SATA RAID完全攻略

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RAID是什麼？

所謂的「RAID」，是「Redundant Array of Independent Disks 」的縮寫，也就是「獨立磁碟備援陣列」的意思。也有人將它說成「Redundant Array of Inexpensive Drives」﹙低價硬碟備援陣列﹚，當初RAID技術發表時用的是這個全名，不過現在則是前者的說法較多人採用。

其中「Redundant」是「過多、多餘」的意思，要組成一部磁碟機通常只需一顆硬碟，甚至一顆硬碟還能分割成許多磁碟區。但是在組RAID磁碟機時，要用上的硬碟比一顆還要「多」，也就是要用上2顆以上的硬碟。

因此RAID在實體上是多顆硬碟，在系統中被當作一顆硬碟使用，而在作業系統底下，也還是可以將它分割為單一或多個分割區。因此建立好的RAID，使用起來跟單一硬碟是完全相同的，只是依組成方式的不同，RAID可以提供更大的容量、更高的讀寫效能，或是額外的「安全性」。﹙這裡所說的「安全性」，是指硬碟損毀之後資料重建、回復的能力，與加密防駭等功能無關﹚

而且RAID的「容量、速度、安全性」加成之後的CP值，能夠遠遠高於相同效能表現的超高階硬碟，這才是許多玩家樂於採用的主因。RAID的組成方式很多，在進入我們的測試之前，先帶大家看看RAID的各種類別。

JBOD (Just Bunch of Disks)
這種組成方式嚴格來說不算RAID，因為它的功能就跟它的全名一樣，「只是將多顆磁碟湊在一起」， 當作一顆超大硬碟來用。假設是4顆250GB的大硬碟，在JBOD模式下就成了一顆1TB﹙=1000GB﹚的超高容量硬碟，但是除了容量提升之外，它的速度還是跟單一硬碟相同，也沒有額外的安全性。

RAID 0 (Striped)
這是最簡單也最猛的一種磁碟陣列，它的功能是在資料寫入時，將資料分割成幾個小區塊，分別存到各顆硬碟裡，因此可以提升寫入速度。當需要讀取時，再分別由所有硬碟裡將小區塊抓出來，所以也有較高的讀取速度。

但它的缺點是只要其中一顆硬碟壞掉，或只是小小的出點問題，都可能因為一小部分資料的不完整，就造成整個磁碟陣列無法正常讀取，全部的資料就這樣毀於一旦，完全沒有安全性可言。儘管如此，RAID 0存取效能隨著組成硬碟數目增加而提升的特性，對於「效能至上」的玩家們還是有不小的吸引力。

RAID 1 (Mirrored)
這種磁碟陣列是將單一磁碟作「鏡射」(Mirror)的動作，也就是資料寫入時將相同的資料同時丟進兩顆硬碟，確保所有的資料都隨時存在另一個備份。因為對單一硬碟寫入的資料量不變，所以寫入速度跟非RAID磁碟機沒有差別，不過在讀取時能同時由兩顆硬碟抓取資料，所以速度還是有所提升。

RAID 10 / 01 (Striped & Mirrored)
這是將RAID 0與RAID 1的架構作結合用的磁碟陣列，10與01的差別僅是先鏡射再分割資料，或是先分割再將資料鏡射到兩組硬碟，但功能是相同的，而且都需由4顆硬碟組成。這種組法同時具備效能提升與資料備份的優點，只要不是「同組鏡射」的兩顆硬碟同時毀損，資料都可以救得回來。

RAID 2.3.4
這幾種RAID一直都沒有成為主流，也很少有硬體支援這幾種組法。它們都是由RAID 0改良而來，RAID 2是以位元為單位將資料分割寫入，並加入位元檢查用的錯誤修正碼(ECC)，並以「漢明碼」來作資料編碼，單一磁碟毀損時可以藉此將故障硬碟的所有資料還原回來。

RAID 3則是改用的方式作資料編碼，並獨立使用一顆硬碟來存放同位檢查用的資料。而RAID 4同樣是以「同位元檢查」編碼、獨立硬碟存放檢查碼，但是資料的分割改回用資料區塊為單位。這兩種方式都至少需要3顆硬碟。

RAID 5 (Parity RAID)
RAID 5是由RAID 2.3.4改良而來，終於成為比較普及的一種架構。 它先將原始資料與同位檢查位元作組合，再以位元為單位分散存放在所有硬碟中，因此不需多用一部硬碟來存放檢查碼。

但RAID 5實際上仍需一顆硬碟的容量來存放同位檢查碼，所以RAID整體的可用容量會等於總容量減去單顆硬碟容量，只是這個浪費的空間是分散在各顆硬碟中。

RAID 5因為是分散的存取架構，因此效能提升明顯，而且任何一顆硬碟毀損，都還可以救得回來。 雖有浪費一顆硬碟容量的缺點，但是跟RAID 10 / 01一半的容量浪費相比，RAID 5單顆容量換得的安全性可說是相當划算。
各種RAID架構比較表

RAID方案	硬碟數	可用容量	效能	安全性	主要應用
JBOD	大於2	全部	不變	幾乎等於0	容量至上
RAID 0	大於2	全部	最高	危險	追求效能的狂熱玩家
RAID 1	2	總容量的50%	稍有提升	最高	完全不能出錯的資料備份
RAID 0+1	4以上的偶數	總容量的50%	高	極高	同時需要備份和效能，且預算無上限
RAID 5	3以上	N-1顆	讀快寫慢	好	同RAID 0+1但預算限制

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出處：http://taiwan.cnet.com/cnetlife/digilife/0,2000079913,20102159-2,00.htm

最脆弱的RAID 0RAID 0不提供備援功能，因此即使它的效能表現突出，卻同時是最脆弱的一種RAID模式，任何一顆硬碟出狀況，整個系統就將毀於一旦。
由於RAID 0的架構是將資料分割成幾個小區塊，同時對所有硬碟作讀取、寫入的動作，因此讀寫效能都相當高。但只要其中任何一顆硬碟壞掉，馬上就會造成整個磁碟陣列無法正常讀取，也無法將資料重建回來了。

考慮同樣使用兩顆﹙或更多﹚硬碟的情境，在單碟模式運作下，兩顆硬碟其中之一出問題，完全不會影響存放在另一顆硬碟上的資料。而RAID 0就不是這樣了，如果將每顆硬碟的毀損機率視為相同，RAID 0出問題的機率將隨使用的硬碟數量而倍增。


備援功能測試

在這邊我們以兩顆硬碟組成的RAID 0作例子，正常狀態下開機切進RAID BIOS後，可以看到如下圖的顯示資訊(依RAID控制器不同畫面會有差異)，透過這裡提供的資訊，能讓我們掌握RAID的設定與健康情形。

最主要的RAID資訊顯示在RAID Volumes﹙陣列卷冊﹚，Name是我們建立RAID時自行賦予的名稱，為了方便辨別，我們將「RAID 0模式、使用硬碟(Disk)2顆 」的陣列命名為「R0D2」。

在RAID BIOS中檢視陣列狀態

Level顯示的是RAID模式，Strip是資料區塊分割的大小，Size是陣列的可用容量，Status是陣列系統的狀態，用來顯示陣列的「健康情形」，最後的Bootable則標示這個陣列是否為「可開機硬碟」。下方的Physical Disks﹙實體磁碟﹚列出連接在該RAID控制器上的所有實體硬碟。

Status為「Normal」的狀態表示陣列系統健康良好，可供正常使用。進入主機板的BIOS後，在設定開機硬碟順序的選單中，也可以見到我們建立的RAID 0陣列--「Intel R0D2」。

在BIOS開機選單中被視為單顆SCSI硬碟

如果有在作業系統中安裝Intel的RAID控制程式--Matrix Storage Console，也能Windows下檢視RAID的狀態，相關資訊跟在RAID BIOS中差不多。

Intel的RAID控制程式

我們不可能真的把一顆硬碟「弄壞」來作示範，所以直接將其中一顆硬碟的SATA排線拔掉來模擬這樣的狀況。開機之後在RAID BIOS的載入畫面中，陣列的狀態亮起了紅燈，「Failed」表示這個陣列已經失去了作用，既無法開機也不能重建了。

只要缺少一部硬碟，陣列卷冊就「Failed」(失效)了

嘗試開機可能出現的錯誤訊息1

嘗試開機可能出現的錯誤訊息2

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出處：SATA RAID備援功能大檢測 - Taiwan.CNET.com

RAID 1的相互備援RAID 1的鏡射架構等於時時都在做硬碟備份，以確保所有的資料都隨時存在兩顆硬碟中。所以兩顆硬碟視互為備援的關係，任何一顆硬碟毀損時，剩下的單顆硬碟仍可以正常開機。

使用RAID 1陣列模式時，寫入速度跟非RAID磁碟機沒有差別(或稍弱一些)。然而讀取時RAID 1能同時由兩顆硬碟抓取資料，所以整體效能還是稍有提升。在上次的測試中，我們也證實了這樣的效果，但這樣的效果，必須用一整顆硬碟的容量浪費來換取。


備援功能測試

標準的RAID 1是由兩顆硬碟組成，照我們的命名原則將「RAID 1模式、使用硬碟(Disk)2顆 」的陣列命名為「R1D2」，因為不需分割寫入資料，所以Strip項目顯示為N/A，而它的可用容量只有單顆硬碟的大小。

健康良好的RAID 1狀態

我們同樣將其中一條排線拔除，來模擬單顆硬碟毀損的狀況。重新開機後，在RAID BIOS載入畫面中，陣列的狀態亮起了黃燈，「Degraded」表示陣列中有成員硬碟損毀或遺失，因此「效能降低」而必須進行RAID重建的動作。

缺少一顆硬碟的RAID 1，狀態顯示為「效能降低」

如果不理會這樣的訊息，系統依然可以正常開機，進入Windows後也可以正常存取所有資料，絲毫不受單顆硬碟毀損的影響，這便是RAID備援功能的作用之一。

仍然可以正常開機

雖說少了一顆硬碟的RAID 1仍然可以正常運作，但如果兩顆硬碟是同廠牌、同型號、同批號，在完全相同的使用頻率下，其中一顆硬碟掛了，通常表示另一顆可能也是「大限將至」了。此時若沒有事先準備的「備援」硬碟可供更換，最好也要趕緊用其他設備將系統備份起來。

進入Windows後馬上出現警示文字

RAID系統的重建，在RAID BIOS或作業系統中都可以進行設定，但實際的重建動作都要在作業系統裡面進行。以RAID BIOS中的操作為例，當我們換上另一顆硬碟並重新開機後，系統就可以抓到新硬碟並建議進行重建。

選擇用來重建RAID的硬碟

注意此時RAID的狀態標示已經由「Degraded」變為「Rebuild」，表示RAID正處於「重建中」的狀態。整個重建過程其實也沒什麼必須設定的，開機後系統就會將資料鏡射到新硬碟中，重建工作是在背景中執行，並不會干擾正常的作業。

RAID狀態顯示為「重建中」

我們也可以事先安裝一顆「備援」專用硬碟，這顆硬碟平時是閒置的，但只要任何一顆硬碟出了毛病，系統就會自動將備援硬碟補上，並開始重建RAID系統。這樣的應用方式通常只在企業主機上看得到，對一般使用者來說，組RAID 1犧牲一顆硬碟容量已經夠浪費了，還要多準備一顆當備援，更是不太容易做到的事。

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出處：SATA RAID備援功能大檢測 - Taiwan.CNET.com

生命力超強的RAID 10RAID 10結合RAID 1與RAID 0的特色，同時採用分散與鏡射兩種架構來寫入資料，不僅可以提升存取效能，並允許「最多」兩顆硬碟毀損時，系統仍可正常運作。

在單顆硬碟毀損的情況下，系統100%不會有問題，一定可以維持運作。如果兩顆硬碟同時故障，那就不一定了，必須要是「非同組鏡射」的兩顆硬碟同時毀損，資料才救得回來。

假設原始資料是「AB」，RAID 10寫入時先將資料分為A跟B，再分別鏡射為A1、A2與B1、B2，英文字母相同的資料是完全相同的。所以在兩顆硬碟故障的狀況，只要不是含有A資料的A1、A2同時故障，或是含有B資料的B1、B2同時故障，都還可以將原始的「AB」讀回來。

像是A1+B1、A1+B2、A2+B1、A2+B2的故障組合，因為都不是「同組鏡射」的硬碟，RAID 10仍可「大難不死」，系統完全失效的機率比RAID 1更低。

然而RAID 10一項最大缺點，就是一次最少要用上4顆硬碟，而且也要浪費一半的總容量，也就是最少有2顆硬碟的容量無法使用到，是單位容量成本最高的一種RAID模式。


備援功能測試

RAID 10是由4顆以上的硬碟組成，且硬碟總數需為偶數。在使用4顆硬碟的情況下，馬上就有2顆硬碟的容量被浪費掉了。

RAID 10用去四顆硬碟，可用容量卻只有兩顆的大小

Intel RAID控制程式中的RAID 10組成狀態

我們將其中一顆硬碟的排線拔掉，RAID的狀態顯示「效能降低」，仍可正常開機運作。如果運氣不要太差，剛好拔到同組鏡射的兩顆硬碟，通常也會是「效能降低」的黃燈狀態，要完全把RAID 10搞掛掉並不容易。

缺少一顆硬碟的情形

缺少兩顆硬碟也沒關係

雖說RAID 10的生命力超強，但跟RAID 1的道理一樣，所有硬碟的使用頻率相同，只要其中一顆硬碟掛了，通常表示其他成員硬碟可能也活不久了，必須儘早做RAID重建或備分。

補上硬碟就能將RAID重建回來

只剩下兩顆硬碟還能運作的RAID 10，其實就像被打回無備援功能的RAID 0架構 ，只要任一硬碟再故障，所有資料還是無法救回來的。

只剩一顆硬碟的RAID 10，變成了失效的狀態

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出處：SATA RAID備援功能大檢測 - Taiwan.CNET.com

最具效益的RAID 5備援RAID 5使用一顆硬碟的容量來存放同位檢查碼，以提供陣列重建的功能，所以無論用幾顆硬碟組成，它都能在單顆硬碟損毀時，利用其他硬碟上存放的同位資料來重建系統。

在多顆硬碟的RAID應用中，RAID 5所提升的成本效益會更加明顯，跟RAID 10 / 01一半的容量浪費相比，RAID 5只花單顆容量就能換得同樣的備援性能。


備援功能測試

RAID 5最少要用3顆以上的硬碟組成，且沒有偶數硬碟的限制，無論使用幾顆硬碟，都只會缺少單顆容量。

完整的RAID 5狀態

跟其他有備援功能的RAID模式相同，如果只是黃燈的「Degraded」的效能降低狀態，系統仍可正常開機運作，完全不必擔心因硬碟故障而造成作業中斷。

RAID 5缺少單顆硬碟仍可運作

缺少一顆硬碟的情形

如果要重建RAID 5，同樣可以在RAID BIOS或作業系統裡操作。以作業系統中的RAID控制程式為例，我們將一顆狀態良好，而且容量大於或等於故障硬碟的新硬碟裝上，並將這顆新硬碟標示為「備援」，系統就會自動將它用來恢復原本的磁碟陣列。

將替換的硬碟標示為「備援」

清除新硬碟資料的提示訊息

在Intel RAID控制程式中，可以查看RAID的重建狀態與進度，RAID 5的重建速度會比RAID 1、RAID 10慢一些，但同樣都是在背景執行，也都不會干擾到正常作業的繼續進行。

RAID 5陣列會在背景作業中慢慢重建回來

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出處：SATA RAID備援功能大檢測 - Taiwan.CNET.com

結論具「備援功能」磁碟陣列的挑選重點，在於您準備花多少成本、買多少顆硬碟來組成RAID，在硬碟數固定的情況下，各種選擇方案就變得單純許多了。


具「備援功能」磁碟陣列的選擇方案：

「2顆硬碟」-- 沒什麼好挑的，只有RAID 1一種可用。﹙另類選擇，不怕麻煩的話，可以只使用單顆主硬碟，另一顆用來每天備份主硬碟﹚

「3顆硬碟」-- 同樣沒得挑，只有RAID 5可以選用。 ﹙另類選擇，不在乎犧牲容量的話，可以用兩顆組RAID 1，另一顆設定為備援使用﹚

「4顆硬碟」--有RAID 5與RAID 10可以選擇，重視效能與容量請選RAID 5，重視資料安全就選「RAID 10」。﹙另類選擇，用三顆組RAID 5，另一顆設定為備援使用﹚


磁碟陣列的「備援功能」特點：

1. 硬碟裡的資料不會只因單顆硬碟故障，就隨之完全消失殆盡。

2. 系統運作中，若單顆硬碟發生毀損，剩下的硬碟仍可維持系統運作。

3. 配合SATA的「熱拔插」功能，不需關機就可更換損壞的硬碟。

4. 事先安裝的備援硬碟，可以在成員硬碟故障時自動補上，並立刻進行重建。

5. 即使不立即換上新硬碟系統仍可正常運作，但整組RAID失效的風險已提高不少。

6. RAID重建的動作在背景執行，不會影響到其他程式的使用。

7. 備援功能無法防止中毒或誤刪資料，將硬碟資料另外作備份仍有其必要性。


RAID超級比一比(2~4顆硬碟)：

	成本 %	效能 %	容量 %	效能/成本 %	效能/成本(增加) %	容量/成本 %	可允許故障 硬碟數
單顆	100	100	100	100	n/a	100	0
RAID 0 (x2)	200	188	200	94	88	100	0
RAID 1 (x2)	200	102	100	51	2	50	1
RAID 0 (x3)	300	266	300	89	83	100	0
RAID 5 (x3)	300	150	200	50	25	67	1
RAID 0 (x4)	400	348	400	87	83	100	0
RAID 10 (x4)	400	179	200	45	26	50	1 or 2
RAID 5 (x4)	400	228	300	57	43	75	1