《前言》

　　前陣子，米克的好朋友在找RAID的資料，既然他有這種需求，我想可能很多人也會有類似的需求吧。 不過，米克不是想賣RAID卡，也不是要提出新的RAID方法，正所謂「一理通，百理明」， 在這篇文章中，米克要來談談RAID的觀念，有了正確的觀念之後，就不會被廣告騙的團團轉啦。
　　雖然在「硬碟選購」中，米克有提過RAID，但是在這裡，米克將更詳盡地記錄米克對RAID的認知。

　　什麼是RAID? RAID的說法有蠻多的，剛開始時，RAID是Redundent Array of Inexpensive Disks，翻成 中文就是「便宜磁碟的冗餘陣列」。但是到了今日，我們把RAID定義為Redundent Array of Independent Disks ，翻成中文叫做「獨立磁碟冗餘陣列」。 為什麼呢？這是因為在多年前，在磁碟貴的要命的時代，磁碟的容量的價格並不是線性的，大容量磁碟的售價 可能是小容量磁碟的好幾倍！所以，RAID在當時是相對於SLED（Single Large Expensive Disk， 單一大型昂貴磁碟）[請參照高立圖書有限公司出版的「計算機組織與結構」一書第168頁， 作者是William Stallings，譯者是林獻堂]。可是時至今日，已經沒什麼大型昂貴磁碟了，在許多伺服器系統 中，也是使用RAID來增加效益。因此，米克認為，把RAID定義為Redendent Array of Independent Disks是個 不錯的決定。

　　RAID的模式（Level）有很多種，在許多研究論文中都可以看到有人對RAID提出新的看法與新的演算法，不過最常見 的有7種[參照同一本書]，而這7種模式中，我們平常有接觸到的模式是RAID 0、RAID 1、RAID 3、RAID 5。 在以前，RAID通常是應用在SCSI硬碟的場合，但是現在，為了IDE硬碟所推出的RAID在市面上愈來愈多。但是， 企業界所重視的是RAID所提供的「安全」，個人使用者重視的卻是「速度」。

RAID 0

　　RAID 0 又稱為Striping，要翻成中文則是「帶狀」或「條紋」。在許多文章中，RAID 0都被視為「 不是RAID的RAID」，因為它完全不具有安全性的提昇功能，也不具有Redundent的功能。

　　簡單的說，RAID 0是將所有的磁碟機當成一台磁碟機來使用，資料則是呈「帶狀」的存在各個磁碟機中。 例如四台40GB的硬碟機，經由RAID之後，會被當成是一部160GB的硬碟來使用。 想像一下資料被分散地存放在許多磁碟的情形，當我們要讀取資料時，如果剛好資料在兩台不同的磁碟 中，那麼這兩台磁碟就會同時傳輸資料，若資料分佈在四台磁碟中，那麼這四台磁碟就會同時傳輸，或 者說，四台磁碟機採平行方式處理資料。

　　可以想見，速度可以有效的提昇。但是，並不是說裝二台磁碟就可以有二倍的傳輸速度、裝三台有三倍或裝 四台有四倍，我們只能說，多磁碟的表現能比少磁碟要來的好一點，尤其是對於連續性資料的處理上。

　　那麼，既然RAID 0這麼好，那麼缺點呢？就如同前面說過的，「將所有的磁碟機當成一台磁碟機來使用」， 所以，你能想像若其中一台磁碟機故障的情形嗎？沒錯，整個RAID系統都要重做，因為存放在那台升天的磁碟 的資料不見了，其它磁碟的資料也跟著變成垃圾，所以必須重做整個系統，也就是重灌啦。舉個例子，原來的 資料叫做「mick」，分別存在四台磁碟中，若第三台磁碟故障了，那麼資料只剩下「mik」，完全不能用！

　　在使用RAID 0時，最好所有的磁碟機都是一樣的，不然，可能在讀取與寫入時，有的磁碟跑的快、有的 磁碟跑的慢而造成錯誤或不穩定。

RAID 1

　　相較於RAID 0的高效能表現，RAID 1就差多了。但是相較於RAID 1的安全性，RAID 0是遠遠不及。

　　RAID 1又叫做Mirroring，也就是「鏡射」。和RAID 0一樣，RAID 1讓多台磁碟變成一顆， 但是容量只有一台的大小。另外一個最重要的，RAID 1只能使用在「偶數」個磁碟上。為什麼呢？ 因為RAID 1的原理就是，將資料完整地複製在兩部磁碟中。所以若你使用二部磁碟，你只能用一部磁碟的 容量，這是很笨的事情，但是卻也是最安全的方式！因為若你的硬碟掛點了，資料可以從另一部硬碟還原 回來，於是你的資料不會不見，而且復原的時間很快。而這種使用時「多出來的用不到的磁碟空間」， 就是所謂的Redendent，也就是冗餘的、多餘的，因為多餘，所以需要的時候才不會沒有。

　　在使用二部磁碟機架設RAID 1時，在你的感受裡，你只有裝一部磁碟，那麼，這兩部磁碟是以那一部為主 呢？答案是：慢的那一顆。為什麼？因為如果主要的磁碟是跑的比較快的那一部，那麼資料在存取時，跑 不快的磁碟根本追不上跑的快的磁碟，又怎麼能確保二部磁碟可以同時擁有同樣的資料？所以，用慢的磁碟是 有其考量的。

RAID 0+1

　　為了兼顧安全性與效率，RAID 0與RAID 1的結合是個不錯的選擇，這種方法被稱為RAID 10或RAID 01或RAID 0+1或是 RAID 1+0，反正就是1和0在變來變去而已，然而，這種RAID方法需要至少四部磁碟機才辦的到， 假設這四部磁碟叫「武林至尊」、「寶刀屠龍」、「倚天不出」與「誰與爭鋒」，其中兩部磁碟（ 「武林至尊」及「寶刀屠龍」）做RAID 0，於是合成一部磁碟機叫做「武林至尊，寶刀屠龍」， 而另外兩部磁碟機（「倚天不出」與「誰與爭鋒」）則用來當做「武林至尊，寶刀屠龍」的備份， 叫做「倚天不出，誰與爭鋒」，這四部磁碟使用起來就是一部磁碟機，叫 「武林至尊，寶刀屠龍，倚天不出，誰與爭鋒」！

　　缺點呢？這種方法的缺點就是會被人當成凱子，因為你一次買了四顆硬碟。

RAID 2

　　RAID 2與RAID 3可以視為一組，因為他們的原理很類似，都是以「平行處理」為原則。

　　RAID 2是可以提供安全性的。不像RAID 1一樣，使用那麼多的空間來提供安全性，RAID 2使用漢明碼來做為 資料復原與偵錯的工具，所有的磁碟機中，拿個幾部出來存漢明碼，其它的磁碟才是我們能使用到的磁碟空間。 如果資料發生錯誤，漢明碼可以偵測出來，如果發生錯誤的位元只有一個，漢明碼甚至可以進行修正。

　　漢明碼如何與資料進行對應？這就得靠一點技巧了。還記得前面提過的「帶狀」嗎？在RAID 2與RAID 3裡， 他們把這些「帶」設的非常小，有多小？就只一個位元而已！所以資料的偵錯碼是一個位元一個位元在存的， 出問題的時候，當然就可以一個位元一個位元的救回來。

　　RAID 2很少見，這是因為他所使用的冗餘方式需要比較多的磁碟。在William Stallings的書中提到，假設 我們現在有七顆磁碟，使用RAID 2時，我們只能用到其中四部磁碟的容量，在Kintronics 的 Whitepaper on RAID網頁中則是 說，若我們使用39部磁碟機，則我們只能使用到32部磁碟機的容量，而另外的7部磁碟則是用來存漢明碼。可是！ 可是可是！在同一個網頁中，卻也說在使用N部磁碟機的場合，RAID 2可以使用N-1部磁碟機的容量！

　　我也被搞混了。不過呢，在許多其它的文獻中都提到一件事，RAID 2是個幾乎沒有人在使用的系統，有的地方 甚至直接省略RAID 2不提，所以，我們暫且不求甚解吧。

RAID 3

　　RAID 3使用的偵錯方式是同位元檢查（Parity Check），這種方法不會比漢明碼要來的好，他只能偵錯，不能 更正錯誤，但是他比較簡單（比較沒那麼複雜），而且，如果一部磁碟動不動就出現二個位元的錯誤，那麼這 部磁碟也太扯了，所以RAID 2雖然強，卻無用武之地。

　　RAID 3將同位元碼存在同一部磁碟機中，當RAID系統中有某一部磁碟掛點了，那麼經由簡單的計算，RAID 3 可以把資料「算」回來。不過，為了讓資料能「算」，在磁碟存取資料時，當然得經過驗証的程序，效能一定 會有稍許的下降，但是並不會有太大的感覺。

　　如果現在我們安裝了四部磁碟，那麼我們可以用的磁碟空間就是三部磁碟的空間。同位元碼儲存的位置我倒 是沒有資料，不過在William Stalling的書中稱其為「位元交錯式同位元」，我的想法是，同位元是交錯式地儲 存在專門儲存同位元碼的磁碟中。

　　現在米克來談談「同位元碼」是怎麼算的。同位元碼使用的是一種叫「互斥或（exclusive OR，簡寫成XOR）」 的技巧，在輸入的位元「只有一個是1」的時候，XOR的運算結果才會是1，我們看下面的表：

Input 1Input 2"XOR" Output
000
101
011
110
　　XOR的特性是，A(XOR)B(XOR)B=A，不相信嗎？可以自己算算看，不過用看的就可以看出個大概了，有沒有發現， 上面的表格中，每個橫列都是兩個1一個0？所以若我們已經有A(XOR)B的結果，而且存了起來，如果現在A不見了， 也能將A給「算」回來。現在呢，我們舉個實際的例子，假設二筆資料是1100與0101，那麼他們的同位元碼就 是1001：
1100
0101
1001
　　假設資料0101不見了，那麼我們就可以進行運算：
1100
1001
0101
　　這樣就把不見的資料「算」回來啦！

RAID 4

　　很多地方都把RAID 4表示成和RAID 3相似的模式，但是他們還是有差異存在。前面提過的RAID 0、RAID 2與 RAID 3都是把資料以「帶狀」儲存，但是在RAID 4、RAID 5與RAID 6上，資料是以「塊狀（Block）」來存的。

　　塊狀有什麼好處？「塊狀」其實就是比較大條的「帶狀」嘛，但是在儲存同位元資料的磁碟上， 既然同位元碼是從其它磁碟上的資料算出來的，那麼，資料放在其它磁碟的那裡，同位元碼就存 在專門儲存同位元碼的磁碟的相同位置啦，舉例來說，假設我們有四部磁碟，第一部磁碟的第一個「塊」是在第 一個儲放位址，第二部磁碟的第一個「塊」是在第二部磁碟的第一個儲放位址，第三部磁碟的第一個「塊」存放 的地方當然也在第三部磁碟的第一個儲放位址，這三部磁碟的三個「塊」所算出來的同位元碼，當然也自成一 「塊」，然後存在第四部磁碟的第一個儲放位址囉。

　　RAID 4、RAID 5與RAID 6可以視為一組，特點除了塊狀的儲存外，還有一點就是他們都被稱為「獨立存取」 。什麼意思呢？就是指這種RAID的模式可以讓所有的磁碟機獨立運作，磁碟被分割成「塊狀」之後，在處理要求 時，速度會比較快，但是傳輸速率反而降低；舉例來說，郵差要送掛號信給四戶人家，這四戶家庭各有十個人， 那麼，郵差叫一聲「林米克掛號！劉米克掛號！鄒米克掛號！許米克掛號」之後，這四戶家庭會自已去把人叫出 來，然後郵差要找的四個人就同時跑出來了。

　　和RAID 3一樣，RAID 4因為在存取時都要去動到同位元磁碟，所以效率上會有影響。而RAID 4也蠻不常見的。

RAID 5

　　RAID 5則是動到同位元磁碟的腦筋去了。既然要去動到同位磁碟會影速度，那麼，乾脆就把所有的同位元碼 拆開放在各個磁碟吧。這樣子一來，在動到同位元碼時，並不是由同一部磁碟負責，可以增加效率。

RAID 6

　　RAID 6則是把RAID 5增強安全性的功能，它除了RAID 5原有的同位元檢查碼之外，再新增一個檢查碼。不過 ，安全歸安全，這種模式會在寫入資料時同時動到兩個地方：同位元檢查碼與新的檢查碼，所以效率上的影響又 比其它的RAID模式再大上一些。

　　好啦，米克就談到這邊，相信大家對RAID已經有基礎的觀念了。RAID的主要目的會因為你所應用的場合而異 ，在講求速度的場合與講究安全性的場合，有相對應的RAID模式可以選擇，如何選擇，就得靠你自己的判斷。不 過，米克在這裡要提醒你，RAID 3與RAID 5雖然常見，但是因為要增加同位元運算等等演算法，所以有提供這種 模式的RAID卡都比較貴，而RAID 0與RAID 1則是因為實作上相對的比較簡單，所以比較便宜，甚至可以用軟體來 做，Windows 2000與LINUX都可以用軟體做RAID，不過米克沒有親自試過，不能保證效能好不好。
　　有什麼建議或是覺得米克的觀念有誤，請寫信告訴我。

9/15/2002
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