服务器磁盘阵列是什么意思，服务器怎么做磁盘阵列系统

***：服务器磁盘阵列是由多个磁盘组合成的大容量存储设备，通过特定技术提高存储性能、可靠性和数据安全性。它有多种级别，如RAID 0、RAID 1等，各自具备不同特性。要做服务器磁盘阵列系统，首先需根据需求选择合适的磁盘阵列级别，然后准备好相应的服务器硬件，包括磁盘等组件。接着进入服务器BIOS或使用专门的磁盘阵列管理工具进行设置，如创建逻辑卷、设置磁盘读写策略等操作。

《服务器磁盘阵列系统全解析：构建、原理与应用》

一、服务器磁盘阵列的含义

（一）基本概念

服务器磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID）是一种将多个独立的磁盘组合成一个逻辑磁盘单元的技术，通过这种组合，可以提高数据存储的性能、可靠性和容量，它利用特定的算法将数据分布存储在多个磁盘上，并且根据不同的RAID级别提供不同的数据冗余和性能提升策略。

（二）RAID的主要目标

1、提高性能

- 数据读写速度的提升，在RAID 0中，通过将数据分散存储在多个磁盘上，可以实现并行读写操作，如果有两块磁盘组成RAID 0，当系统需要读取数据时，可以同时从两块磁盘读取不同部分的数据，从而大大提高了读取速度，对于频繁进行大文件读写的服务器应用，如视频编辑服务器或者大型数据库服务器的日志文件存储部分，这种性能提升非常明显。

- 减少磁盘I/O瓶颈，在单个磁盘的情况下，磁盘的读写头需要不断地在磁盘表面移动来定位数据，这会造成I/O等待时间，而在磁盘阵列中，多个磁盘协同工作，可以分散I/O请求，减少单个磁盘的I/O负载，提高整体的I/O效率。

2、数据冗余与可靠性

- 数据保护，在RAID 1等冗余级别中，数据会被镜像存储在多个磁盘上，在一个由两块磁盘组成的RAID 1阵列中，一块磁盘上的数据会完全复制到另一块磁盘上，这样，当其中一块磁盘出现故障时，另一块磁盘上的数据仍然可以正常使用，确保了数据的完整性和可用性，这种冗余机制对于存储重要数据的服务器，如企业的财务数据库服务器、医疗数据存储服务器等至关重要。

- 容错能力，更高层次的RAID，如RAID 5和RAID 6，不仅可以在单个磁盘故障时保持数据的可用性，还可以在多个磁盘故障（RAID 6可容忍两块磁盘故障）的情况下继续提供数据访问，这对于一些不能轻易停机进行磁盘更换和数据恢复的关键服务器应用场景非常有用。

（三）RAID与服务器的关系

服务器作为企业网络中的核心设备，存储着大量的关键数据并且需要持续稳定地为客户端提供服务，磁盘阵列技术为服务器提供了一种高效、可靠的数据存储解决方案，不同类型的服务器根据其业务需求可以选择不同的RAID级别，对于Web服务器，其主要存储的是静态网页文件和一些日志文件，可能更注重读取速度，RAID 0或者RAID 10可能是比较合适的选择；而对于文件服务器，需要存储大量的用户文件并且要保证数据的安全性，RAID 5或者RAID 6可能更符合要求。

二、常见的RAID级别及其特点

（一）RAID 0

1、工作原理

- RAID 0采用条带化（Striping）技术，将数据分成固定大小的块（称为条带），然后依次交替地存储在阵列中的各个磁盘上，如果有两块磁盘组成RAID 0，数据块1存储在磁盘1上，数据块2就存储在磁盘2上，数据块3又存储在磁盘1上，以此类推，这种方式使得多个磁盘可以同时进行读写操作，从而提高了数据传输率。

2、性能特点

- 读写速度快，由于数据是并行存储和读取的，理论上，RAID 0的读写速度是组成阵列的单个磁盘速度之和，如果单个磁盘的读取速度为100MB/s，两块磁盘组成的RAID 0的读取速度可以达到200MB/s，这对于需要高速读写大量数据的应用，如视频流服务器或者大型游戏服务器的资源文件存储非常有利。

3、数据冗余

- 没有数据冗余，RAID 0是所有RAID级别中唯一不提供数据冗余的级别，这意味着如果阵列中的任何一块磁盘出现故障，整个阵列中的数据都将丢失，在一个由两块磁盘组成的RAID 0阵列中，如果磁盘1损坏，由于数据是条带化存储的，数据块1、3、5等部分丢失，整个文件将无法恢复。

（二）RAID 1

1、工作原理

- RAID 1采用镜像（Mirroring）技术，将数据完全复制到阵列中的另一块磁盘上，也就是说，对于每一个写入操作，数据会同时被写入两块磁盘（假设是两块磁盘组成的RAID 1），当有新的数据写入磁盘1时，相同的数据也会被写入磁盘2，使得两块磁盘上的数据完全相同。

2、性能特点

- 读取速度有提升，因为数据可以从两块磁盘中的任何一块读取，在某些情况下可以实现并行读取，如果有一个读取请求，系统可以根据磁盘的负载情况选择从磁盘1或者磁盘2读取数据，这样可以提高读取效率，不过，写入速度相对较慢，因为每次写入都要同时写入两块磁盘，会增加写入的时间成本。

3、数据冗余

- 数据冗余度高，RAID 1提供了完全的数据冗余，如果阵列中的一块磁盘出现故障，另一块磁盘上的数据仍然可以正常使用，在一个由两块磁盘组成的RAID 1阵列中，如果磁盘1故障，系统可以自动切换到磁盘2进行数据读取和写入操作，不会造成数据丢失，这种冗余机制使得RAID 1非常适合存储重要数据，如企业的核心业务数据库。

（三）RAID 5

1、工作原理

- RAID 5采用分布式奇偶校验（Distributed Parity）技术，它将数据和奇偶校验信息以条带化的方式分布在阵列中的各个磁盘上，对于一个由三块磁盘组成的RAID 5阵列，数据块1存储在磁盘1上，数据块2存储在磁盘2上，而奇偶校验块（根据数据块1和数据块2计算得出）则存储在磁盘3上，对于下一组数据，数据块3存储在磁盘1上，数据块4存储在磁盘2上，新的奇偶校验块存储在磁盘3上，以此类推。

2、性能特点

- 读写性能较为平衡，读取性能较好，因为可以从多个磁盘并行读取数据，写入性能虽然比RAID 0要慢一些，但比RAID 1要好，在写入数据时，除了要写入数据本身，还需要计算和写入奇偶校验信息，不过，由于奇偶校验信息是分布式的，多个磁盘可以分担这个计算和写入的任务，所以写入速度不会太慢。

3、数据冗余

- 可以容忍单块磁盘故障，当阵列中的一块磁盘出现故障时，系统可以利用其余磁盘上的数据和奇偶校验信息重新构建出故障磁盘上的数据，在一个由三块磁盘组成的RAID 5阵列中，如果磁盘1故障，系统可以根据磁盘2和磁盘3上的数据以及奇偶校验信息计算出磁盘1上的数据，从而保证数据的可用性。

（四）RAID 6

1、工作原理

- RAID 6在RAID 5的基础上进一步扩展了数据冗余能力，它采用双分布式奇偶校验（Dual - Distributed Parity）技术，将两组奇偶校验信息分布在阵列中的各个磁盘上，这样，即使有两块磁盘同时出现故障，系统仍然可以利用剩下磁盘上的数据和奇偶校验信息恢复出故障磁盘上的数据。

2、性能特点

- 读取性能与RAID 5类似，但写入性能会稍慢一些，因为需要计算和写入两组奇偶校验信息，增加了写入操作的复杂性和时间成本，不过，在对数据安全性要求极高的应用场景中，RAID 6的这种性能牺牲是值得的。

3、数据冗余

- 可以容忍两块磁盘故障，这使得RAID 6比RAID 5更具容错能力，在一个由四块磁盘组成的RAID 6阵列中，如果磁盘1和磁盘2同时故障，系统仍然可以根据磁盘3和磁盘4上的数据以及两组奇偶校验信息恢复出磁盘1和磁盘2上的数据。

（五）RAID 10

1、工作原理

- RAID 10是RAID 1和RAID 0的组合，它先将磁盘两两组成镜像对（RAID 1），然后再将这些镜像对组成条带化阵列（RAID 0），有四块磁盘，先将磁盘1和磁盘2组成一个RAID 1镜像对，磁盘3和磁盘4组成另一个RAID 1镜像对，然后将这两个镜像对组成一个RAID 0阵列。

2、性能特点

- 读写速度快，由于继承了RAID 0的条带化技术，数据可以并行读写，提高了读写速度，由于RAID 1的镜像机制，数据冗余度高，保证了数据的安全性，它在读写性能和数据冗余方面取得了较好的平衡，适合对性能和数据安全都有较高要求的服务器应用，如企业的核心交易服务器。

3、数据冗余

- 可以容忍单个磁盘故障，如果在一个由四块磁盘组成的RAID 10阵列中，其中一块磁盘故障，由于有镜像对的存在，数据仍然可以正常使用，并且可以在方便的时候更换故障磁盘。

三、服务器磁盘阵列的构建过程

（一）硬件准备

1、磁盘选择

- 磁盘类型，根据服务器的应用需求和预算选择合适的磁盘类型，常见的磁盘类型有机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD），机械硬盘容量大、价格相对较低，但读写速度相对较慢；固态硬盘读写速度快，但容量相对较小且价格较高，对于对读写速度要求极高的服务器，如高性能计算服务器，可以选择固态硬盘组成磁盘阵列，而对于需要大容量存储且对读写速度要求不是特别高的文件服务器，可以选择机械硬盘。

- 磁盘数量，不同的RAID级别对磁盘数量有不同的要求，RAID 0至少需要两块磁盘，RAID 1至少需要两块磁盘，RAID 5至少需要三块磁盘，RAID 6至少需要四块磁盘，RAID 10至少需要四块磁盘，在选择磁盘数量时，要考虑到服务器的存储容量需求、性能需求以及未来的扩展需求。

- 磁盘接口，常见的磁盘接口有SATA、SAS和NVMe等，SATA接口的磁盘成本低、应用广泛，但传输速度相对较慢；SAS接口的磁盘性能较好、可靠性高，常用于企业级服务器；NVMe接口的磁盘专为固态硬盘设计，读写速度极快，适合对性能要求极高的服务器应用，在构建磁盘阵列时，要确保所有磁盘的接口类型与服务器的磁盘控制器兼容。

2、磁盘控制器

- 磁盘控制器是连接磁盘和服务器主板的关键设备，它负责管理磁盘的读写操作和数据传输，在选择磁盘控制器时，要考虑其支持的RAID级别、传输速度、缓存大小等因素，一些高端的磁盘控制器支持多种RAID级别，并且具有较大的缓存，可以提高磁盘阵列的读写性能，要确保磁盘控制器与服务器的主板和磁盘接口兼容。

（二）软件配置（以基于操作系统的软件RAID为例）

1、安装操作系统

- 在服务器上安装合适的操作系统，常见的服务器操作系统有Windows Server、Linux等，不同的操作系统对磁盘阵列的支持有所不同，Windows Server操作系统提供了简单易用的磁盘管理工具，可以方便地创建和管理磁盘阵列；Linux操作系统则提供了多种命令行工具，如mdadm命令，用于创建和管理RAID阵列。

2、创建磁盘阵列

- 在Windows Server中

- 打开磁盘管理工具，在服务器管理器中找到磁盘管理选项，进入磁盘管理界面。

- 初始化磁盘，如果是新添加的磁盘，需要先进行初始化操作，选择合适的分区样式，如MBR或GPT。

- 选择RAID级别并创建阵列，右键单击未分配的磁盘空间，选择“新建卷”，在创建卷的过程中，可以选择RAID 0、RAID 1等不同的RAID级别，按照向导提示完成磁盘阵列的创建。

- 在Linux中

- 使用mdadm命令，要创建一个RAID 5阵列，首先要确保已经安装了mdadm工具，使用命令“mdadm - - create /dev/md0 - - level = 5 - -raid - devices = 3 /dev/sda1 /dev/sdb1 /dev/sdc1”，/dev/md0”是创建的RAID阵列设备名，“--level = 5”表示RAID 5级别，“--raid - devices = 3”表示使用3个磁盘设备（/dev/sda1、/dev/sdb1、/dev/sdc1）。

- 格式化和挂载，创建好RAID阵列后，需要对其进行格式化，如使用“mkfs.ext4 /dev/md0”命令将其格式化为ext4文件系统，然后使用“mount”命令将其挂载到指定的目录下，以便服务器可以使用该磁盘阵列存储数据。

（三）测试与优化

1、性能测试

- 使用工具进行测试，在Windows Server中，可以使用DiskMark等工具来测试磁盘阵列的读写性能；在Linux中，可以使用iozone等工具，通过性能测试，可以了解磁盘阵列是否达到预期的性能目标，如果构建的是RAID 0阵列，预期读写速度会有显著提高，如果测试结果显示读写速度没有明显提升，可能需要检查磁盘连接、磁盘控制器设置或者操作系统的磁盘驱动是否存在问题。

2、优化措施

- 调整磁盘控制器设置，根据性能测试结果，可以调整磁盘控制器的缓存策略、预读设置等参数来提高磁盘阵列的读写性能，增大磁盘控制器的缓存大小，可以减少磁盘的I/O操作，提高数据的读写速度。

- 优化操作系统设置，在操作系统层面，可以调整文件系统的块大小、内存缓存等设置来优化磁盘阵列的性能，对于大文件存储较多的磁盘阵列，可以适当增大文件系统的块大小，提高文件读写效率。

四、磁盘阵列系统的维护与管理

（一）磁盘故障处理

1、故障检测

- 监控工具，服务器通常配备有磁盘监控工具，可以实时监测磁盘的健康状态，在Windows Server中，可以使用服务器管理器中的磁盘管理工具查看磁盘状态；在Linux中，可以使用smartctl等工具来监测磁盘的SMART信息（Self - Monitoring, Analysis and Reporting Technology），通过SMART信息可以提前发现磁盘的潜在故障，如磁盘的坏道、温度过高、电机转速异常等情况。

2、故障应对

- 当检测到磁盘故障时，如果是在有冗余机制的RAID阵列（如RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 10）中，系统通常可以继续正常运行，但需要尽快更换故障磁盘，在更换磁盘时，要确保新磁盘的型号、容量等参数与原磁盘相同或兼容，在Windows Server中，可以使用磁盘管理工具中的“修复卷”功能来重新构建磁盘阵列；在Linux中，可以使用mdadm命令来添加新磁盘并重建阵列，mdadm - - add /dev/md0 /dev/sdd1”（假设/dev/sdd1是新添加的磁盘）。

（二）数据备份与恢复

1、备份策略

- 定期备份，对于服务器磁盘阵列中的数据，应该制定定期备份策略，备份的频率可以根据数据的重要性和变化频率来确定，对于企业的核心数据库，可能需要每天甚至每小时进行备份；而对于一些相对静态的文件服务器数据，可以每周进行备份，备份的介质可以选择磁带、外部硬盘或者网络存储设备。

- 全量备份与增量备份，全量备份是指对磁盘阵列中的所有数据进行备份，这种备份方式数据完整性好，但备份时间长、占用空间大，增量备份则是只备份自上次备份以来发生变化的数据，备份速度快、占用空间小，但恢复数据时需要结合全量备份和多次增量备份，可以根据实际情况选择合适的备份策略，如每周进行一次全量备份，每天进行增量备份。

2、恢复操作

- 在数据丢失或磁盘阵列出现故障时，需要进行数据恢复操作，如果是由于磁盘故障导致数据丢失，在更换磁盘并重建阵列后，可以从备份介质中恢复数据，在Windows Server中，可以使用备份和还原工具来恢复数据；在Linux中，可以使用相应的备份恢复命令，如restore命令（如果是使用dump命令进行备份的情况），在恢复数据时，要按照备份的顺序进行操作，确保数据的完整性和准确性。

（三）容量扩展

1、硬件扩展

- 当磁盘阵列的存储容量不足时，可以考虑进行硬件扩展，如果是基于磁盘控制器支持的扩展，可以直接添加新的磁盘到现有的阵列中，在RAID 5阵列中，在磁盘控制器支持的情况下，可以添加一块新磁盘来增加阵列的容量，在添加新磁盘时，要遵循磁盘阵列的扩展规则，不同的RAID级别有不同的扩展方式。

2、软件操作

- 在Windows Server中，需要使用磁盘管理工具进行容量扩展操作，对于动态磁盘上的磁盘阵列，可以通过扩展卷的功能来增加容量，在Linux中，可以使用mdadm命令来扩展RAID阵列的容量，对于一个RAID 5阵列，在添加新磁盘后，可以使用命令“mdadm - - grow /dev/md0 - -raid - devices = 4”（假设添加新磁盘后阵列中的磁盘数量变为4）来扩展阵列的容量，然后再使用文件系统的扩展命令（如对于ext4文件系统，可以使用resize2fs命令）来扩展文件系统的容量，使服务器能够使用新增的磁盘空间。

服务器磁盘阵列系统是服务器数据存储的重要组成部分，通过合理选择RAID级别、正确构建、有效的维护和管理，可以提高服务器的性能、可靠性和数据安全性，满足企业不同的业务需求。