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      RAID 5 是什么?一篇搞懂其原理与架构(2021年最新)

       浏览量:次  来源:华军科技数据恢复  发布日期:2021-06-14 22:00:41

      RAID 5 是什么?

      RAID 5就是当1台硬盘故障时,资料还能够正常读取、使用,RAID 5是最常见、最广为使用的架构,且企业级规格 Server 一定都採用 RAID 5 等级,但RAID 5因销售上标榜「容错功能(Fault tolerance)」,导致使用者误以为容许发生故障、错误的情况,而忽略了资料备份,不可不慎,RAID 5技术至今已非常成熟可靠,并支援 3 台以上硬盘建立 RAID 5;建议设定5台硬盘一组,不建议太多台硬盘,可朝建立『多组 RAID 5』,便于管理、分散风险。

      RAID 5 正常状态

      上图为RAID 5 正常运作状态

      此篇文章将尽可能详细说明 RAID 5的架构运作、运算原理、优缺点、使用注意事项,提供给使用者一个正确使用RAID 5的观念。


      RAID 5 是虚拟架构磁盘

      举例来说,假设共有3吨货物,有2种运载方式:

      1.

      宁可出动3台小货车,1车载1吨,各自行驶,各自有各自的驾驶,有各自的轮胎,风险可分散。

      2.

      将3台小货车『串连结』成一台大列车行驶,变数多,风险高。

       

      RAID 5 Configuration 架构原理

      RAID 5 Configuration 架构本身最少需要透过3台硬盘机来构成,例如:Physical Drives 1TB + 1TB+1TB = 2TB Logical Drive (RAID 5 Array),其中有1TB 容量被当作 Parity Blocks,非单独一台硬盘,而是平均分散在各硬盘内,每台硬盘提供 ? 容量供 Parity 运算用。


      这就是RAID 5的 Block Striping 储存原理,将资料分散储存至各硬盘中,当硬盘受损时则经由XOR运算,再将存在其他正常硬盘内的Parity Blocks及Data Stripe磁区的Data Blocks,进行计算而重建,进而将RAID 5 Rebuild,而 Parity 运算就是 RAID 5的容错机制,运算原理非常艰深,后续我们会尝试使用简单易懂的方式向各位说明。


      我们以透过三台硬盘机组成的 RAID 5来看,表面上安装了 3 台硬盘,但 RAID 5 Array size 却只有2台硬盘容量可使用,少了1台硬盘的容量,这就是被当作「Parity Blocks」。

      RAID 5 其中一台硬盘故障时仍可正常运作

      上图为 RAID 5 硬盘发生故障,仍可运作的示意图。

      无论是哪一台硬盘受损,RAID 5容量不会因此减少,都是维持原来2台硬盘的容量,这就表示 RAID 5 标榜的『容错功能』,容许任何1台硬盘故障,并让 RAID 5仍可正常读写。


      注意:

      若有1台硬盘故障时,RAID 5 Status会显示『RAID Degraded』,但还是可以正常读写资料,当下最重要、该尽快处理的,不是立刻更换正常硬盘将 RAID 5 Rebuild,正确、安全的做法是趁 RAID 5还能够读取资料时,赶快将资料备份出来,事后再作重建 Rebuild。


      RAID 5 硬盘坏掉勿慌张,有『容错』机制在

      当您在维护的 RAID 5突然发生异常、硬盘坏掉,请勿慌张,因为RAID 5 的容错功能,接受其中一台硬盘机故障,此时您必须透过一台正常硬盘,与故障硬盘进行更换,更换完成以后,接著只要等候RAID 5恢复,便可以排除问题。


      但是,我们必须优先思考首要问题:

      重要的究竟是将 RAID 5恢复重要?还是将RAID 5 裡头的资料保存下来重要?当然是『抢救 RAID 资料重要』。


      因为 RAID 5 Rebuild 的原理,是将读取每台正常硬盘内所有的 Blocks,再将由XOR运算将结果写入空白硬盘内,包含空白 Blocks,并非只限 Data,所以相当耗时。


      举例:

      RAID 5共3台硬盘,每台容量是 1TB,RAID 5的容量是 2TB,虽然资料量比较少,只有 500GB,但 Rebuild 是去每台硬盘自第 1 Block 开始读取(含空白区) → XOR运算  → 再写入空白硬盘内,直到最后的 Block 处,所以是读取 2TB  → 写入 1TB,并非只有 Data Blocks。


      RAID 5 Degraded 时,先存资料为上上策

      RAID 5 其中一台硬盘故障时仍可正常运作

      当RAID 5 Degraded 时,切记先将重要资料存出

      当不幸发生 RAID 5 Degraded 时,切记先将资料备份出来存放,而非急著将 RAID Rebuild,通常 RAID 5内的硬盘都是相同厂牌型号,所以硬盘品质基本上是相同的;且RAID 习惯 24H 不关机,又是多人多部门使用,所以操得很凶,所有硬盘耗损程度也一定相同,当已发生有1台硬盘受损 Offline,其它硬盘因为品质,耗损都相同,应该也撑不了多久,极可能一台接一台故障,这时千万避免去做耗时危险的重建 Rebuild,万一中途又有1台硬盘故障,导致RAID 5 Offline 就无法挽救了。


      如现场有人看管,建议先将重要资料存出,只限抢救重要 folders、files,不要急著备份其它不重要资料,因为备份相当耗时,当RAID 5受损、处于 Degraded 的情况相当危险,不要试图去和你的 RAID 5碰运气。


      RAID 5坏两块,还有救吗?

      raid0501

      上图为RAID 5坏两块,与其他状况示意图

      当RAID 5坏两块时,就会呈现Offline、无法辨识的状态,RAID 5 为『磁盘阵列』,并非『单台硬盘』,需熟知 RAID 5 技术,并非一般人能排除;必须透过专业RAID数据恢复公司才能协助您评估现况,进行专业检查、判断您的RAID 5 是否仍有机会将资料救出。


      上面提到 RAID 5 同时 2台硬盘故障的可能性也高,那还有其它更安全可靠的 RAID?当出现问题时,科技界就会有一批热心又聪明的工程师设法解决问题,下面我们将介绍RAID 5 + Spare 原理


      RAID 5 + Spare 原理

      raid0503


      RAID 5 + Spare 最少需要「4台硬盘」来组成,首先将其中三台硬盘Create RAID 5 以后,将剩下的第四台硬盘设定为「Hot Spare」功能。

      举例:Physical Drives 1TB + 1TB+1TB+1TB = 2TB Logical Drive (Array)。


      其中有1TB 容量被当作 Parity Blocks,非单独一台硬盘,而是平均分散在各硬盘内(RAID 5 相同原理)。另一台1TB 则是先暂不使用,需为空白的作为备用,是当万一有1台硬盘故障时,可立刻自动重建 Online Rebuild,不必等人发现再去找台空白硬盘插入。这用意是抢时间 Rebuild,避免错失 Rebuild 宝贵机会。


      『 Rebuild』原理是取自其它2台正常硬盘全部 Blocks,再经 Parity 运算将结果写入此空白硬盘。内容和原受损硬盘是 100% 完全相同,这是一种蛮聪明的机制,后续会介绍『Parity 运算原理』(和上方谈到的 RAID 5 原理相同)。


      试想,如RAID 5无Spare 空白备用硬盘的架构,当发生1台硬盘故障时,会出现下列风险:

      风险一:为了重建 Rebuild RAID5 Configuration 必须先花时间人工去找台一模一样相同厂牌型号的旧型硬盘(事实上不需要相同厂牌型号,只需介面都相同 SAS or SATA,容量须大于故障硬盘即可),就可能耗费多日还不见得找的到。


      且万一是发生在夜间 or 假日公司没人时?虽然 Server RAID 一直出现警告,但却无人可即刻处理设法排除故障,容易发生更严重的损害;若有事先有插上一台 Spare 空白硬盘当备用,可以立刻在第一时间『自动』作重建 『Online Rebuild』,不必浪费时间再等人发现才能处理。


      风险二:因为已发生有一台硬盘故障,其它硬盘又都是相同厂牌型号,品质一定相同,使用中耗损也相同,极易接著发生另一台硬盘受损,为了抢时间,这时 RAID5 Spare 可以立刻自动重建Rebuild,降低资料遗失风险,如现场有专业人员看守,建议先将重要资料存到其他设备,先针对重要的内容进行保留,不要急著备份不重要的档案,备份全部资料需耗费大量时间,当 RAID 5 + spare 已变成 Degraded 状态相当危险,不建议再硬操。


      RAID 5 + Spare 容许2台硬盘在不同时间故障,不接受同时故障

      当RAID 5发生一台硬盘故障时,有备用 Spare 硬盘可线上立刻自动做重建 RAID Rebuild,避免又发生第2台硬盘故障来不及 Rebuild,导致 RAID 损毁,RAID 5 + Spare 是事先安装1台空白硬盘作为备用,万一发生其中有1台硬盘发生故障时,可以立刻在第一时间『自动』作资料重建 『Online Rebuild』,不会延误抢救宝贵时间,为相当友善的 RAID 5 延伸架构。


      华军科技在此强烈推荐企业用户使用 RAID 5 + Spare 架构,因爲 RAID 5 + Spare 技术已有20年历史,相当成熟稳定;不论是用任何角度评估,RAID 5 + Spare 都是非常理想可靠,知名厂牌都一定具备 RAID 5 + Spare 功能,且支援众多功能,读写速度而言已相当快速。


      RAID 5 资料备份建议方式

      建议 RAID 5 平时仍要勤做备份,将重要资料额外备份到其他设备上、甚至是『异地备援』,对企业来说才能真的安心,华军科技宁可多花时间介绍『RAID 备份机制』给RAID 使用者,并不是很喜欢常推荐市面又出现号称更新更强的 RAID,所以至于传说中 RAID1E 号称容许故障半数硬盘还可正常读写的机制,华军科技不愿浪费时间介绍。


      华军科技在 RAID 5 领域的实务经验中,始终提醒 RAID 5使用者,不要太过依赖 RAID 5的容错机制,不要有错觉认为 RAID 5 售价高,相对品质、性能就一定高,购入使用后,就疏忽作额外备份了;即便是使用RAID 5 仍会遇到问题,没有一种磁盘阵列架构都不是完美的,不要太依赖RAID 5容错机制。


      好比一位驾驶员开著一台8轮大卡车,只因公司宣称容许多个轮胎爆胎还可正常行驶,就告诉驾驶员,只有一个爆胎时先不必立即停车处理,继续开再说;华军科技宁愿教当发生一个轮胎爆胎时,立刻停车换新胎,并检查其它轮胎是否正常,就好比「开装甲车也要绑安全带」。


      无论是何种 RAID 架构,都要勤做备份,开著价格高昂、名贵的车种,仍要繫上安全带。


      使用 RAID 5 的结论

      使用 RAID 5 一定要有风险意识,因为通常内部储存档案,几乎是整个企业的重要资料,绝不可损毁;建议初期规划磁盘阵列时,不可超过您的技术能力,不论哪一种 RAID 读写速度都差不多,而 RAID 容量取决于硬盘数量,但使用一组您有能力管理,有能力排除轻微故障,才是正确的选择,真的非常不建议,硬去使用自已不熟悉、无法自行管理的 RAID。


      若您的RAID 5 目前遇到问题无法排除,资料非常重要、紧急,需寻求专业救援处理时,欢迎透过本公司的『RAID 数据恢复』页面与我们联络,本公司拥有熟知RAID 5 技术的资深工程师团队,非常乐意协助您排除 RAID 5 问题。


      RAID种类繁多,除了RAID 5之外,还拥有 RAID 0、RAID 1、RAID 6、Raid 10...等架构,还不了解 RAID 是什麽的朋友,也可以先参考 「RAID 磁盘阵列是什麽?一篇文章就理解(2021年最新)」这篇文章。



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