RAID 磁盘阵列是什么？一篇文章就理解（2021年最新）

浏览量：次来源：华军科技数据恢复发布日期：2021-06-14 22:45:00

RAID是什么？

RAID全名为”Redundant Array of Independent Disks” -『独立磁盘冗馀阵列』，并称作『磁盘阵列』（Disk Array），具备容错机制、透过多台硬盘堆叠成一台高容量使用的『虚拟磁盘』，而 RAID 核心技术就是『虚拟架构』。大型储存设备系统，多为拥有大量Data、ERP、Database、会计进销存的企业用户使用居多，甚至连『NAS』内都有 RAID 的设定。

本章将解析仿间极少讨论的『虚拟架构』原理。

RAID 是企业的得力助手

大型企业普遍使用 RAID 储存重要数据，因为一些机台几乎 24H 全年不关机，夜间假日也无固定人员看守，一定会担心发生故障数据损毁，使用 RAID 储存数据不失为一个安全的选择。

华军科技拥有 15 年的 RAID 知识、数千组的 RAID数据恢复实务经验，希望一步一步带您避开 RAID 数据损毁的风险。

这30多年来因深感许多 RAID 故障案例，其实只因使用者不知 RAID 就是『虚拟磁盘 Virtual Disk』或不熟悉其原理技术，因而选购了不适用的机种，或是轻微故障、遭外人不当处理，导至受损更加严重数据损毁的不幸事件。

文章会自 RAID 基本原理开始说起，并以最简单易懂的文字 + 图片解说『虚拟架构』，希望对使用者有帮助。

RAID 观念提醒

RAID 磁盘阵列内有容错机制，用意是『故障时发出警告，提醒使用者赶快备份重要数据』，而非因还可『正常读取』，而忽视备份数据。

市面上的高阶 RAID 系统，虽拥有容错的功能 (Fault Tolerant)，但当其中1台硬盘损坏时，还是有机会正常读写，但绝不是当作备份数据的设备，平常还是要养成按时数据备份的习惯。万一不幸遭遇 RAID 硬盘损毁数据无法读取时，要注意此时 RAID 已是故障状况，也许轻微也许严重，但因还有重要数据在里面，不建议做任何有『风险』的动作，一不小心极可能破坏硬盘数据。

建议先谘询专业 RAID 数据恢复厂商，如损毁状况轻微，工程师会带您一步一步解除危机，且不见得会收费。

RAID 磁盘阵列的由来

在 RAID 还没发明前，都是以单台硬盘作为使用，当第 1 台硬盘存满后，必须再加装第 2 、3 台⋯⋯来储存数据，这个时候因为每台硬盘当中存放了不同的数据，就必须在各硬盘之间切换找数据，非常不方便。

例如每个人电脑里都会有不同的硬盘，像是：C:\, D:\, E:\ ….，Volume1:、Volume2:、Volume3: …

RAID 有一基本概念称为EDAP (Extended Data Availability and Protection)，其强调扩充性及容错机制，也是各家厂商如：
LSI，IBM，HP，DELL，Compaq，Adaptec，Infortrend...等诉求的重点。

在不需停机情况下可处理以下动作：

自动侦测故障硬盘 (RAID Auto Error Detection)
重建故障硬盘的数据 (RAID Rebuild and Recovery)
支援不需关机的硬盘备援 (RAID Hot Spare)
支援不需关机的硬盘替换 (RAID Hot Swap)
扩充硬盘容量等 (Raid Hot Expanding)

RAID 磁盘阵列的储存原理是用 “Bit Striping“ 及目前主流 “Block Striping“ 的分割方式，将数据分散储存至各硬盘中，当硬盘受损时则经由 XOR 运算，再将存在其他各硬盘内的 Parity Blocks 及 Data Stripe 磁区的 Data Blocks，进行计算而重建数据 Rebuild。

RAID 磁盘阵列的优点

高容量、读取速度快、容错机制

【数据方便存取】

虽然是多台硬盘，但已整合成一台高容量的『虚拟储存空间』使用，不必在各硬盘间 C: D: ...来回切换。

【高容量】

RAID 是将多台硬盘堆叠组合成一台高容量『虚拟磁盘』，RAID 的总容量计算公式是 N=1+1+1+....，例如串接共 4 台 1TB 硬盘建构成 RAID 5 后，使用者在Windows、Mac、Linux 看到的是一个 3TB 的高容量储存设备。

【读写快速】

多台硬盘内的多组读写磁头同步动作，档案的读写时间能够更快速。

例如：同 1 隻档案被单台硬盘读写时间如是 “1”，3 台硬盘同时读写时间就变为“1/3”，但这只是理论，因 RAID Console 读写时需多一道 Parity 运算时间（同位检查），加上现在新型硬盘存取速度极快，实务上使用者应该已分辨不出来。

【容错功能 Fault Tolerant】

RAID 的『容错』机制，是指容许内部硬盘故障1-2台还可读取数据，用意是事先预警，让使用者还有时间备份数据 or 更换硬盘，但只限 RAID 1、RAID 5、RAID 6、RAID 10 等级。

RAID 磁盘阵列是虚拟磁盘 -「Virtual Disk」

RAID 是将多台硬盘堆叠起来构成一个高容量『虚拟磁盘 Virtual Disk』，建构技术分为硬体磁盘阵列（Hardware Controller Array）和软体磁盘阵列（Software Controller Array）两种，而这两种建构技术有极大差异，效能也不同，适用客群也不同。

硬体磁盘阵列 Hardware Controller Array

如上图照片所示，是一片 RAID Controller Card 或主机板内建 Array 晶片，主要控制元件就是 Array Controller Chip ，知名厂牌有 IBM、HP、Dell、LSI、Intel.......

RAID 控制晶片功能可将多台硬盘『堆叠成一台高容量的虚拟磁盘』，并控制所有磁头组同步读写。

Hardware Controller 的特性：

以『硬盘』为单位，多台『实体硬盘』组合，这层是实体非虚拟。(后注)
运作稳定，读写快速。
拥有独立读写通道、晶片独立运算，独立记忆体、扩充性高。
因为是由 RAID 介面卡控制，不受作业系统影响。
需另购RAID Card，操作有一点难度。

软体磁盘阵列 Software Controller Array

如上图所见，Software Controller Array是经由 Windows Server、Linux、MacOS...作业系统内提供 Array console 将多台硬盘内多个分割区 Partition，是以 Partition 为单位，『堆叠成一台高容量的虚拟磁盘』并控制所有磁头组同步读写。

实作上在 Windows Server 的「磁盘管理工具」中，就有提供先把现有多台硬盘内数个分割区 Partition 改成「动态磁盘 Dynamic Disks」，再建构成各种等级 Array 。

时下流行的 NAS 系统，就是由 Linux 系统建立而成的。

图片就是 Windows 和 Linux 所建立的 RAID 。

RAID Software Controller 的特性

因属作业系统内建 RAID 工具，免费易操作。因是作业系统内建，所以运算时会加重作业系统负担，存取速度慢。
基层底部是硬盘分割区 Partition (已是虚拟)，非实体硬盘。
当作业系统受损当机时，控制 RAID 的组态设定 (Array Configuration) 也同时遭破坏，导致数据无法读取。
虚拟架构一层又一层，当其中任何一层虚拟架构遭破坏，Array 即无法读写。受损风险较高。

RAID 磁盘阵列是虚拟架构的解析

使用 RAID 一定要了解『虚拟架构』。因为RAID 本身就是『虚拟 Virtual or Logical』非『实体 Physical 』的储存设备，过去使用硬盘的方式很简单也很直觉，一共安装几台硬盘清清楚楚，顺序也不容易错乱，也不必学习『虚拟架构』；随著数据量愈来愈大，开始使用 RAID 来储存大量数据时，常常对 RAID 这种巨大的虚拟架构不熟悉伤透脑筋。

此单元以简洁易懂方式说明：

『实体硬盘 Physical Drive 是可以拿在手上，虚拟磁盘 Virtual Disk 虽然可用但是手却摸不到抓不到』。

『实体硬盘 Physical Drive 是一台一台的储存产品。』

『RAID 是将多台实体硬盘堆叠成一个高容量的虚拟磁盘 Logical Drive。』

新购硬盘一定先用作业系统 Windows、Linux、MacOS....磁盘工具（Disk Manager）分割1 or 数个不同容量的分割磁区（Partition）> 再对各分割区一一做格式化（Format）后才会产生 C:、D:、E:、Volume1:、Volume2:、Volume3:....供储存档案。

1台1TB硬盘可分割成：

1个1TB Partition，2个分割区 300Gb+700Gb Partition。
3个分割区 100GB+400GB+500GB Partition。
更可以分割成 4、5、6....数个分割区。

不论分割区数量、容量如何改变，这台硬盘的实体容量1TB是无法改变的；所以硬盘是『实体 Physical』的，分割区 Partiiton 就是『虚拟 Logical』出来的。

再作另一种举例：
一间50坪办公司，使用屏风隔间，可以隔成2个区、3个区，甚至 4、5...等多个区域，供业务部、行政部、主管...使用。办公室 50 坪是无法改变的，是『实体』。但隔间数量坪数是可以任意改变，隔间就是『虚拟』，50 坪办公室等于『实体硬盘 Physical Drive』，每一区等于『分割磁区 Logical Partition』。

所以『分割区』就是储存设备的第一层『虚拟架构』分割区易遭破坏，随便不明或人为删除即可轻易就破坏分割区，内部数据也无法读取，但实体硬盘，除非硬体机件 or 电路元件故障，或人为碰撞，才会破坏数据。

既然已知『RAID 虚拟架构』如此脆弱，实务上当然是愈少层愈安全；但不知道什么时候开始，市面上出现一大堆『多层虚拟架构』的RAID。

RAID 磁盘阵列Controller Card 原理

接下来介绍传统用实体的 RAID 磁盘阵列 Controller Card 建立的 RAID，也称 Hardware Controller RAID。
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这也是华军科技最推荐使用的RAID，因为：

Array Controller Card 在市场已行销 30年，都是知名厂牌 IBM HP Dell LSI Intel .....，稳定性极高。
Array 晶片独立运算,有独立的读写Channel，memory...因不加重作业系统负担,读写速度极快。
虽然也是『虚拟架构』，但通常只有一层，故较安全稳定。

RAID Controller Card 是多台硬盘接上后，由原厂提供的 Array Configuration Utility操作，画面非常详细，建立、管理、故障维护.....各项功能齐全。

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[实体层Physical]：列出现有实体Controller Card，各硬盘、厂牌、型号....细项。
[逻辑层Logical]：列出已建构的 RAID 的所有细项。

另一极令人称道的特性，虽然 RAID 这层也是虚拟架构，但因其建构的架构 RAID Configuration 是写入在 RAID Controller 和各台硬盘内，而且 RAID Controller Card 和 Hard Disk 内有很多地方可隐藏保护不易破坏，所以理论上较安全。

除非 Array Controller Card 故障，其『虚拟架构』才会被破坏，真的非常稳定，如遇到RAID Controller受损，换上同厂牌系列Controller后，执行Restore RAID configuration，即可复原 Array 。

因为这种『实体 RAID』非常稳定，读写速度又快，所以都属于『高阶机种』，Google、FB、Amazon、中华电信、台湾大哥大、远传......大型机房一定都是用这种高阶 RAID 运作。

一般企业如数据量大且要求 24h 全年不关机，建议採用这种高阶 RAID，且内部搭配企业级规格的 SAS 硬盘，非 SATA 硬盘。

RAID 磁盘阵列还需要备份数据吗？会故障吗？有风险吗？

当然要备份！RAID 只是单纯的储存设备并非备份方案，且几乎 24 小时不关机，硬盘耗损更严重。

主要会因以下2个原因造成故障风险：

每台硬盘都会故障。若 1 台硬盘故障机率是 1，如 RAID 里面安装 3 台硬盘，机率就是 3 倍，因为任一台硬盘故障，RAID 就不正常。
RAID 有多层的虚拟架构，任一层虚拟受损，RAID 就受损数据也无法存取。

RAID 磁盘阵列硬盘一定需相同厂牌？型号？容量？

原厂通常会帮您新购买的 RAID 磁盘阵列使用相同厂牌、型号、容量的硬盘，但一定需相同厂牌、型号、容量，也可用吗？
答案是：『可以』。

RAID Controller 只认 SAS、SATA ....BUS，不管厂牌、型号、容量。

Software RAID Controller 一定可用不同厂牌硬盘，主机板上不就常安装数台不同厂牌的硬盘在里头？甚至 SATA HDD、USB HDD 同时使用。

Hardware RAID controller 也是可用不同厂牌硬盘，只要相同界面 SAS、SATA BUS。

另试问：
RAID 通常可以使用数年，且长年不关机，硬盘操的很凶，如3年后其中一台硬盘故障时，去哪里购3年前同款硬盘？就算买到了也是3年前制造的中古硬盘，还敢用吗？

但如不幸遇到 RAID Failed 时，建议您：

硬盘全部换新，稳定可靠。其它未故障硬盘也换新。
购新款硬盘代用时，只要相同 BUS，容量大于故障硬盘即可。

RAID 磁盘阵列等级、种类

RAID 已有 RAID 0、RAID 1、RAID 5、RAID 5+spare、RAID 6,.....等级，未来还有可能继续推出其它新等级，现有等级要完全暸解选出适用等级，已很头痛。但华军科技认为现有等级足以满足各型企业需求，只是碍于对 RAID 认知程度不足，时常选购不适用等级。

建议重点放在 3-5 年内『够用』、『适用』、『有能力管理』即可，不必特意追求，可能一辈子都用不完的高容量，或一辈子都用不到的功能，3-5 年限到期后，汰旧换新时，厂商还会有新机种供选购。

以下是简单的比较表：

Array Level	RAID 0	RAID 1	RAID 5	RAID 5+Spare	RAID 6+Spare	RAID 10
Fault Tolerance 容错等级	No	容许1台故障 Degraded	容许1台故障 Degraded	容许2台故障 Degraded （限非同步故障）	容许2台故障 Degraded （限非同步故障）	容许2台故障 Degraded （限非同步故障）
Physical Drivers 硬盘台数	2台以上	2台	3台以上	4台以上	5台以上	4台
Array Size	N-1	N/2	N-1	N-2	N-3	N-2
适用对象	风险高，不建议使用	个人，SOHO族	企业级	企业级	企业级	风险高，不建议使用

RAID安装、使用、管理、备份

RAID 常见品牌：HP、Dell、Intel、QNAP、Synology、WD、Seagate

RAID 安装前，第一件重要的工作，就是先检查每台硬盘是否有张贴顺序编号『HD0、HD1、HD2....』？硬盘顺序绝不可错乱。
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RAID 刚开始安装前，第一件重要的工作，先检查每台硬盘是否有张贴顺序编号『HD0、HD1、HD2....』？这对日后维护非常重要，尤其当 RAID 故障受损需要『数据恢复』时，因为档案是分段写入各硬盘内，如硬盘顺序错乱，则档案的 Blocks 顺序一定不正确。

例：档案的第1 Block 写入第1台硬盘，第 2 Block 写入第 2 台硬盘，第 3 Block 写入第 3 台硬盘……..当日后读取时，也须先读取第 1 台硬盘的 Block，再读取第 2 台硬盘 Block，再读取第 3 台硬盘 Block....
万一硬盘无张贴顺序编号，日后当维护时 3 台硬盘都同时抽出来检查，但因厂牌型号相同，外观也相同，一定无法分辨硬盘原顺序。

且现在市面一些低价的 RAID Controller 都无具备『辨识硬盘顺序机制』，如插回硬盘发生顺序有误时，会将原 RAID Configurtion 破坏，数据无法存取，不可不慎。

使用者如已阅读『RAID 种类、等级』....相信足以有能力选择适用机种，接下来此篇『RAID 安装』只是说明安装的基本常识，进阶的技术因为要有各厂牌设备实作，无法在此讨论。

RAID 购买时原厂应该都已安装设定完成，可以直接使用。因RAID 原理架构複杂，不建议自行安装使用，建议还是使用原厂的预设安装模式，日后万一故障时，原厂也较易处理。

IT 工程师都知道，会安装不见得可以抓问题维护，就算初期安装成功但还是新手，技术不熟练日后管理维护时也会手忙脚乱，甚至做出错误动作，发生更严重损坏。

RAID Configuration 是什么？有多重要？

RAID 刚安装成功后，另一件重要的工作 - 『备份 RAID Configuration』。

RAID Configuration 是什么？有多重要？

RAID Configuration 就是，当 RAID 建立后产生的 RAID 架构所有组成要件的纪录。

RAID 通常是企业使用，内部存放企业重要数据，如发生 RAID configuration 发生问题，不熟练不建议自已动手，极易出错，导致数据无法读取，建议找专业『RAID 数据恢复』厂商协助较保险。

INTEL SATA RAID

图片为最普遍简单的 Intel RAID 管理画面的基本设定。

里面通常会提到：

RAID Clntroller 厂牌、型号......
HDD 厂牌、型号、S/N、顺序......
RAID Level、RAID 1、RAID 5.......
Physical Disks—实际安装的硬盘。
Create RAID Volumes—建立 RAID。

Select Disks—选取硬盘。

RAID Level—选择 RAID 0、RAID 1、RAID 10….等，接下来就完成了。

这是 SATA 很简单的 RAID Controller 设定，只有基本安装，无其它『RAID 进阶功能』，RAID Config 是将 RAID 虚拟架构所有的组成要件资讯。

如是 Hardware controller 则记载：

RAID Controller 的厂牌、型号、版本....
每台硬盘的厂牌、型号、S/N....
所有硬盘的顺序编号、RAID Level 0, 1, 5, 6...

如是 Software controller 则记载了：

RAID software controller

Linux Array status 所有资讯

RAID Hardware controller

RAID Level、RAID Devices

可见 RAID Configuration 就是 RAID 架构所有组成要件资讯，万一当 RAID Failure 无法正常运作数据无法存取，事后需维护时，对于 RAID 数据恢复来说，非常有帮助。

RAID 磁盘阵列常见品牌

HP Array

HP 已是企业级专业的 Array 领导厂商，且大多数用高阶的 SAS 硬盘，稳定性高，适用 24H 不关机。

HP Array Configuration Utility 提供安装、管理功能，非常好用，但因 HP 属高阶机种，功能强且複杂，建议初学者使用Create Array 预设设定，一步一步安装即可，勿任意更改参数。

DELL EMC
Dell EMC configuration utility

Dell EMC PowerEdge RAID 也是企业级磁盘阵列的专业厂商，机种适用 SAS、SATA 硬盘。

Dell PowerEdge Expandable RAID Controller (PERC) BIOS Configuration Utility 提供了安装、管理的完备功能。

Intel IRST
Intel Rapid Storage RAID utility

Intel Rapid Storage 适用 SATA 硬盘，几乎都是 Onboard，非常普遍，安装画面非常简单易用。

RAID 磁盘阵列的规划、使用、管理

RAID 是高容量的储存设备，要如何规划数据档案的存放？

首先规划时，第一个遇到的问题是『作业系统选用 Windows Server or Linux ?』，因为只是当 File Server，不当 Web Server、Mail Server，不去做其它工作，只是单纯 File Server 存取，作业系统只需要求『稳定、安全』即可，功能不需太複杂。

不论作业系统是 Windows Server, Linux.....，开机系统建议一定要安装在独立单台硬盘 or SSD，除非企业是要求 24H Online 绝不可当机，才用 2台硬盘 Create RAID 1 架构（Mirror），用意是当第一台开机硬盘故障时，第二台开机硬盘可以立刻接替；否则如只是开机用硬盘，愈单纯愈稳定，不要加上虚拟架构。多一层虚拟架构，就多一层风险。

作业系统 OS 和数据档案一定要区隔存放，绝不可共存同一 RAID 内。

观念上要清楚开机和数据档案：重要程度不同、工作性质不同、安全性不同。

Server 的 Windows or Linux 开机系统安装单独一台硬盘，而 RAID 是高容量储存设备，是当做的 File Server 存放档案。一定要区别，降低数据受损风险。

分开的用意：

开机硬盘可容许故障，但 RAID 不容许故障。当开机硬盘故障时，只要更新正常的开机硬盘，即可恢复正常，不会破坏 RAID 数据。
Server 通常是 24H 不关机，也就是说一年可能只开机一次。只要开机成功后，系统的控制权 System controller 就交给档案管理 File manager，接下来开机硬盘几乎没工作可做，开机硬盘磁头也不会忙著读写。
开机后，接下来最忙的就是作业系统的 File manager ，开始接手负责对 RAID 数据档案的读写，因是多人使用，相对 RAID 硬盘读写磁头会很忙，所以 RAID 才要求读写速度快。

在磁盘管理 Disk manager 这层，观念上先不必当成 RAID 看待，也不必理会背后的虚拟架构。这层的操作 RAID 已只是单台高容量的磁盘供规划使用。

企业高容量储存设备，使用前的规划事关日后数据存取的方便性、效能、安全....，且一旦开始使用已储存大量数据后，才发现规划不当，如要再修正，将是非常大的工程。

建议事前仔细规划，且考虑一些重要事项，并先列出需储存的各种数据的区分要件。
ERP Database：ERP 数据库（SQL DataBase），非常重要且机密，读写频繁，建议储存独立 Storage，勿和 File Server 并存，易出状况。

一般数据档案： tw_forum_list_20j13_wc7urt263w

部门：R&D, 工程部, 业务部, 财务部, 管理部, 制造部, 仓管,...

个人：总经理, 经理, 副理, 主任, 厂长, Perry, Daniel, Lisa...常用数据＆过期数据

磁盘管理v1

建议1: 一个部门一个 Partition…
建议2:只建一个 Partition 再建各部门 Folder各使用者....

RAID 磁盘阵列数据备份

RAID 内是储存企业重要数据，很担心数据遗失，但如何规划备份机制？观念上只是备份 RAID 内的数据，非备份整组 RAID，当成只是备份单台硬盘内数据即可。

RAID 因有『容错』功能，使用者易被误导，以为RAID硬盘『容许故障』还可正常读取。

在前面『RAID Level 等级种类』章节已详细介绍过，使用者应该都已知道 RAID 只容许故障 1-2 台硬盘，万一同时2台硬盘故障，RAID即受损无法正常读写，内部重要数据极可能遭破坏。

且同时 2 台硬盘故障的机率不但『可能』且机率不低。

总之 RAID 并非『容许故障，还可正常存取』，RAID 最终一定会故障，且又因几乎 24H 不关机，耗损更严重，故障是无法避免的，所以一定要有完善的备份机制。

简易、方便的 RAID 备份方式

RAID 备份讲究的是简易、方便，操作愈简单省事才愿意去操作备份，愈複杂就愈会懒得备份。

另一重要观念，User 只是使用 RAID 来存取数据，对 User 来说只是对 1 or 数个的 Logical Driver (Partition or Volume）存取数据，User 根本不必理会是 RAID or 单台硬盘，不说可能都不知道是 RAID 还以为只是单台硬盘，所以备份的工作是针对『数据』备份，并非对『整组 RAID』备份。

既然只是数据那就单纯，『数据量』有大有小，所以虽然 RAID 的容量很大，也许是 6TB，但现存数据量可能只有 1TB，那就只需用 2TB 单台硬盘来备份即可，应该不必也用一组 6TB RAID 备份吧？

因是用单台硬盘来『备份数据』，备份愈多份，风险愈低，如有 2 份备份＋原 RAID 内数据，就共有 3 份数据，风险是 1/3，已很保险。

单台硬盘备份简单方便，用 USB 外接式硬盘，或透过网路在 Client 端备份。每位 User 都可自已备份自已数据。

下列整理出几项简单的备份机制：

RAID 管理人员负责对『所有数据』定期备份。
各部门 or 个人再自行个别备份『所属数据夹』。
云端备份（异地备援）。
所有备份勿全部都放同一公司内，需异地保管，降低天灾风险。

另一种是因要求 24H 不可当机，连开机的 Windows，Linux 系统主机都需备援机制，随时 24H Online，如当机，另一台立刻补上，称为『Duplicate 机制』。

Duplicate 方式，我并不将此方式归为『备份 Backup 』，正确说法应是『同步重複存取 Duplicate 』。

RAID 备份实作说明

用 2 组相同厂牌、机型、容量的 RAID，一台是 Primary，另一台是 Secondary，数据同步写入 2 组 RAID。

用意是当其中一组 RAID 故障，另一组 RAID 可以立刻补上。这是用于要求 24H 不当机的情况，但通常还是会另再做『数据备份』。

採用 Duplicate 方式，观念上整组 RAID 备份

用意是包含『作业系统』也备援，但『数据』只有2份，风险高，建议对『数据』如上述方式另用单台硬盘再多做几份备份，降低风险。