全性，但它不能替代备份。RAID只能防止硬盘故障，但防不了误删除、病毒感染、火灾水灾等其他风险。

我一直坚持3-2-1备份原则：至少3份数据副本，存储在至少2种不同的介质上，其中至少1份存储在异地。RAID只是这个备份策略中的一环。

有些人觉得做了RAID就万无一失了，这种想法很危险。我之前遇到过一个案例，公司的服务器做了RAID 5，但是因为机房进水，整台服务器都报废了。幸好他们还有异地备份，才没有造成重大损失。

成本效益分析

做RAID肯定是要增加成本的，不管是硬件成本还是管理成本。在决定是否使用RAID之前，要做好成本效益分析。

对于个人用户来说，如果只是存储一些娱乐内容，可能没必要做RAID。但是如果存储的是工作文档、家庭照片等重要数据，做个RAID 1还是很有必要的。

对于企业用户，要根据数据的重要性和业务需求来选择。核心业务系统肯定要做RAID，而且要选择可靠性高的配置。一般的办公系统可能就没必要了。

实际部署建议

如果你准备部署RAID，我建议先从简单的配置开始。RAID 1是个不错的入门选择，配置简单，可靠性高。

选择硬件的时候，不要贪便宜。好的RAID卡和企业级硬盘虽然贵一些，但是稳定性要好很多。我见过太多因为使用劣质硬件导致的问题。

配置完成后，一定要做充分的测试。模拟各种故障场景，确保RAID能够正常工作。还要测试性能，看看是否达到预期。

文档也很重要，要记录详细的配置信息和操作步骤。万一出问题的时候，这些文档能帮你快速定位和解决问题。

最后

RAID技术发展到现在已经很成熟了，是提高数据安全性和系统性能的重要手段。不过它不是万能的，需要根据实际需求选择合适的配置，并且要配合完善的备份策略。

记住，硬盘一定会坏，这是不可避免的。我们能做的就是在它坏之前做好准备，让数据的损失降到最低。RAID就是这个准备工作中很重要的一环。

最后提醒一句：配置RAID之前一定要备份数据。虽然出问题的概率不大，但万一呢？安全第一，小心驶得万年船。

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