作者简介

潘国林, 高级软件工程师。目前就职于DELL EMC，存储设备研发，文件系统相关。
早期在诺基亚上海贝尔从事通信板卡研发，主要涉及驱动，内核，通信以及平台服务等领域。
娱乐爱好：看喜剧小品，听相声。

引子

晴空万里，草长莺飞。人们纷纷走出户外，感受大自然馈赠的这一段不冷不热的时光。他站在窗边，遥望街头，人群熙熙攘攘。突然想到了什么，杯子里剩下的咖啡一饮而尽，拉窗帘，关门，打开电脑，启动浏览器，输入那个在脑海中再熟悉不过的网址，动作一气呵成。紧张、兴奋。或许只有这个，或许才能填补内心的空虚和生活的迷茫。太认真了，竟然没有注意到一只手悄悄按在他的肩头，一个低沉的声音随即过来：“你在看什么呢？”

送人玫瑰，手有余香。这个时代需要分享，有交流，有碰撞，才有进步。今天我要分享的主题的是“存储设备那点事”，这句话中需要高亮的关键词是什么？是“存储”？是“设备”？都不是，是“那点”。作为一个刚进入存储行业不到两年的小学生，能力有限水平一般，全靠房贷的压力走到今天。存储涉及方方面面，受到能力和篇幅的限制，实在难以言尽。本文主要目的是让大家对存储方面有些感性的认识，没有很深入的技术细节。读者中肯定会有行业前辈、技术大牛、开源社区达人、非洲部落的酋长，都保不齐的事，有不足之处还请多多批评指教。

说到存储设备，各位有些人可能会想起这些：磁带，软盘，硬盘，U盘，以及早期街边中年妇女兜售的光盘（都买过吧？随着互联网的发展，这个行业没落了，唉！）。今天我们要说的存储设备比这些略显高级，但终究也没有脱离它们。

我有一个1TB的移动硬盘，已经差不多装满了，最近有些担忧，万一哪次不小心摔在地上，可就报废了，多年积攒的资料和回忆将付之东流，得想个办法。那位说了，为啥不存在云盘？坦诚的讲，我不太信任云盘服务商，不仅仅是局限于技术层面的不信任，谁在乎他们是不是背锅的。又有人给建议，整个RAID吧。对，我们就从RAID说起。

什么是RAID？

RAID的洋文描述是Redundant Array of Independent Disks，国语通常翻译成：独立磁盘冗余阵列。打仗亲兄弟，上阵父子兵，一个硬盘可能出现种种问题，RAID就是将一组硬盘通过各种组合，呈现出一个逻辑上的硬盘，弥补一些单个硬盘的缺陷（如IO性能，数据保护），这个逻辑上的硬盘从用户角度看来和单个硬盘使用方式几乎一样，对用户透明。

总结起来一句话：基友一生一起走，单身的痛苦不再有。

RAID的等级

RAID的等级就是硬盘以何种形式组合在一起，比如：RAID 0、RAID 1、RAID10、RAID 01、RAID 3、RAID 5、RAID 6等等，很多，相声演员可以写个贯口上台表演了，这次就挑常见的说几个。

RAID0

最简单的RAID0由两块硬盘组成，如图1所示，当用户写入数据的时候，例如数据块A，实际上是将数块A分为两个部分，分别写入Disk1和Disk2，B、C、D是同样的操作。可以看到，RAID0并没有解决前面我遇到的问题，Disk1或Disk2任何一块盘坏了，保存的数据就会丢失，数据得不到保护。当然，优点也是显然的，数据并行的写入两块盘，花费时间缩短了，理论上节省50%的时间，IO性能好。我们也可以使用更多的盘组成RAID0，那样的话数据块就会被分为更多分，并行写入多块盘，用时会更少。组成RAID0的各个硬盘地位是平等的，有任务兄弟们一起分担，没有谁的角色是特别的。

RAID1

你有我有全都有哇，哎嗨依儿呀，这就是那RAID1，不相信就往下看那。

只要2块硬盘就可以组成一个RAID1，如图2所示。RAID1的特点是用户写入的数据块会被同时写到组成RAID1的每一个硬盘，这些硬盘保存的数据一模一样。所以，其中一块硬盘损坏了，不要害怕，另外一块硬盘仍旧保存完整的数据。有人要问了：”那要是两块硬盘都坏了呢？”，朋友，咱们好好聊天行吗？本质上RAID1是在做备份，我们不也经常将电脑的文件拷贝到U盘或移动硬盘备份嘛。只不过这个备份是实时的，用户每写一个数据就立即备份。增加更多硬盘组成RAID1，也就增加备份数量，更保险，但需要花更多的钱买硬盘，当然，阿聪这样的土豪另说。

RAID3

在说RAID3之前，先往回倒个三言两语。前面的RAID0和RAID1的插图中，每个硬盘都画了一些小格子，保存A、B或A1、A2等。划分这些小格子的行为称为磁盘的条带化(striping)，又是一个新名词，没办法，新的事物诞生总归要取一个名字吧。早年间，管理论坛的人叫版主，维护博客的人叫博主。现在呢，建立微信群的人叫群主，建立并维护公众号的人呢？公主？宋老师答应吗？

感受一下磁盘条带化的效果，图3所示，两个盘没有条带化，用户数据过来先写Disk1，写满Disk1之后再写Disk2，看到这样的RAID你有什么感受？既没有使得IO性能得到提升，也没有数据保护功能，然后冠冕堂皇包装成RAID。谁要是推销这个RAID，作为有素质的人，咱不能爆粗口，叫个代骂服务先骂他100块钱的。

有人问了（对，就是前面问问题的那个人）：“这个例子太极端，如果我有一个很大的文件，我可以计算出6~10部分最终会保存到Disk2内，那么我就可以并行的写入1~5到Disk1,6~10到Disk2”。如果Disk1是1TB的硬盘，你的文件有多大？大于1TB，现实世界又有多少场景存在这么大的文件呢？

我们继续。图4展示了条带化之后的磁盘格式，如果说未经过条带化是以盘为单位存储的，即一个盘写满再写下一个盘。那么条带化之后，则是按照条带为单位存储的，写满一个条带之后再写下一个条带。RAID的各个盘的同样区域（偏移位置和大小确定的区域）组成了一个条带。

接着看RAID3，图5所示。Disk4是与众不同的，作为校验盘，它不保存用户数据，而是保存用户数据的校验值。Ap是A1、A2和A3的异或逻辑运算校验值。同理Bp~Dp类似。这样做的好处是：如果4块盘有一块盘坏了，我们可以从其它3块盘读出数据，再次进行异或逻辑运算，计算出损坏盘的数据，这一过程称为数据重建。

举个栗子：

假设初始A1=1,A2=0,A3=1，在存盘时候计算Ap=A1^A2^A2=1^0^1=0。

现在Disk3损坏，我们要计算A3，A3=A1^A2^Ap=1^0^0=1。得到了正确的A3！

考察一下RAID3特点，其一，可以并行的写。其二，有校验盘，允许一块盘故障。其三，特别的，如果损坏的是校验盘，不会影响此时用户的读操作。缺点也是有的，那就是用户写数据的时候，不管是向哪一个数据盘写入数据，都需要同时重写校验盘，对于写操作频繁的应用，校验盘的负载很大，成为瓶颈。

那么，对于校验数据的保存这个费时费力的工作能否均衡一下呢？不能老可一个人霍霍啊。

RAID5

RAID5没有独立的校验盘。从下图中找找Ap、Bp、Cp和Dp的位置，发现什么了吗？对，每个盘同时扮演数据盘和校验盘，校验值写入这个负载就分摊到每个盘上，前面RAID3遇到的校验盘瓶颈就不存在了。

当一块盘出现故障后，RAID将无法继续提供服务，一般情况，运维人员会更换故障盘，新盘到位后，RAID进行数据重建，借助校验算法，将丢失的数据恢复到新的盘中，然后RAID可以继续提供服务。一些系统中支持热备盘，当RAID中一块硬盘（Disk2）故障后，系统从热备盘中选择一块（Disk5），顶替故障盘角色，然后RAID立即进行数据重建，这样就最大限度的减少了RAID停止服务的时间。没错，热备盘就是备胎。

RAID5可以并行IO提升性能，数据校验起到数据保护作用，也不存在校验盘瓶颈，看起来不错。

有人问了（对，还是前面问问题的那个人）：“如果同时有2块盘故障怎么把办？”

“那就用RAID6，可以容忍有2块盘故障。”

“如果同时有3块盘故障怎么把办？”

喂，代骂公司吗？我再加100块钱，马上过来骂个人。

对的，要蛋定。RAID虽然比单个硬盘有很多优势，但也不是牛逼透顶的，也有解决不了的问题，也有Hold不住的极端情况。

RAID6以及其它RAID形式就不再展开了。您可以访问这里继续深造：

https://en.wikipedia.org/wiki/Standard_RAID_levels

顺便提一下，RAID发展后期出现了RAID2.0，一个不以单个盘为RAID组成基本单位的技术。

花开两朵，各表一枝。说了这么多关于RAID的内容，对于终端用户呢？如何使用RAID呢？这是个问题。用户当然可以买几块硬盘组成一个RAID，当成“大硬盘”来使用，对于台式机还可以忍受，机箱大随便装。那么，笔记本电脑用户呢？没地方装啊。USB外接式？你很优雅的走进了星巴克，要了一杯咖啡，拿出高大上的苹果电脑，傍边的桌子上一堆硬盘，你告诉别人别碰，说是你的RAID？这是休闲呢还是摆摊呢。

这个世界上，只要有需求，哪怕变态的需求，都会有商家满足你。想强身健体，有的商家就把中药和酒混在一起，来吧，药酒，可补可补了。

关于块存储的细节，请听下回分解........

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