磁盤陣列講解

磁盤陣列講解第1頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.磁盤陣列簡(jiǎn)介2.硬盤接口類型3.磁盤陣列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）4.磁盤陣列安裝第2頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.磁盤陣列簡(jiǎn)介RAID是一種把多塊獨(dú)立的硬盤（物理硬盤）按不同的方式組合起來(lái)形成一個(gè)硬盤組（邏輯硬盤），它在陣列控制器的控制和管理下，實(shí)現(xiàn)快速，并行或交叉存取，并有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。從而提供比單個(gè)硬盤更高的存儲(chǔ)性能和提供數(shù)據(jù)備份技術(shù)。原理：原理是利用數(shù)組方式來(lái)作磁盤組，配合數(shù)據(jù)分散排列的設(shè)計(jì)，提升數(shù)據(jù)的安全性。磁盤陣列中針對(duì)不同的應(yīng)用使用的不同技術(shù),稱為RAIDlevel

。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RAID0~RAID7

。實(shí)現(xiàn)：RAID通常是由在硬盤陣列塔中的RAID控制器或電腦中的RAID卡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第3頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：（1）通過把多個(gè)磁盤組織在一起作為一個(gè)邏輯卷提供磁盤跨越功能。（不再受一個(gè)磁盤容量限制）（2）通過把數(shù)據(jù)分成多個(gè)數(shù)據(jù)塊（Block）并行寫入/讀出多個(gè)磁盤以提高訪問磁盤的速度。（3）通過鏡像或校驗(yàn)操作提供容錯(cuò)能力。（容錯(cuò)陣列中如有單塊硬盤出錯(cuò)，不會(huì)影響到整體的繼續(xù)使用，高級(jí)RAID控制器還具有拯救功能）總結(jié)起來(lái)就是容量大、速度快、安全性高。第4頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.硬盤接口類型目前，硬盤的接口類型主要有：IDE接口、SATA接口、SCSI接口、光纖通道。

IDE接口硬盤多用于家用產(chǎn)品中，也部分應(yīng)用于服務(wù)器，SCSI接口的硬盤則主要應(yīng)用于服務(wù)器市場(chǎng)，而光纖通道只在高端服務(wù)器上，價(jià)格昂貴。SATA主要應(yīng)用于家用市場(chǎng)，有SATA、SATAII、SATAIII，是現(xiàn)在的主流。

第5頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月IDE接口（Integrated-Drive-Electronics）是現(xiàn)在普便使用的外部接口，采用16位數(shù)據(jù)并行傳送方式，一個(gè)IDE接口只能接兩個(gè)外部設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、兼容性強(qiáng)、性價(jià)比高，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速度慢、線纜長(zhǎng)度過短、連接設(shè)備少。數(shù)據(jù)線是40針或80針第6頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

SATA(SerialATA)接口：SerialATA以連續(xù)串行的方式傳送數(shù)據(jù)，可以在較少的位寬下使用較高的工作頻率來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?。SerialATA一次只會(huì)傳送1位數(shù)據(jù)，這樣能減少SATA接口的針腳數(shù)目，使連接電纜數(shù)目變少，效率也會(huì)更高。實(shí)際上，SerialATA僅用四支針腳就能完成所有的工作，分別用于連接電纜、連接地線、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，同時(shí)這樣的架構(gòu)還能降低系統(tǒng)能耗和減小系統(tǒng)復(fù)雜性。SerialATA1.0定義的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)150MB/sec，這比目前最塊的并行ATA(即ATA/133)所能達(dá)到133MB/sec的最高數(shù)據(jù)傳輸率還高，而目前SATAII的數(shù)據(jù)傳輸率則已經(jīng)高達(dá)300MB/sec。第7頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

SATA硬盤

右圖最左邊的接口是跳線接口，可通過更改跳線方式可以設(shè)置硬盤的某些功能，如設(shè)置主盤或從盤、調(diào)整硬盤的ID、終端電阻開關(guān)等。跳線的作用就像一個(gè)開關(guān)，用它來(lái)閉合(或打開)一個(gè)電路。第8頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SCSI－小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口(SmallComputerSystemInterface)，是種較為特殊的接口總線，具備與多種類型的外設(shè)進(jìn)行通信。SCSI采用ASPI（高級(jí)SCSI編程接口）的標(biāo)準(zhǔn)軟件接口使驅(qū)動(dòng)器和計(jì)算機(jī)內(nèi)部安裝的SCSI適配器進(jìn)行通信。SCSI是個(gè)多任務(wù)接口，設(shè)有母線仲裁功能。掛在一個(gè)SCSI母線上的多個(gè)外設(shè)可以同時(shí)工作。在SCSI母線上可以連接主機(jī)適配器和八個(gè)SCSI外設(shè)控制器，外設(shè)可以包括磁盤、磁帶、CD-ROM、可擦寫光盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)、掃描儀和通訊設(shè)備等。SCSI接口可以同步或異步傳輸數(shù)據(jù)，同步傳輸速率可以達(dá)到10MB/s，異步傳輸速率可以達(dá)到1.5MB/s。SCSI必須要有專門的SCSI控制器，在SCSI控制器上有一個(gè)相當(dāng)于CPU的芯片，它對(duì)SCSI設(shè)備進(jìn)行控制，能處理大部分的工作，減少了中央處理器的負(fù)擔(dān)（CPU占用率）第9頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SCSI接口目前關(guān)于SCSI卡有三個(gè)正式標(biāo)準(zhǔn)，SCSI－1，SCSI－2和SCSI－3，以及一些中間版本，要使SCSI硬盤獲得最佳性能就必須保證SCSI卡與SCSI硬盤版本一致。WideSCSI16位傳輸，NarrowSCSI8位傳輸?shù)?0頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.磁盤陣列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）目前，現(xiàn)在已基本得到公認(rèn)的有下面八種系列：1.RAID0(0級(jí)盤陣列)：RAID0又稱數(shù)據(jù)分塊，即把數(shù)據(jù)分布在多個(gè)盤上，沒有容錯(cuò)措施。其容量和數(shù)據(jù)傳輸率是單機(jī)容量的N倍，N為構(gòu)成盤陣列的磁盤機(jī)的總數(shù)，I/O傳輸速率高，但平均無(wú)故障時(shí)間MTTF(MeanTimeToFailure)只有單臺(tái)磁盤機(jī)的N分之一，因此零級(jí)盤陣列的可靠性最差。2.RAID1(1級(jí)盤陣列)RAID1又稱鏡像(Mirror)盤，采用鏡像容錯(cuò)來(lái)提高可靠性。即每一個(gè)工作盤都有一個(gè)鏡像盤，每次寫數(shù)據(jù)時(shí)必須同時(shí)寫入鏡像盤，讀數(shù)據(jù)時(shí)只從工作盤讀出。一旦工作盤發(fā)生故障立即轉(zhuǎn)入鏡像盤，從鏡像盤中讀出數(shù)據(jù)，然后由系統(tǒng)再恢復(fù)工作盤正確數(shù)據(jù)。因此這種方式數(shù)據(jù)可以重構(gòu)，但工作盤和鏡像盤必須保持一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。第11頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月這種盤陣列可靠性很高，但其有效容量減小到總?cè)萘恳话胍韵?。因此RAID1常用于對(duì)出錯(cuò)率要求極嚴(yán)的應(yīng)用場(chǎng)合，如財(cái)政、金融等領(lǐng)域。3.RAID2(2級(jí)盤陣列)RAID2又稱位交叉，它采用漢明碼作盤錯(cuò)檢驗(yàn)，無(wú)需在每個(gè)扇區(qū)之后進(jìn)行CRC(CyclicReDundancycheck)檢驗(yàn)。漢明碼是一種(n,k)線性分組碼，n為碼字的長(zhǎng)度，k為數(shù)據(jù)的位數(shù)，r為用于檢驗(yàn)的位數(shù)，故有：r=n－k因此按位交叉存取最有利于作漢明碼檢驗(yàn)。這種盤適于大數(shù)據(jù)的讀寫。但冗余信息開銷還是太大，阻止了這類盤的廣泛應(yīng)用。4.RAID3(3級(jí)盤陣列)RAID3為單盤容錯(cuò)并行傳輸陣列盤。它的特點(diǎn)是將檢驗(yàn)盤減小為一個(gè)(RAID2校驗(yàn)盤為多個(gè)，DAID1檢驗(yàn)盤為1比1)，數(shù)據(jù)以位或字節(jié)的方式存于各盤(分散記錄在組內(nèi)相同扇區(qū)號(hào)的各個(gè)磁盤機(jī)上)。第12頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月它的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)陣列的帶寬可以充分利用，使批量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間減??；其缺點(diǎn)是每次讀寫要牽動(dòng)整個(gè)組，每次只能完成一次I/O。

5.RAID4(4級(jí)盤陣列)RAID4是一種可獨(dú)立地對(duì)組內(nèi)各盤進(jìn)行讀寫的陣列。其校驗(yàn)盤也只有一個(gè)。RAID4和RAID3的區(qū)別是：RAID3是按位或按字節(jié)交叉存取，而RAID4是按塊(扇區(qū))存取，可以單獨(dú)地對(duì)某個(gè)盤進(jìn)行操作，它無(wú)需象RAID3那樣，那怕每一次小I/O操作也要涉及全組，只需涉及組中兩臺(tái)磁盤機(jī)(一臺(tái)數(shù)據(jù)盤，一臺(tái)檢驗(yàn)盤)即可。從而提高了小量數(shù)據(jù)的I/O速率。第13頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.RAID5(5級(jí)盤陣列)RAID5是一種旋轉(zhuǎn)奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取的陣列。它和RAID1、2、3、4各盤陣列的不同點(diǎn)，是它沒有固定的校驗(yàn)盤，而是按某種規(guī)則把其冗余的奇偶校驗(yàn)信息均勻地分布在陣列所屬的所有磁盤上。于是在同一臺(tái)磁盤機(jī)上既有數(shù)據(jù)信息也有校驗(yàn)信息。這一改變解決了爭(zhēng)用校驗(yàn)盤的問題，因此DAID5內(nèi)允許在同一組內(nèi)并發(fā)進(jìn)行多個(gè)寫操作。所以RAID5即適于大數(shù)據(jù)量的操作，也適于各種事務(wù)處理。它是一種快速，大容量和容錯(cuò)分布合理的磁盤陣列。7.RAID6(6級(jí)盤陣列)RAID6是一種雙維奇偶校驗(yàn)獨(dú)立存取的磁盤陣列。它的冗余的檢、糾錯(cuò)信息均勻分布在所有磁盤上，而數(shù)據(jù)仍以大小可變的塊以交叉方式存于各盤。這類盤陣列可容許雙盤出錯(cuò)。第14頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8.RAID7(7級(jí)盤陣列)RAID7是在RAID6的基礎(chǔ)上，采用了cache技術(shù)，它使得傳輸率和響應(yīng)速度都有較大的提高。Cache是一種高速緩沖存儲(chǔ)器，即數(shù)據(jù)在寫入磁盤陣列以前，先寫入cache中。一般采用cache分塊大小和磁盤陣列中數(shù)據(jù)分塊大小相同，即一塊cache分塊對(duì)應(yīng)一塊磁盤分塊。在寫入時(shí)將數(shù)據(jù)分別寫入兩個(gè)獨(dú)立的cache，這樣即使其中有一個(gè)cache出故障，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。寫操作將直接在cache級(jí)響應(yīng)，然后再轉(zhuǎn)到磁盤陣列。數(shù)據(jù)從cache寫到磁盤陣列時(shí)，同一磁道的數(shù)據(jù)將在一次操作中完成，避免了不少塊數(shù)據(jù)多次寫的問題，提高了速度。在讀出時(shí)，主機(jī)也是直接從cache中讀出，而不是從陣列盤上讀取，減少與磁盤讀操作次數(shù)，這樣比較充分地利用了磁盤帶寬。第15頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月