硬體磁碟陣列與軟體磁碟陣列
磁碟陣列，一般稱為「獨立磁碟冗餘陣列」，是一種將多個獨立的硬碟虛擬化成一個或多個陣列的方法，以提高效能、增加容量、增加容錯能力並提高可靠性。磁碟陣列可以透過硬體或軟體來實現。本文將解釋什麼是硬體磁碟陣列和軟體磁碟陣列，並詳細討論硬體磁碟陣列與軟體磁碟陣列之間的差異。此外，我們還將探討可用的不同磁碟陣列配置。
什麼是硬體磁碟陣列？
硬體磁碟陣列使用專用的磁碟陣列控制器來管理磁碟陣列配置。也就是說，磁碟陣列控制器獨立於作業系統（OS）管理和執行所有與磁碟陣列相關的任務。對於硬體磁碟陣列，磁碟陣列控制器配置實體陣列、虛擬磁碟並將其初始化以供使用。
此外，磁碟陣列控制器負責檢查磁碟的一致性並在實體磁碟之間分配資料。如果其中一個實體磁碟發生故障，磁碟陣列控制器負責重建故障陣列以確保資料一致性。
硬體磁碟陣列控制器是控制硬體磁碟陣列的裝置。通常，硬體磁碟陣列控制器會插入 PC 主機板的 PCIe 插槽中。磁碟陣列控制器通常支援多種不同的磁碟陣列配置。
現在我們已經探討了硬體磁碟陣列，接下來快速看一下軟體磁碟陣列。
什麼是軟體磁碟陣列？
真正的軟體磁碟陣列通常透過部署在作業系統上的軟體來執行。也就是說，軟體磁碟陣列也可以在作業系統之外使用基於 BIOS 的軟體磁碟陣列來執行。BIOS 軟體磁碟陣列是透過 BIOS 層級上的軟體進行配置的。無論磁碟陣列是透過作業系統還是 BIOS 配置，這兩種形式都被視為軟體磁碟陣列，並且兩者都會對系統的 CPU 造成負擔。這與硬體磁碟陣列不同，硬體磁碟陣列的處理是在獨立的磁碟陣列系統上進行的。
硬體磁碟陣列與軟體磁碟陣列有何區別？
硬體與軟體磁碟陣列的主要區別在於，軟體磁碟陣列是由軟體負責管理磁碟陣列，而硬體磁碟陣列則是系統中安裝一個專門的硬體，稱為磁碟陣列控制器來管理磁碟陣列。那些反對基於軟體的磁碟陣列的人認為，軟體磁碟陣列會增加 CPU 的負擔，降低系統的運算效能，因為主系統的處理能力被用於管理磁碟陣列。然而，這種說法被誇大了，尤其是在執行簡單的磁碟陣列應用程式時，例如 RAID 0 和 RAID 1。這是因為電腦的處理能力已經取得了長足的進步，而且 CPU 變得非常強大。因此，執行軟體磁碟陣列不會對系統效能產生明顯的影響。
軟體磁碟陣列（優缺點）
讓我們探討一下使用軟體磁碟陣列的一些優點和缺點。
軟體磁碟陣列的優點
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成本 – 軟體磁碟陣列相對於硬體磁碟陣列最大的優勢就是成本。由於您使用基於軟體的磁碟陣列，因此無需投資硬體磁碟陣列控制器，這樣您將節省金錢。
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處理能力 – 現今大多數系統都配備了強大的處理器，這使得它們能夠管理磁碟陣列而不會對系統效能產生明顯影響。
- 支援更多磁碟 – 軟體磁碟陣列支援比硬體磁碟陣列更多的磁碟。
軟體磁碟陣列的缺點
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速度 – 軟體式磁碟陣列有時比硬體式磁碟陣列慢。這是因為硬體磁碟陣列利用專用硬體來管理磁碟陣列配置。軟體磁碟陣列速度較慢，因為 CPU 負責執行作業系統、應用程式和管理磁碟陣列。因此，它會降低主系統的效能。
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相容性 – 軟體磁碟陣列不適用於不同作業系統共享的磁碟。
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支援 – 某些作業系統僅支援有限的磁碟陣列配置。對於所有配置，您應該投資一個不錯的磁碟陣列控制器。
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替換 – 使用軟體磁碟陣列更換故障磁碟可能相當複雜。
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遷移 – 磁碟陣列只能在單一系統上實現，這使得將磁碟陣列遷移到不同的作業系統甚至相同作業系統的其他版本變得困難。
- 演算法 – 軟體磁碟陣列需要良好的演算法才能達到不錯的效能。如果沒有良好的演算法，軟體磁碟陣列的效能將會受到影響。
硬體磁碟陣列（優缺點）
讓我們探討一下硬體磁碟陣列的一些優點和缺點。
硬體磁碟陣列的優點
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效能 – 硬體磁碟陣列通常比軟體磁碟陣列更快，因為它擁有專門的磁碟陣列系統，獨立於作業系統（OS）管理磁碟陣列，這意味著它不會拖慢主系統的速度，因為磁碟陣列處理從主系統卸載到專用的磁碟陣列控制器卡。硬體磁碟陣列對於處理能力有限的傳統設備尤其有益。這是因為附加的磁碟陣列控制器將承擔管理磁碟陣列的任務，這意味著系統 CPU 的負擔會減輕。
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額外配置 – 硬體磁碟陣列通常比軟體磁碟陣列提供更多配置。主機板通常只提供少量選項，因此投資硬體磁碟陣列卡將為您提供額外的磁碟陣列配置，否則您將無法使用。
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相容性 – 硬體磁碟陣列在不同作業系統之間提供比軟體磁碟陣列更好的相容性。例如，如果您打算從兩個不同的作業系統（如 Mac 和 Windows）存取您的磁碟陣列系統，您最好選擇硬體磁碟陣列配置。
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較少使用系統資源 – 硬體磁碟陣列在執行備份和恢復操作時對系統的壓力較小。這是因為這些過程由一個專用的磁碟陣列系統處理，該系統不會對主系統的 CPU 造成壓力。
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電池備援 – 硬體磁碟陣列在斷電時提供資料丟失和資料損壞的保護，因為磁碟陣列卡通常有電池保護快取和記憶體。
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病毒 – 硬體磁碟陣列卡不受病毒影響，因為磁碟陣列系統完全獨立於主機系統。
- 加密 – 新的磁碟陣列控制器附帶基於硬體的加密機制，以保護磁碟上的資料。
硬體磁碟陣列的缺點
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成本 – 硬體磁碟陣列卡比軟體磁碟陣列更昂貴，因為您必須投資專用硬體來管理您的磁碟陣列。軟體磁碟陣列不需要額外的硬體，使其成為更便宜的替代方案。
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更換磁碟陣列卡 – 與使用專用磁碟陣列卡相關的另一個缺點是磁碟陣列控制器故障時。如果磁碟陣列控制器故障，您將需要找到相容的磁碟陣列卡來替換它，以維持您先前的配置。
- 瓶頸 – 系統的效能可能會受到磁碟陣列卡效能的瓶頸。
磁碟陣列有哪些不同的配置？
兩種最受歡迎的磁碟陣列配置是 RAID 0 和 RAID 1。如果您使用這兩種磁碟陣列配置中的任何一種，您不會注意到使用軟體或硬體磁碟陣列之間有顯著差異。我們現在將討論最受歡迎的磁碟陣列配置。
1. RAID 0 （磁碟分條）
RAID 0 稱為磁碟分條或分條磁碟區，它涉及將資料分成區塊，並將資料區塊分散到多個儲存裝置上。這會導致單一檔案的內容被分條到多個磁碟上，從而提高資料寫入速度。然而，效能的提升伴隨著成本。這是因為如果陣列中的一個磁碟發生故障，所有資料都會丟失，因為資料會跨多個磁碟進行分條（分佈）。RAID 0 是從儲存裝置中榨取最高效能的理想選擇。然而，RAID 0 僅應用於非關鍵資料儲存。例如，如果您有一個用於編輯影片的系統，您可以使用 RAID 0，因為它在讀寫資料方面提供了效能提升。但是，您不應該儲存關鍵資訊，因為一個磁碟的故障將導致您丟失所有資料。
2. RAID 1 （磁碟鏡像）
RAID 1 又稱作「鏡像 (mirroring)」，它涉及將一個硬碟上的資料複製到另一個硬碟上以進行備援。RAID 1 非常適合將資料備份到另一個硬碟，讓您能夠在陣列中的單一硬碟故障時還原資料。簡而言之，RAID 1 涉及將相同的資料寫入兩個硬碟中。如果其中一個硬碟故障，RAID 控制器可以使用正常的硬碟將資料複製到新的硬碟中，從而使資料復原快速又簡單。
這使得 RAID 1 非常適用於關鍵資料，因為即使其中一個硬碟故障，您也將始終擁有備份。話雖如此，使用 RAID 1，您的硬碟容量將是總硬碟容量的一半，因為相同的資料會寫入兩次。例如，如果您在系統中安裝兩個 500GB SSD 並選擇 RAID 1 陣列，則系統將會看到一個 500GB 硬碟，同時將相同的資料寫入兩個儲存裝置。
再次強調，如果其中一個硬碟故障，RAID 1 會立即將資料儲存在第二個硬碟上，讓您的系統能夠持續運作而不會遇到任何停機時間，因此非常實用。
此外，RAID 1 的另一個優點是資料讀取速度的增加。這是因為您的系統可以同時從兩個硬碟讀取相同的資料，從而提高了系統的讀取速度。不幸的是，寫入速度沒有增加，因為您的系統必須先將資料寫入一個硬碟，然後再將資料鏡像到第二個硬碟上。
3. RAID 5 (帶同位元碼的等量分散)
RAID 5 需要三個或更多硬碟。它使用 RAID 同位元碼來保護您的資料，同時為您提供效能提升。RAID 5 將資料儲存在多個硬碟上，讓系統可以從多個硬碟讀取資料。然而，在 RAID 5 設定中，您將會損失一個硬碟的容量。例如，如果您增加三個硬碟，RAID 5 將跨硬碟等量分散資料，並將同位元碼儲存在所有三個硬碟中，將資料分散在所有三個硬碟中。如果三個硬碟中的任何一個發生故障，資料也不會遺失，因為 RAID 控制器可以使用 RAID 同位元碼 (額外資料) 來重建遺失在其中一個硬碟上的資料。當然，為了儲存同位元碼資料，您需要犧牲單個硬碟的儲存空間。因此，RAID 5 至少需要三個硬碟才能運作。
4. RAID 6 (帶雙同位元碼的等量分散)
RAID 6 就像 RAID 5，但它至少需要四個硬碟才能運作。這是因為它使用兩組同位元碼資料，而不是 RAID 5 使用的一組，讓 RAID 6 能夠承受兩個硬碟的損失，而組織不會遺失任何資料。話雖如此，您的兩個硬碟同時發生故障的可能性很低，但如果真的發生了，您也不會遺失任何資料，因為您的系統可以重建故障硬碟上的資料。因此，如果您希望為資料提供更多的備援和安全性，您應該使用 RAID 6 設定，因為它比 RAID 5 更安全。此外，RAID 6 比 RAID 5 提供更快的讀取速度，因為資料儲存在更多的硬碟上，讓系統能夠同時讀取資料，從而提高讀取速度。
5. RAID 10 (結合了 RAID 1 和 RAID 0)
RAID 10 結合了 RAID 1 和 RAID 0，創建了一個混合 RAID 設定。它透過跨每組硬碟等量分散資料並將資料鏡像到第二組硬碟上來提供安全性，為組織提供兩全其美的解決方案。如果任何硬碟發生故障，RAID 可以非常快速地重建硬碟，因為資料只需要從倖存的鏡像硬碟中複製。話雖如此，您將損失一半的硬碟儲存空間，因為您的資料會被鏡像，這使得 RAID 10 比 RAID 5 和 RAID 6 更昂貴。
原始容量與可用容量
使用 RAID 時，您應該注意，您的硬碟原始容量與可用於儲存資料的可用容量之間可能存在差異。您將擁有的可用儲存空間取決於您決定使用的 RAID 級別。例如，如果您使用 RAID 1，雖然它非常適合保護您的資料，但您將損失一半的硬碟容量。例如，如果您有兩個 1TB 硬碟，總原始容量為 2TB，您將剩下 1TB 的可用儲存容量。
話雖如此，使用 RAID 0 時，您不會損失任何資料，因為資料在兩個硬碟上都是等量分散的，這使得您的可用容量與原始容量相同。然而，缺點是如果其中一個硬碟發生故障，您將損失所有資料。
使用 RAID 5 時，您至少需要三個硬碟。當使用 RAID 5 時，如果您有三個硬碟，您將損失其中一個硬碟的容量，因為部分儲存空間將用於儲存同位元碼。同位元碼儲存在所有磁碟上，以便在其中一個磁碟發生故障時可以重建資料。例如，如果您將三個 1TB 硬碟放入 RAID 5 中，總原始容量為 3TB，您將剩下 2TB 的可用容量。
RAID 6 與 RAID 5 類似，但有一個區別，RAID 6 使用兩個同位元碼，而不是一個。RAID 6 至少需要四個硬碟，並且可以同時承受兩個硬碟的損失。例如，如果您有 5 個 1TB 硬碟，提供總共 5TB 的原始容量，則 2 個磁碟的同位元碼資料將不可用，提供總共 3TB 的可用容量。
常見問題 (FAQs)
1. RAID 需要多少顆硬碟？
對於 RAID 0 和 RAID 1，您至少需要兩個硬碟才能運作。然而，對於 RAID 5，您至少需要三個硬碟。對於 RAID 6，您至少需要四個硬碟。您需要的硬碟或固態硬碟數量取決於您使用的 RAID 類型。
2. 哪種 RAID 提供最快的讀寫速度？
RAID 0 是最快的 RAID 類型；然而，它只應用於非關鍵資料，因為如果其中一個硬碟故障，您將損失所有資料。這是因為資料在兩個硬碟上都是等量分散的，所以一個硬碟的損失等於所有資料的損失。
3. 哪種 RAID 提供最佳儲存容量？
RAID 0 提供最佳儲存容量，因為沒有備援，也沒有理由鏡像資料。相反，RAID 0 只將資料等量分散到兩個硬碟上，讓組織能夠充分利用所有硬碟的全部儲存容量。然而，RAID 0 不應用於關鍵任務資訊，因為即使一個硬碟故障也會導致資料完全丟失。
4. RAID 0 或 RAID 1 哪個更好？
最適合您工作負載的選項取決於您對 RAID 配置的期望。RAID 0 提供極快的資料傳輸速度，但不提供容錯功能，也不提供資料備援。另一方面，RAID 1 提供鏡像功能，允許將相同的資料儲存在兩個硬碟上。在兩個硬碟上儲存資料確實可以提高資料讀取速度；然而，為了鏡像資料，它會導致一半的資料儲存空間損失。但是，在寫入速度方面，RAID 1 比 RAID 0 慢，因為資料必須寫入兩次以進行鏡像。
5. RAID5 會損失多少儲存空間？
如果您為 RAID 5 配置添加三個硬碟，您將損失一個儲存硬碟的容量。因此，如果您添加三個 2TB 硬碟，總容量為 6TB，如果您選擇 RAID 5 配置，您將損失 2TB 的容量。
6. 哪種 RAID 最好？
如果您想要效能和備援，您應該使用 RAID 5 配置您的系統。備援功能可用，因為您的系統可以在不損失任何資料的情況下承受一個硬碟的損失。
7. 什麼是 Intel 晶片組 RAID？
Intel 晶片組 RAID 是一種基於韌體的 RAID 解決方案，內建於大量的 Intel 晶片組中。它能夠支援 RAID 0、1、5 和 10。
