波仔
☁️ 第四章 构建云服务的技术
📄 一句话概括

数据中心用的存储，核心是三件事：RAID 把多块盘拼成一块又大又不那么容易丢的盘、多路径让服务器到存储的连线断一条也不影响、快照让数据能回到某一时刻；而这三件事之所以都属于【虚拟化的配套】，是因为虚拟机要能被搬走，它的磁盘就不能长在某一台机器上。

📝 本节和前面几节的关系

网络的虚拟化讲完了（4-11 ~ 4-13），这一节转向存储。

第一章的 云服务的存储设备 已经讲过三种连接方式（DAS／SAN／NAS）——那一节讲的是【存储怎么接】，这一节讲接上之后在存储这一侧要做什么（RAID、多路径、快照）。两节合起来，才是数据中心存储的完整画面。

一、为什么存储是虚拟化必须配的一环

先把这件事的因果说清楚，否则会把 RAID 当成一个孤立的知识点。

虚拟化带来了一个能力：虚拟机可以从一台物理机搬到另一台（这台机器要维护、要升级、要换硬件时）。而这件事能不能做，取决于一个前提：

虚拟机的磁盘文件，必须在【两台物理机都能看到】的地方。

所以【共享存储】不是可选件，是虚拟化集群的必需品。 而以下三件事，正是共享存储这一侧必须做好的：

要解决什么 手段 不做会怎样
单块盘会坏 RAID 一块盘坏就全完
单条线会断 多路径 一条链路故障就断连
数据会被误改误删 快照 只能事后恢复备份，丢掉一段时间的数据

二、RAID：把多块盘拼成一块

RAID 的本质是用多块盘换【更大的容量】或【更高的可靠性】或【更快的速度】——三者只能选两个：

级别 可用容量 可坏几块盘 特点
RAID 0 32 TB 0 块 最快、最危险，任意一块坏就全丢
RAID 1 16 TB 1 块 镜像，容量只用一半
RAID 5 28 TB 1 块 最常用的折中，写性能受校验影响
RAID 6 24 TB 2 块 多一份校验，重建期间更安全
RAID 10 16 TB 最多 4 块 镜像加条带，性能与安全兼顾

（这是 8 块 4 TB 盘的例子，下面 Demo 里有完整算式。）

这张表里最需要理解的是 RAID 5 和 RAID 6 的取舍：

为什么 RAID 6 变重要了：因为盘越来越大，重建越来越慢。一块 4 TB 的盘重建要几个小时，这几小时里阵列处于【无保护】状态——盘越大，这个窗口越长，第二次故障的概率就越高。所以在大容量盘上，RAID 6 的额外代价变得值得。

三、动手 Demo：算清容量与容错

看到什么算成功：

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【Demo 14】面向数据中心的存储：RAID 把八块盘变成一块
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  用 8 块 4 TB 硬盘做例子，看几种 RAID 各自的容量与容错。

  级别          可用容量      可坏几块盘    特点
  --------------------------------------------------------------------------------------------
  RAID 0        32 TB         0 块          最快、最危险，任意一块坏就全丢
  RAID 1        16 TB         1 块          镜像，容量只用一半
  RAID 5        28 TB         1 块          最常用的折中，写性能受校验影响
  RAID 6        24 TB         2 块          多一份校验，重建期间更安全
  RAID 10       16 TB         最多 4 块     镜像加条带，性能与安全兼顾
  --------------------------------------------------------------------------------------------
  容量是这么算出来的（8 块 × 4 TB = 32 TB 原始）：

    RAID 0：32 × 8/8   = 32 TB
    RAID 1：32 × 4/8   = 16 TB
    RAID 5：32 × 7/8   = 28 TB（少一块校验盘）
    RAID 6：32 × 6/8   = 24 TB（少两块校验盘）
    RAID 10：32 × 4/8  = 16 TB（镜像掉一半）

  数据中心里另外两件事配套出现：
    多路径：服务器到存储之间接两条以上的线，一条断了不影响使用
    快照：某一时刻的数据副本，出问题能回到那一刻（注意它不是备份，
          因为和原数据在同一套存储里，存储整体损坏时一起丢）

读结果：

30 秒实验

在 Windows 上打开【磁盘管理】（或 Linux 上 cat /proc/mdstat、macOS 上 diskutil list），做一件事：

看有没有任何一个卷的容量【小于它所用物理盘的容量之和】。

比如：两块 1 TB 硬盘组成了 1 TB 的卷——那说明它用了镜像（RAID 1 类）；如果组成了 2 TB，那说明它在用容量换速度或备份。

做完这个你会看到一个具体事实：RAID 的代价是【你看得见的容量】换成【你看不见的可靠性】——它不会出现在任何界面上的醒目位置，只在某一块盘坏掉的那天才体现出价值。

常见误区

  1. 错误：有了 RAID，数据就安全了。——纠正：RAID 防的是【盘坏】，不是【数据丢】。它会原样保存你所有的错误——误删文件的动作也会被同步到所有盘上；病毒加密的文件也一样。RAID 提供的叫【可用性】，不叫【备份】。这两件事的差别在出事那天会变得非常清楚。

  2. 错误：快照就是备份，可以拿它来恢复数据。——纠正：快照解决的是【快】，不是【安全】。它确实能在几秒内把数据恢复到某个时刻，而且对性能影响小——所以它是应对【刚改错了、马上要回来】这类问题的好工具。但它与原数据通常在同一套存储里，这套存储整体损坏、被攻击、被误删时，快照一起丢。所以正规做法是：快照用来应急，备份用来保命，缺一不可。

  3. 错误：既然 RAID 5 最常用，那就所有场景都用 RAID 5。——纠正：RAID 级别要按【数据的重要程度】和【读写特征】分别选。数据库这类随机写密集的负载，RAID 5 的写惩罚明显（每次写都要读旧数据、算校验、写新数据与校验），往往选 RAID 10；归档类冷数据写入少、要容量，RAID 6 更合适；而系统盘、临时盘这些【坏了重建就行】的，RAID 0 反而合理。没有通用答案，只有匹配。

  4. 错误：多路径只是多接一根线，是做冗余用的。——纠正：它同时还提升性能。因为多条链路可以同时传输，带宽是叠加的（具体怎么分看算法）。所以多路径既保可用性（断一条不影响），又提高吞吐——这是【冗余部件】里少数能同时改善性能和可靠性的。这也解释了为什么存储网络里，多路径几乎是标配而不是选项。

自测三问（点开对答案） 1. 为什么虚拟化集群【必须】用共享存储？ —— 因为**虚拟化的核心能力之一【迁移】依赖它**。迁移的本质是【这台虚拟机换一台物理机继续跑】，而虚拟机的磁盘就是它的数据。**如果磁盘只在那台物理机上，那换个机器就是换了个没有数据的空壳**，迁移无从谈起。所以共享存储不是为了【性能】或【容量】，而是**为了一项虚拟化的基础能力提供一个前提**。 2. RAID 5 和 RAID 6 的容量只差一块盘，为什么大容量盘时代更倾向 RAID 6？ —— 因为**决定风险的不是【坏盘的概率】，是【重建期间坏第二块盘的概率】**。重建期间阵列处于无保护状态，**这扇窗越长，第二次故障的机会越多**；而**盘越大，重建越慢**（4 TB 要重建几小时）。所以盘容量增长时，**RAID 5 的风险是上升的，而 RAID 6 用一块盘的容量把这段风险挡住了**——这笔交易随着盘变大而越来越划算。 3. 【快照不是备份】这句话，怎么用一句话说清？ —— **备份必须能扛住【整台存储坏掉】，而快照和原数据在同一台存储里**。所以判断一个东西是不是备份，只看一个问题：**如果存放它的那套存储整个没了，它还在不在？** 在，就是备份；不在，就只是快照。**这个判据也适用于其它托管在云上的数据**——同一家云、同一个区域里的【副本】，不叫备份。

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