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磁盘阵列超详细讲解  

2007-03-13 01:14:24|  分类: vista/xp 技 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1. 什么是磁盘阵列(Disk Array)?
  磁盘阵列(Disk Array)是由一个硬盘控制器来控制多个硬盘的相互连接,使多个硬盘的读写同步,减少错误,增加效率和可靠度的技术。
  2.什么是RAID?
  RAID是Redundant Array of Inexpensive Disk的缩写,意为廉价冗余磁盘阵列,是磁盘阵列在技术上实现的理论标准,其目的在于减少错误、提高存储系统的性能与可靠度。常用的等级有1、3、5级等。
  3.什么是RAID Level 0?
  RAID Level 0是Data Striping(数据分割)技术的实现,它将所有硬盘构成一个磁盘阵列,可以同时对多个硬盘做读写动作,但是不具备备份及容错能力,它价格便宜,硬盘使用效率最佳,但是可靠度是最差的。
  以一个由两个硬盘组成的RAID Level 0磁盘阵列为例,它把数据的第1和2位写入第一个硬盘,第三和第四位写入第二个硬盘……以此类推,所以叫“数据分割",因为各盘数据的写入动作是同时做的,所以它的存储速度可以比单个硬盘快几倍。
  但是,这样一来,万一磁盘阵列上有一个硬盘坏了,由于它把数据拆开分别存到了不同的硬盘上,坏了一颗等于中断了数据的完整性,如果没有整个磁盘阵列的备份磁带的话,所有的数据是无法挽回的。因此,尽管它的效率很高,但是很少有人冒着数据丢失的危险采用这项技术。
  4.什么是RAID Level 1?
  RAID Level 1使用的是Disk Mirror(磁盘映射)技术,就是把一个硬盘的内容同步备份复制到另一个硬盘里,所以具备了备份和容错能力,这样做的使用效率不高,但是可靠性高。
  5.什么是RAID Level 3?
  RAID Level 3采用Byte-interleaving(数据交错存储)技术,硬盘在SCSI控制卡下同时动作,并将用于奇偶校验的数据储存到特定硬盘机中,它具备了容错能力,硬盘的使用效率是安装几个就减掉一个,它的可靠度较佳。
  6.什么是RAID Level 5?
  RAID Level 5使用的是Disk Striping(硬盘分割)技术,与Level 3的不同之处在于它把奇偶校验数据存放到各个硬盘里,各个硬盘在SCSI控制卡的控制下平行动作,有容错能力,跟Level 3一样,它的使用效率也是安装几个再减掉一个。
  7.什么是热插拔硬盘?
  热插拔硬盘英文名为Hot-Swappable Disk,在磁盘阵列中,如果使用支持热插拔技术的硬盘,在有一个硬盘坏掉的情况下,服务器可以不用关机,直接抽出坏掉的硬盘,换上新的硬盘。一般的商用磁盘阵列在硬盘坏掉的时候,会自动鸣叫提示管理员更换硬盘。
磁盘阵列(Disk array)原理
为什么需要磁盘阵列? 如何增加磁盘的存取(acces)速度,如何防止数据因磁盘的故障而失落及如 何有效的利用磁盘空间,一直是电脑专业人员和用户的困忧;而大容量磁盘的价 格非常昂贵,对用户形成很大的负担。磁盘阵列技术的产生一举解决了这些问题。
过去十年来,CPU的处理速度几乎是几何级数的跃升,内存(memory)的 存取速度亦大幅增加,而数据储存装置——它要是磁盘(hard disk)——的存取 速度相较之下。较为缓慢。整个I/0吞吐量不能和系统匹配,形成电脑系统的瓶 颈,降低了电脑系统的整体性能(throughout)若不能有效的提升磁盘的存取速 度,CPU、内存及磁盘间的不平衡将使CPU及内存的改进形成浪费。
目前改进磁盘存取速度的方式主要有两种。一是磁盘快取控制(disk cache controller),它将从磁盘读取的数据存在快取内存(cache memory)中以减少磁 盘存取的次数。数据的读写都在cache内存中进行,大幅增加存取的速度,如要读 取的数据不在cache内存中,或要写数据到磁盘时,才做磁盘的存取动作。这种方 式在单工期环境(Single—tasking envioronment)如DOS之下。对大量数据的 存取有很好的性能(量小且频繁的存取则不然)。但在多工(multi—tasking)环 境之下(因为要不停的作数据交换(swapping)的动作)或数据库(database) 的存取(因每一记录都很小)就不能显示其性能。这种方式没有任何安全保障。
其一是使用磁盘阵列的技术。磁盘阵列是把多个磁盘组成一个阵列,当作单 一磁盘使用,它将数据以分段(striping)的方式储存在不同的磁盘中,存取数据 时,阵列中的相关磁盘一起动作:大幅减低数据的存取时间,同时有更佳的空间 利用率。磁盘阵列所利用的不同的技术,称为RAID level,不同的level针对不 同的系统及应用,以解决数据安全的问题。
一般高性能的磁盘阵列都足以硬件的形式来达成、进—步的把磁盘cache控制 及磁盘阵列结合在—个控制器(RAID controler)或控制卡个,针对个同的用户 解决人们对磁盘输出/入系统的四大要求:
(1)增加存取速度。
(2)容错(fault tolerance),即安全性。
(3)有效的利用磁盘空间。
(4)尽量的平衡CPU,内存及磁盘的性能并异,提高电脑的整体工作性能。
磁盘阵列原理
1987年,加州伯克利大学的一位人员发表了名为“磁盘阵列研究”的论文, 正式提到了RAID也就是滋盘阵列,论文提出廉价的5.25”及3.5”的硬盘也能如 大机器上的8”盘能提供人容量、高性能和数据的一致性,并详述了RAIDl至5 的技术。 磁盘阵列针对不同的应用使用的不同技术,称为RAID level,RAID是Redundant Array of Inexpenslve Disks的缩写,而每一level代表一种技术,目前 业界公认的标准是RAID0—RAID5。这个level并个代表技术的高低,level5并不高于level3,level1也个低于level4。字于要选样哪一种RAID level的产品,纯视用户的操作环境(Operating envir0nment)及应用(application)而定,与level 的高低没有必然的关系。RAID0没有安全的保障,仅其快速,所以适合高速I/0 的系统;RAIDl适用于需安全性又要兼顾速度的系统,RAID2及RAID3适用于 大型电脑及影像、CAD/CAM等处理;RAID5多用于0LTP,因有余融机构及 大型数据处理中心的迫切需要,故使用较多而较有名气,但也因此形成很多人对 磁盘阵列的误解,以为磁盘阵列非要RAID5不可;RAID4较少使用、和RAID5 有其共同之处,但RAID4适合大量数据的存取。其他如RAID6,RAID7。乃至 RAIDl0、50、100等,都是厂商各做各的,并无一致的标准,在此不作说明。
RAID1
RAID1是使用磁盘镜像(disk muroring)的技术,磁盘镜像应用在RAIDl 之前就在很多系统中使用,它的方式是在工作磁盘(working disk)之外再加一 额外的备份磁盘(backup disk)两个磁盘所储存的数据安全一致。数据在写入工 作磁盘同时也写入备份磁盘。
RAID2
RAID2是把数据分散为位元/位元组(bit/byte)或块(b1ock),加入海明码Hamming Code、在磁盘阵列中作间隔写入(Interleaving)到每个磁盘小。而 且地址(address)都一样,也就是在各个磁盘中,其数据都在相同的磁道(cylinder or track)及扇区中。RAID2又称为并行阵列(parallel array)其设计足使 用共轴同步(spindle synchronize)的技术,存取数据时、控个磁盘阵列—起动 作,在各个磁盘的相同位置作平行存取,所以有最好的存取时间(auesstime),共 总线(bus)是特别的设计以大带宽并行传输所存取的数据,所以有最好的传输时 间(transfer time)。在人型档案的存取应用,RAID2有最好的件能,仅如果档 案太小,会将其性能批下来。因为磁盘的存取足以期区为单位。而RAID2的存取是所有磁盘平行动作,而且是作单位元或位元组的存取。故小于—个扇区的数据 最会使其件能大打折扣。RAID2是设计给需要连续且大量数据的电脑使用的、如 大型电脑(mainframe to supercomputer)、作影像处理或CAD/CAM的工作站 (workstation)等,并个适用于—般的多用户环境网络服务器(network server)。 小型机或PC。
RAID3
RAID3的数据储存及存取方式都和RAID2一样,仅在安今方面以奇偶较验 (parity check)取代海明码做错误校正及检测,所以只需要—个额外的校检磁盘 (parity disk)。奇偶校验值的计算足以各个磁盘的相对应位作XOR的逻辑运算, 然后将结果写入奇偶校验磁盘,仟何数据的修改都要做奇偶校验计算。
RAID4
RAID4也使用一个校验磁盘,但和RAID3不一样,RAID4的方式是RAID0 加上一个校验磁盘。
RAID5
RAID5和RAID4相似但避免了RAID4的瓶颈,方法是不用校验磁盘而将校 验数据以循环的方式放在每一个磁盘中,RAID5的控制比较复杂,尤其是利用硬件对磁盘阵列的控制,因为这种方式的应用比其他的RAID level要掌握更多的事情,更多的输出/入需求,既要速度快,又要处理数据,计算校验值,做错误 校正等,所以价格较高,其应用最好是0LTP,至于用于大型文件,不见得有最 佳的性能。
RAID的对比: 下面几个表列是RAID的一些性质:
操作 工作模式 最少硬盘量 可用容量 适用范围
RAID0 磁盘延伸和数据分布 2 T PC服务器和图形工作站
RAIDl 数据分布和镜像 2 T/2
RAID2 共轴同步,并行传输,ECC 3 视结构而定 大档案且输入输出不频繁的应用 如:影像处理和CAD/CAM等
RAID3 共轴同步,并行传输,Parity 3 Tx(n—1)/n
RAID4 数据分布,固定Parity 3 Tx(n—1)/n  
RAID5 数据分布,分布Parity 3 Tx(n—1)/n 银行、金融、股市、数据库等大 型数据处理中心OLTP应用
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