超詳細(xì)的磁盤(pán)陣列圖文教程

1、磁盤(pán)陣列(Disk Array)1.為什么需要磁盤(pán)陣列如何增加磁盤(pán)的存取(access)速度,如何防止數(shù)據(jù)因磁盤(pán)的故障而失落及如何有效的利用磁盤(pán)空間,一直是電腦專(zhuān)業(yè)人員和用戶(hù)的困擾;而大容量磁盤(pán)的價(jià)格非常昂貴,對(duì)用戶(hù)形成很大的負(fù)擔(dān)。磁盤(pán)陣列技術(shù)的產(chǎn)生一舉解決了這些問(wèn)題。過(guò)去十年來(lái),CPU的處理速度增加了五十倍有多,內(nèi)存(memory)的存取速度亦大幅增加,而數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置-主要是磁盤(pán)(hard disk)-的存取速度只增加了三、四倍,形成電腦系統(tǒng)的瓶頸,拉低了電腦系統(tǒng)的整體性能(throughput),若不能有效的提升磁盤(pán)的存取速度,CPU、內(nèi)存及磁盤(pán)間的不平衡將使CPU及內(nèi)存的改進(jìn)形成浪費(fèi)。目

2、前改進(jìn)磁盤(pán)存取速度的的方式主要有兩種。一是磁盤(pán)快取控制(disk cache controller),它將從磁盤(pán)讀取的數(shù)據(jù)存在快取內(nèi)存(cache memory)中以減少磁盤(pán)存取的次數(shù),數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)都在快取內(nèi)存中進(jìn)行,大幅增加存取的速度,如要讀取的數(shù)據(jù)不在快取內(nèi)存中,或要寫(xiě)數(shù)據(jù)到磁盤(pán)時(shí),才做磁盤(pán)的存取動(dòng)作。這種方式在單工環(huán)境(single-tasking environment)如DOS之下,對(duì)大量數(shù)據(jù)的存取有很好的性能(量小且頻繁的存取則不然),但在多工(multi-tasking)環(huán)境之下(因?yàn)橐煌５淖鲾?shù)據(jù)交換(swapping)的動(dòng)作)或數(shù)據(jù)庫(kù)(database)的存取(因?yàn)槊恳挥涗浂己?/p>

3、小)就不能顯示其性能。這種方式?jīng)]有任何安全保障。 其二是使用磁盤(pán)陣列的技術(shù)。磁盤(pán)陣列是把多個(gè)磁盤(pán)組成一個(gè)陣列,當(dāng)作單一磁盤(pán)使用,它將數(shù)據(jù)以分段(striping)的方式儲(chǔ)存在不同的磁盤(pán)中,存取數(shù)據(jù)時(shí),陣列中的相關(guān)磁盤(pán)一起動(dòng)作,大幅減低數(shù)據(jù)的存取時(shí)間,同時(shí)有更佳的空間利用率。磁盤(pán)陣列所利用的不同的技術(shù),稱(chēng)為RAID level,不同的level針對(duì)不同的系統(tǒng)及應(yīng)用,以解決數(shù)據(jù)安全的問(wèn)題。一般高性能的磁盤(pán)陣列都是以硬件的形式來(lái)達(dá)成,進(jìn)一步的把磁盤(pán)快取控制及磁盤(pán)陣列結(jié)合在一個(gè)控制器(RAID controller)或控制卡上,針對(duì)不同的用戶(hù)解決人們對(duì)磁盤(pán)輸出入系統(tǒng)的四大要求:(1)增加存取速度,(2

4、)容錯(cuò)(fault tolerance),即安全性(3)有效的利用磁盤(pán)空間;(4)盡量的平衡CPU,內(nèi)存及磁盤(pán)的性能差異,提高電腦的整體工作性能。2.磁盤(pán)陣列原理磁盤(pán)陣列中針對(duì)不同的應(yīng)用使用的不同技術(shù),稱(chēng)為RAID level, RAID是Redundant Array of Inexpensive Disks的縮寫(xiě),而每一level代表一種技術(shù),目前業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)是RAID 0RAID 5。這個(gè)level并不代表技術(shù)的高低,level 5并不高于level 3,level 1也不低過(guò)level 4,至于要選擇那一種RAID level的產(chǎn)品,純視用戶(hù)的操作環(huán)境(operating envir

5、onment)及應(yīng)用(application)而定,與level的高低沒(méi)有必然的關(guān)系。RAID 0及RAID 1適用于PC及PC相關(guān)的系統(tǒng)如小型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(network server)及需要高磁盤(pán)容量與快速磁盤(pán)存取的工作站等,因?yàn)楸容^便宜,但因一般人對(duì)磁盤(pán)陣列不了解,沒(méi)有看到磁盤(pán)陣列對(duì)他們價(jià)值,市場(chǎng)尚未打開(kāi);RAID 2及RAID 3適用于大型電腦及影像、CAD/CAM等處理;RAID 5多用于OLTP,因有金融機(jī)構(gòu)及大型數(shù)據(jù)處理中心的迫切需要,故使用較多而較有名氣,但也因此形成很多人對(duì)磁盤(pán)陣列的誤解,以為磁盤(pán)陣列非要RAID 5不可;RAID 4較少使用,因?yàn)閮烧哂衅涔餐?而RAID

6、 4有其先天的限制。其他如RAID 6,RAID 7,乃至RAID 10等,都是廠商各做各的,并無(wú)一致的標(biāo)準(zhǔn),在此不作說(shuō)明。介紹各個(gè)RAID level之前,先看看形成磁盤(pán)陣列的兩個(gè)基本技術(shù):譯為磁盤(pán)延伸,能確切的表示disk spanning這種技術(shù)的含義。如下圖所示,DFTraid 磁盤(pán)陣列控制器,聯(lián)接了四個(gè)磁盤(pán):這四個(gè)磁盤(pán)形成一個(gè)陣列(array),而磁盤(pán)陣列的控制器(RAID controller)是將此四個(gè)磁盤(pán)視為單一的磁盤(pán),如DOS環(huán)境下的C:盤(pán)。這是disk spanning的意義,因?yàn)榘研∪萘康拇疟P(pán)延伸為大容量的單一磁盤(pán),用戶(hù)不必規(guī)劃數(shù)據(jù)在各磁盤(pán)的分布,而且提高了磁盤(pán)空間的使用

7、率。DFTraid的SCSI磁盤(pán)陣列更可連接幾十個(gè)磁盤(pán)，形成數(shù)十GB到數(shù)百GB的陣列,使磁盤(pán)容量幾乎可作無(wú)限的延伸;而各個(gè)磁盤(pán)一起作取存的動(dòng)作,比單一磁盤(pán)更為快捷。很明顯的,有此陣列的形成而產(chǎn)生RAID的各種技術(shù)。我們也可從上圖看出inexpensive(便宜)的意義,因?yàn)樗膫€(gè)250MBbytes的磁盤(pán)比一個(gè)1GBytes的磁盤(pán)要便宜,尤其以前大磁盤(pán)的價(jià)格非常昴貴,但在磁盤(pán)越來(lái)越便宜的今天,inexpensive已非磁盤(pán)陣列的重點(diǎn),雖然對(duì)于需要大磁盤(pán)容量的系統(tǒng),仍是考慮的要點(diǎn)。磁盤(pán)  因?yàn)榇疟P(pán)陣列是將同一陣列的多個(gè)磁盤(pán)視為單一的虛擬磁盤(pán)(virtual disk),所以其數(shù)

8、據(jù)是以分段(block or segment)的方式順序存放在磁盤(pán)陣列中,如下圖:磁盤(pán)0 磁盤(pán)1 磁盤(pán)2 磁盤(pán)3A0-A1B0-B1C0-C1D0-D1 A2-A3B2-B3C2-C3D2-D3 A4-A5B4-B5C4-C5D4-C5 A6-A7B6-B7C6-C7D6-D7數(shù)據(jù)按需要分段,從第一個(gè)磁盤(pán)開(kāi)始放,放到最後一個(gè)磁盤(pán)再回到第一個(gè)磁盤(pán)放起,直到數(shù)據(jù)分布完畢。至于分段的大小視系統(tǒng)而定,有的系統(tǒng)或以1KB最有效率,或以4KB,或以6KB,甚至是4MB或8MB的,但除非數(shù)據(jù)小于一個(gè)扇區(qū)(sector,即521bytes),否則其分

9、段應(yīng)是512byte的倍數(shù)。因?yàn)榇疟P(pán)的讀寫(xiě)是以一個(gè)扇區(qū)為單位,若數(shù)據(jù)小于512bytes,系統(tǒng)讀取該扇區(qū)后,還要做組合或分組(視讀或?qū)懚?的動(dòng)作,浪費(fèi)時(shí)間。從上圖我們可以看出,數(shù)據(jù)以分段于在不同的磁盤(pán),整個(gè)陣列的各個(gè)磁盤(pán)可同時(shí)作讀寫(xiě),故數(shù)據(jù)分段使數(shù)據(jù)的存取有最好的效率,理論上本來(lái)讀一個(gè)包含四個(gè)分段的數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間約=(磁盤(pán)的access time +數(shù)據(jù)的transfer time)X4次,現(xiàn)在只要一次就可以完成。若以N表示磁盤(pán)的數(shù)目,R表示讀取,W表示寫(xiě)入,S表示可使用空間,則數(shù)據(jù)分段的性能為:R:N(可同時(shí)讀取所有磁盤(pán))W:N(可同時(shí)寫(xiě)入所有磁盤(pán))S:N(可利用所有的磁盤(pán),并有最佳的使

10、用率)Disk striping也稱(chēng)為RAID 0,很多人以為RAID 0沒(méi)有甚么,其實(shí)這是非常錯(cuò)誤的觀念,因?yàn)镽AID 0使磁盤(pán)的輸出入有最高的效率。而磁盤(pán)陣列有更好效率的原因除數(shù)據(jù)分段外,它可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)輸出入的要求,因?yàn)殛嚵兄械拿恳粋€(gè)磁盤(pán)都能獨(dú)立動(dòng)作,分段放在不同的磁盤(pán),不同的磁盤(pán)可同時(shí)作讀寫(xiě),而且能在快取內(nèi)存及磁盤(pán)作并行存取(parallel access)的動(dòng)作,但只有硬件的磁盤(pán)陣列才有此性能表現(xiàn)。從上面兩點(diǎn)我們可以看出,disk spanning定義了RAID的基本形式,提供了一個(gè)便宜、靈活、高性能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),而disk striping解決了數(shù)據(jù)的存取效率和磁盤(pán)的利用率問(wèn)題,R

11、AID 1至RAID 5是在此基礎(chǔ)上提供磁盤(pán)安全的方案。RAID 1RAID 1是使用磁盤(pán)鏡像(disk mirroring)的技術(shù)。磁盤(pán)鏡像應(yīng)用在RAID 1之前就在很多系統(tǒng)中使用,它的方式是在工作磁盤(pán)(working disk)之外再加一額外的備份磁盤(pán)(backup disk),兩個(gè)磁盤(pán)所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)完全一樣,數(shù)據(jù)寫(xiě)入工作磁盤(pán)的同時(shí)亦寫(xiě)入備份磁盤(pán)。磁盤(pán)鏡像不見(jiàn)得就是RAID 1,如Novell NetWare亦有提供磁盤(pán)鏡像的功能,但并不表示NetWare有了RAID 1的功能。一般磁盤(pán)鏡像和RAID 1有二點(diǎn)最大的不同:RAID 1無(wú)工作磁盤(pán)和備份磁盤(pán)之分,多個(gè)磁盤(pán)可同時(shí)動(dòng)作而有重疊(ov

12、erlapping)讀取的功能,甚至不同的鏡像磁盤(pán)可同時(shí)作寫(xiě)入的動(dòng)作,這是一種最佳化的方式,稱(chēng)為負(fù)載平衡(load-balance)。例如有多個(gè)用戶(hù)在同一時(shí)間要讀取數(shù)據(jù),系統(tǒng)能同時(shí)驅(qū)動(dòng)互相鏡像的磁盤(pán),同時(shí)讀取數(shù)據(jù),以減輕系統(tǒng)的負(fù)載,增加I/O的性能。RAID 1的磁盤(pán)是以磁盤(pán)延伸的方式形成陣列,而數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)分段的方式作儲(chǔ)存,因而在讀取時(shí),它幾乎和RAID 0有同樣的性能。從RAID的結(jié)構(gòu)就可以很清楚的看出RAID 1和一般磁盤(pán)鏡像的不同。下圖為RAID 1,每一筆數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存兩份磁盤(pán)0 磁盤(pán)1 磁盤(pán)0 磁盤(pán)1A0A2A4B1 A1A3B0B2 

13、A0A2A4B1 A1A3B0B2從上圖可以看出:R:N(可同時(shí)讀取所有磁盤(pán))W:N/2(同時(shí)寫(xiě)入磁盤(pán)數(shù))S:N/2(利用率)讀取數(shù)據(jù)時(shí)可用到所有的磁盤(pán),充分發(fā)揮數(shù)據(jù)分段的優(yōu)點(diǎn);寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí),因?yàn)橛袀浞?所以要寫(xiě)入兩個(gè)磁盤(pán),其效率是N/2,磁盤(pán)空間的使用率也只有全部磁盤(pán)的一半。很多人以為RAID 1要加一個(gè)額外的磁盤(pán),形成浪費(fèi)而不看好RAID 1,事實(shí)上磁盤(pán)越來(lái)越便宜,并不見(jiàn)得造成負(fù)擔(dān),況且RAID 1有最好的容錯(cuò)(fault tolerance)能力,其效率也是除RAID 0之外最好的。我們可視應(yīng)用的不同,在同一磁盤(pán)陣列中使用不同的RAID level,如華藝科技公司的DFTraid

14、系列都可同一磁盤(pán)陣列中定義八個(gè)邏輯磁盤(pán)(logic disk),分別使用不同的RAID level,分為C:,D:及E:三個(gè)邏輯磁盤(pán)(或LUN0,LUN1,LUN2).RAID 1完全做到了容錯(cuò)包括不停機(jī)(non-stop),當(dāng)某一磁盤(pán)發(fā)生故障,可將此磁盤(pán)拆下來(lái)而不影向其他磁盤(pán)的操作;待新的磁盤(pán)換上去之后,系統(tǒng)即時(shí)做鏡像,將數(shù)據(jù)重新復(fù)上去,RAID 1在容錯(cuò)及存取的性能上是所有RAID level之冠。在磁盤(pán)陣列的技術(shù)上,從RAID 1到RAID 5,不停機(jī)的意思表示在工作時(shí)如發(fā)生磁盤(pán)故障,系統(tǒng)能持續(xù)工作而不停頓,仍然可作磁盤(pán)的存取,正常的讀寫(xiě)數(shù)據(jù);而容錯(cuò)則表示即使磁盤(pán)故障,數(shù)據(jù)仍能保持完整,

15、可讓系統(tǒng)存取到正確的數(shù)據(jù),而SCSI的磁盤(pán)陣列更可在工作中抽換磁盤(pán),并可自動(dòng)重建故障磁盤(pán)的數(shù)據(jù)。磁盤(pán)陣列之所以能做到容錯(cuò)及不停機(jī),是因?yàn)樗腥哂嗟拇疟P(pán)空間可資利用,這也就是Redundant的意義。RAID 2RAID 2是把數(shù)據(jù)分散為位元(bit)或塊(block),加入海明碼Hamming Code,在磁盤(pán)陣列中作間隔寫(xiě)入(interleaving)到每個(gè)磁盤(pán)中,而且地址(address)都一樣,也就是在各個(gè)磁盤(pán)中,其數(shù)據(jù)都在相同的磁道(cylinder or track)及扇區(qū)中。RAID 2的設(shè)計(jì)是使用共軸同步(spindle synchronize)的技術(shù),存取數(shù)據(jù)時(shí),整個(gè)磁盤(pán)陣列一

16、起動(dòng)作,在各作磁盤(pán)的相同位置作平行存取,所以有最好的存取時(shí)間(access time),其總線(xiàn)(bus)是特別的設(shè)計(jì),以大帶寬(band wide)并行傳輸所存取的數(shù)據(jù),所以有最好的傳輸時(shí)間(transfer time)。在大型檔案的存取應(yīng)用,RAID 2有最好的性能,但如果檔案太小,會(huì)將其性能拉下來(lái),因?yàn)榇疟P(pán)的存取是以扇區(qū)為單位,而RAID 2的存取是所有磁盤(pán)平行動(dòng)作,而且是作單位元的存取,故小于一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)量會(huì)使其性能大打折扣。RAID 2是設(shè)計(jì)給需要連續(xù)且大量數(shù)據(jù)的電腦使用的,如大型電腦(mainframe to supercomputer)、作影像處理或CAD/CAM的工作站(wor

17、kstation)等,并不適用于一般的多用戶(hù)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(network server),小型機(jī)或PC。RAID 2的安全采用內(nèi)存陣列(memory array)的技術(shù),使用多個(gè)額外的磁盤(pán)作單位錯(cuò)誤校正(single-bit correction)及雙位錯(cuò)誤檢測(cè)(double-bit detection);至于需要多少個(gè)額外的磁盤(pán),則視其所采用的方法及結(jié)構(gòu)而定,例如八個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)的陣列可能需要三個(gè)額外的磁盤(pán),有三十二個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)的高檔陣列可能需要七個(gè)額外的磁盤(pán)。RAID 3RAID 3的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及存取方式都和RAID 2一樣,但在安全方面以奇偶校驗(yàn)(parity check)取代海明碼做錯(cuò)誤校

18、正及檢測(cè),所以只需要一個(gè)額外的校檢磁盤(pán)(parity disk)。奇偶校驗(yàn)值的計(jì)算是以各個(gè)磁盤(pán)的相對(duì)應(yīng)位作XOR的邏輯運(yùn)算,然后將結(jié)果寫(xiě)入奇偶校驗(yàn)磁盤(pán),任何數(shù)據(jù)的修改都要做奇偶校驗(yàn)計(jì)算,如下圖:磁盤(pán)0 磁盤(pán)1 磁盤(pán)2 磁盤(pán)3 磁盤(pán)4A0A4B3C2 A1B0B4C3 A2A1C0C4 A3A2C1D0 PPPP如某一磁盤(pán)故障,換上新的磁盤(pán)后,整個(gè)磁盤(pán)陣列(包括奇偶校驗(yàn)磁盤(pán))需重新計(jì)算一次,將故障磁盤(pán)的數(shù)據(jù)恢復(fù)并寫(xiě)入新磁盤(pán)中;如奇偶校驗(yàn)磁盤(pán)故障,則重新計(jì)算奇偶校驗(yàn)值,以達(dá)容錯(cuò)的要求.較之RAID 1及RAID 2,R

19、AID 3有85%的磁盤(pán)空間利用率,其性能比RAID 2稍差,因?yàn)橐銎媾夹ｒ?yàn)計(jì)算;共軸同步的平行存取在讀檔案時(shí)有很好的性能,但在寫(xiě)入時(shí)較慢,需要重新計(jì)算及修改奇偶校驗(yàn)磁盤(pán)的內(nèi)容。RAID 3和RAID 2有同樣的應(yīng)用方式,適用大檔案及大量數(shù)據(jù)輸出入的應(yīng)用,并不適用于PC及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。RAID 4RAID 4也使用一個(gè)校驗(yàn)磁盤(pán),但和RAID 3不一樣,如下圖:磁盤(pán)0 磁盤(pán)1 磁盤(pán)2 磁盤(pán)3 磁盤(pán)4A0-A1B3-B4D1-D2E4-F0 A2-A3C0-C1D3-D4F1-F2 A4-B0C2-C3B0-B1F3-F4 B1

20、-B2C4-D0B2-B3G0-G1 PPPPRAID 4是以扇區(qū)作數(shù)據(jù)分段,各磁盤(pán)相同位置的分段形成一個(gè)校驗(yàn)磁盤(pán)分段(parity block),放在校驗(yàn)磁盤(pán)。這種方式可在不同的磁盤(pán)平行執(zhí)行不同的讀取命今,大幅提高磁盤(pán)陣列的讀取性能;但寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí),因受限于校驗(yàn)磁盤(pán),同一時(shí)間只能作一次,啟動(dòng)所有磁盤(pán)讀取數(shù)據(jù)形成同一校驗(yàn)分段的所有數(shù)據(jù)分段,與要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)做好校驗(yàn)計(jì)算再寫(xiě)入。即使如此,小型檔案的寫(xiě)入仍然比RAID 3要快,因其校驗(yàn)計(jì)算較簡(jiǎn)單而非作位(bit level)的計(jì)算;但校驗(yàn)磁盤(pán)形成RAID 4的瓶頸,降低了性能,因有RAID 5而使得RAID 4較少使用。RAID 5RAID5

21、避免了RAID 4的瓶頸,方法是不用校驗(yàn)磁盤(pán)而將校驗(yàn)數(shù)據(jù)以循環(huán)的方式放在每一個(gè)磁盤(pán)中,如下圖:磁盤(pán)0 磁盤(pán)1 磁盤(pán)2 磁盤(pán)3 磁盤(pán)4PB3-B4D1-D2E4-F0 A0-A1PD3-D4F1-F2 A2-B3C0-C1PF3-F4 A4-B0C2-C3B0-B1P B2-B2C4-D0B2-B3G0-G1磁盤(pán)陣列的第一個(gè)磁盤(pán)分段是校驗(yàn)值,第二個(gè)磁盤(pán)至后一個(gè)磁盤(pán)再折回第一個(gè)磁盤(pán)的分段是數(shù)據(jù),然后第二個(gè)磁盤(pán)的分段是校驗(yàn)值,從第三個(gè)磁盤(pán)再折回第二個(gè)磁盤(pán)的分段是數(shù)據(jù),以此類(lèi)推,直到放完為止。圖中的第一個(gè)parity bl

22、ock是由A0,A1.,B1,B2計(jì)算出來(lái),第二個(gè)parity block是由B3,B4,.,C4,D0計(jì)算出來(lái),也就是校驗(yàn)值是由各磁盤(pán)同一位置的分段的數(shù)據(jù)所計(jì)算出來(lái)。這種方式能大幅增加小檔案的存取性能,不但可同時(shí)讀取,甚至有可能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)寫(xiě)入的動(dòng)作,如可寫(xiě)入數(shù)據(jù)到磁盤(pán)1而其parity block在磁盤(pán)2,同時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)到磁盤(pán)4而其parity block在磁盤(pán)1,這對(duì)聯(lián)機(jī)交易處理(OLTP, on-line Transaction Processing)如銀行系統(tǒng)、金融、股市等或大型數(shù)據(jù)庫(kù)的處理提供了最佳的解決方案(solution),因?yàn)檫@些應(yīng)用的每一筆數(shù)據(jù)量小,磁盤(pán)輸出入頻繁而且必須容

23、錯(cuò)。事實(shí)上RAID 5的性能并無(wú)如此理想,因?yàn)槿魏螖?shù)據(jù)的修改,都要把同一parity block的所有數(shù)據(jù)讀出來(lái)修改后,做完校驗(yàn)計(jì)算再寫(xiě)回去,也就是RMW cycle(Read-Modify-Write cycle,這個(gè)cycle沒(méi)有包括校驗(yàn)計(jì)算);正因?yàn)闋恳欢鴦?dòng)全身,所以:R:N(可同時(shí)讀取所有磁盤(pán))W:1(可同時(shí)寫(xiě)入磁盤(pán)數(shù))S:N-1(利用率)RAID 5的控制比較復(fù)雜,尤其是利用硬件對(duì)磁盤(pán)陣列的控制,因?yàn)檫@種方式的應(yīng)用比其他的RAID level要掌握更多的事情,有更多的輸出入需求,既要速度快,又要處理數(shù)據(jù),計(jì)算校驗(yàn)值,做錯(cuò)誤校正等,所以?xún)r(jià)格較高;其應(yīng)用最好是OLTP,至于用于PC等,不

24、見(jiàn)得有最佳的性能。3.RAID的對(duì)比：下面幾個(gè)表列是RAID的一些性質(zhì):操作工作模式最少硬盤(pán)需求量可用容量RAID 0磁盤(pán)延伸和數(shù)據(jù)分布2TRAID 1數(shù)據(jù)分布和鏡像2T/2RAID 2共軸同步,并行傳輸,ECC3T*(n-1)/nRAID 3共軸同步,并行傳輸,Parity3T*(n-1)/nRAID 4數(shù)據(jù)分布，固定Parity3T*(n-1)/nRAID 5數(shù)據(jù)分布，分布Parity3T*(n-1)/nRAID的性能與可用性：RAID Level用戶(hù)數(shù)據(jù)利用率Bandwidth PerformanceTransaction Performance數(shù)據(jù)可用性RAID 010.25

25、10.0005RAID 10.50.250.851RAID 20.6710.250.9999RAID 30.7510.250.9999RAID 40.750.250.610.9999RAID 50.750.250.610.9999以上數(shù)據(jù)基于4個(gè)磁盤(pán)，傳輸塊大小1K，75%的讀概率，數(shù)據(jù)可用性的計(jì)算基于同樣的損壞概率4.RAID的概述：RAID 0沒(méi)有任何額外的磁盤(pán)或空間作安全準(zhǔn)備,所以一般人不重視它,這是誤解,其實(shí)它有最好的效率及空間利用率,對(duì)于追求效率的應(yīng)用,非常理想,可同時(shí)用其他的RAID level或其他的備份方式以補(bǔ)其不足,保護(hù)重要的數(shù)據(jù)。RAID 1有最佳的安全性,100%不停機(jī),

26、即使有一個(gè)磁盤(pán)損壞也能照常作業(yè)而不影向其效能(對(duì)能并行存取的系統(tǒng)稍有影響),因?yàn)閿?shù)據(jù)是作重復(fù)儲(chǔ)存。RAID1的并行讀取幾乎有RAID 0的性能,因?yàn)榭赏瑫r(shí)讀取相互鏡像的磁盤(pán);寫(xiě)入也只比RAID 0略遜,因?yàn)橥瑫r(shí)寫(xiě)入兩個(gè)磁盤(pán)并沒(méi)有增加多少工作。雖然RAID 1要增加一倍的磁盤(pán)做鏡像,但作為采用磁盤(pán)陣列的進(jìn)入點(diǎn),它是最便宜的一個(gè)方案,是新設(shè)磁盤(pán)陣列的用戶(hù)之最佳選擇。RAID 5在不停機(jī)及容錯(cuò)的表現(xiàn)都很好,但如有磁盤(pán)故障,對(duì)性能的影響較大,大容量的快取內(nèi)存有助于維持性能,但在OLTP的應(yīng)用上,因?yàn)槊恳还P數(shù)據(jù)或記錄(record)都很小,對(duì)磁盤(pán)的存取頻繁,故有一定程度的影響。某一磁盤(pán)故障時(shí),讀取該磁盤(pán)

27、的數(shù)據(jù)需把共用同一parity block的所有數(shù)據(jù)及校驗(yàn)值讀出來(lái),再把故障磁盤(pán)的數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái);寫(xiě)入時(shí),除了要重覆讀取的程序外,還要再做校驗(yàn)值的計(jì)算,然后再寫(xiě)入更新的數(shù)據(jù)及校驗(yàn)值;等換上新的磁盤(pán),系統(tǒng)要計(jì)算整個(gè)磁盤(pán)陣列的數(shù)據(jù)以回復(fù)故障磁盤(pán)的數(shù)據(jù),時(shí)間要很長(zhǎng),如系統(tǒng)的工作負(fù)載很重的話(huà),有很多輸出入的需求在排隊(duì)等候時(shí),會(huì)把系統(tǒng)的性能拉下來(lái)。但如使用硬件磁盤(pán)陣列的話(huà),其性能就可以得到大幅度的改進(jìn),因?yàn)橛布疟P(pán)陣列如DFTraid系列本身有內(nèi)置的CPU與主機(jī)系統(tǒng)并行運(yùn)作,所有存取磁盤(pán)的輸出入工作都在磁盤(pán)陣列本身完成,不花費(fèi)主機(jī)的時(shí)間,配合磁盤(pán)陣列的快取內(nèi)存的使用,可以提高系統(tǒng)的整體性能,而優(yōu)越的總線(xiàn)控

28、制更能增加數(shù)據(jù)的傳輸速率,即使在磁盤(pán)故障的情況下,主機(jī)系統(tǒng)的性能也不會(huì)有明顯的降低。RAID 5要做的事情太多,所以?xún)r(jià)格較貴,不適于小系統(tǒng),但如果是大系統(tǒng)使用大的磁盤(pán)陣列的話(huà),RAID 5卻是最便宜的方案?？偠灾?RAID 0及RAID 1最適合PC及圖形工作站的用戶(hù),提供最佳的性能及最便宜的價(jià)格,所以RAID 0及RAID 1多是使用IDE界面,以低成本符合PC市埸的需求。RAID 2及RAID 3適用于大檔案且輸入輸出需求不頻繁的應(yīng)用如影像處理及CAD/CAM等;而RAID 5則適用于銀行、金融、股市、數(shù)據(jù)庫(kù)等大型數(shù)據(jù)處理中心的OLTP應(yīng)用;RAID 4與RAID 5有相同的特性及應(yīng)用方

29、式,但有其先天的限制,所以并不受推薦。5.磁盤(pán)陣列的額外容錯(cuò)功能：Spare or Standby driver事實(shí)上容錯(cuò)功能已成為磁盤(pán)陣列最受青睞的特性,為了加強(qiáng)容錯(cuò)的功能以及使系統(tǒng)在磁盤(pán)故障的情況下能迅速的重建數(shù)據(jù),以維持系統(tǒng)的性能,一般的磁盤(pán)陣列系統(tǒng)都可使用熱備份(hot spare or hot standby driver)的功能,所謂熱備份是在建立(configure)磁盤(pán)陣列系統(tǒng)的時(shí)候,將其中一磁盤(pán)指定為后備磁盤(pán),此一磁盤(pán)在平常并不操作,但若陣列中某一磁盤(pán)發(fā)生故障時(shí),磁盤(pán)陣列即以后備磁盤(pán)取代故障磁盤(pán),并自動(dòng)將故障磁盤(pán)的數(shù)據(jù)重建(rebuild)在后備磁盤(pán)之上,因?yàn)榉磻?yīng)快速,加上快

30、取內(nèi)存減少了磁盤(pán)的存取,所以數(shù)據(jù)重建很快即可完成,對(duì)系統(tǒng)的性能影響不大。對(duì)于要求不停機(jī)的大型數(shù)據(jù)處理中心或控制中心而言,熱備份更是一項(xiàng)重要的功能,因?yàn)榭杀苊馔黹g或無(wú)人持守時(shí)發(fā)生磁盤(pán)故障所引起的種種不便。另一個(gè)額外的容錯(cuò)功能是壞扇區(qū)轉(zhuǎn)移(bad sector reassignment)。壞扇區(qū)是磁盤(pán)故障的主要原因,通常磁盤(pán)在讀寫(xiě)時(shí)發(fā)生壞扇區(qū)的情況即表示此磁盤(pán)故障,不能再作讀寫(xiě),甚至有很多系統(tǒng)會(huì)因?yàn)椴荒芡瓿勺x寫(xiě)的動(dòng)作而死機(jī),但若因?yàn)槟骋簧葏^(qū)的損壞而使工作不能完成或要更換磁盤(pán),則使得系統(tǒng)性能大打折扣,而系統(tǒng)的維護(hù)成本也未免太高了。壞扇區(qū)轉(zhuǎn)移是當(dāng)磁盤(pán)陣列系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)磁盤(pán)有壞扇區(qū)時(shí),以另一空白且無(wú)故障的扇區(qū)

31、取代該扇區(qū),以延長(zhǎng)磁盤(pán)的使用壽命,減少壞磁盤(pán)的發(fā)生率以及系統(tǒng)的維護(hù)成本。所以壞扇區(qū)轉(zhuǎn)移功能使磁盤(pán)陣列具有更好的容錯(cuò)性,同時(shí)使整個(gè)系統(tǒng)有最好的成本效益比。其他如可外接電池備援磁盤(pán)陣列的快取內(nèi)存,以避免突然斷電時(shí)數(shù)據(jù)尚未寫(xiě)回磁盤(pán)而損失;或在RAID 1時(shí)作寫(xiě)入一致性的檢查等,雖是小技術(shù),但亦不可忽視。6.硬件磁盤(pán)陣列還是軟件磁盤(pán)陣列市面上有所謂硬件磁盤(pán)陣列與軟件磁盤(pán)陣列之分,因?yàn)檐浖疟P(pán)陣列是使用一塊SCSI卡與磁盤(pán)連接,一般用戶(hù)誤以為是硬件磁盤(pán)陣列。以上所述主要是針對(duì)硬件磁盤(pán)陣列,其與軟件磁盤(pán)陣列有幾個(gè)最大的區(qū)別:l 一個(gè)完整的磁盤(pán)陣列硬件與系統(tǒng)相接。l 內(nèi)置CPU,與主機(jī)并行運(yùn)作,所有的I/O

32、都在磁盤(pán)陣列中完成,減輕主機(jī)的工作負(fù)載,增加系統(tǒng)整體性能。l 有卓越的總線(xiàn)主控(bus mastering)及DMA(Direct Memory Access)能力,加速數(shù)據(jù)的存取及傳輸性能。l 與快取內(nèi)存結(jié)合在一起,不但增加數(shù)據(jù)的存取及傳輸性能,更因減少對(duì)磁盤(pán)的存取而增加磁盤(pán)的壽命。l 能充份利用硬件的特性,反應(yīng)快速。軟件磁盤(pán)陣列是一個(gè)程序,在主機(jī)執(zhí)行,透過(guò)一塊SCSI卡與磁盤(pán)相接形成陣列,它最大的優(yōu)點(diǎn)是便宜,因?yàn)闆](méi)有硬件成本(包括研發(fā)、生產(chǎn)、維護(hù)等),而SCSI卡很便宜(亦有的軟件磁盤(pán)陣列使用指定的很貴的SCSI卡);它最大的缺點(diǎn)是使主機(jī)多了很多進(jìn)程(process),增加了主機(jī)的負(fù)擔(dān),尤

33、其是輸出入需求量大的系統(tǒng)。目前市面上的磁盤(pán)陣列系統(tǒng)大部份是硬件磁盤(pán)陣列,軟件磁盤(pán)陣列較少。7.IDE磁盤(pán)陣列還是SCSI磁盤(pán)陣列目前使用在磁盤(pán)輸出入的界面主要有兩種:1. IDE (Integrated Drive Electronics)是廣泛使用在PC上的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器界面,一般而言,其傳輸速度從磁盤(pán)到磁盤(pán)緩沖器(medium to drive buffer)是1.5-2.5MB/Sec,從緩沖器到界面(drive buffer to drive interface)約4.0-6.0MB/Sec,而且新的設(shè)計(jì)其速率有大幅的改進(jìn),如增強(qiáng)型IDE界面(mode 4)在PCI(Peripheral

34、Component Interconnect)總線(xiàn)上的傳輸速率可達(dá)33MB/Sec。2. SCSI (Small Computer Standard Interface)SCSI是較高級(jí)(high level)的界面,可用于主機(jī),磁盤(pán),磁帶,打印機(jī)等,因?yàn)槭歉唠A的界面,規(guī)格較為復(fù)雜,一般自帶控制器,也較為復(fù)雜,這就是SCSI磁盤(pán)為什么比IDE磁盤(pán)費(fèi)的原因。但SCSI界面能較有效的利用硬件特性而提高其速度。其控制器還能對(duì)主機(jī)發(fā)給SCSI磁盤(pán)的命令進(jìn)行緩沖、排隊(duì),并進(jìn)行優(yōu)化處理(命令隊(duì)列)。現(xiàn)在較流行的是標(biāo)準(zhǔn)SCSI-2和SCSI-3。有兩種規(guī)格,FAST SCSI(SCSI-2)的同步傳輸速率為

35、10MB/Sec,數(shù)據(jù)傳輸寬度為8 bit, WIDE SCSI的數(shù)據(jù)傳輸寬度可達(dá)16-bit。Ultra SCSI(SCSI-3)的同步傳輸速率為20MB/Sec,Ultra Wide SCSI的同步傳輸速率為40MB/Sec,數(shù)據(jù)傳輸寬度可達(dá)32-bit。SCSI磁盤(pán)有雖有較高的傳輸速度,但受限于磁盤(pán)的存取速度及磁盤(pán)至SCSI界面的傳輸速度而不能充分發(fā)揮其性能(因?yàn)榇疟P(pán)的機(jī)械動(dòng)作難于有大幅度的改進(jìn));其命令分析程序(command phase)也較復(fù)雜。對(duì)單機(jī)來(lái)言，磁盤(pán)數(shù)量越多,主機(jī)找到特定的數(shù)據(jù)的時(shí)間越長(zhǎng),但對(duì)磁盤(pán)陣列來(lái)言,由于是多個(gè)磁盤(pán)一起并行處理,則表現(xiàn)為磁盤(pán)數(shù)量越多,速度越快。以上界面的直接反應(yīng)是單任務(wù)時(shí)IDE比SCSI快,多任務(wù)時(shí)SCSI較快,這可從用IDE盤(pán)和SCSI盤(pán)做多用戶(hù)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)(如UNIX、Windows/NT等)的系統(tǒng)盤(pán)時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間的差別中明顯看出。在單機(jī)時(shí)則不一定。我們看一個(gè)界面是否較快,不應(yīng)只看其傳崐輸速度的高低而應(yīng)就整個(gè)輸入/輸出的流程看,因?yàn)榇疟P(pán)存取的機(jī)械動(dòng)作比不上電腦的傳輸速率。IDE界面簡(jiǎn)單,反應(yīng)快速,用于PC單機(jī)的小型的磁盤(pán)陣列其效果可能比SCSI為佳;但較大型的磁盤(pán)陣列就非SCSI界面莫屬,因?yàn)殛嚵兄械母鱾€(gè)磁盤(pán)一起作存取的動(dòng)作,能充分發(fā)揮SCS