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磁盘阵列(Disk Array)原理
上一篇 / 下一篇 2008-01-24 17:07:23 / 个人分类：存储设备与容灾技术
1.为什么需要磁盘阵列?
#E ?| t#w.aUK0r Ig0IXPUB技术博客p,R/|RW9L1~,p
如何增加磁盘的存取(access)速度,如何防止数据因磁盘的故障而失落及如何有效IXPUB技术博客$KA3^OQ$A1S~
的利用磁盘空间,一直是电脑专业人员和用户的困扰;而大容量磁盘的价格非常昂贵,对IXPUB技术博客.D&DAo;d j?
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。
y,Rk6lc t"Hb0
a B ~ q _li#Bu T0过去十几年来,CPU的处理速度增加了五十倍有多,内存(memory)的存取速度亦大
N7J A/vi ~C0幅增加,而数据储存装置--主要是磁盘(hard disk)--的存取速度只增加了三、四倍,形
F0e@/CK3w] M#`0成电脑系统的瓶颈,拉低了电脑系统的整体性能(through put),若不能有效的提升磁盘IXPUB技术博客,b)b4{nk
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。IXPUB技术博客hj(Ol0{;v4a
B T FZJu0目前改进磁盘存取速度的的方式主要有两种。一是磁盘快取控制(disk cacheIXPUB技术博客P&@|&a M+x AiU&U3@M
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IXPUB技术博客 h"z*_a rv B
的次数,数据的读写都在快取内存中进行,大幅增加存取的速度,如要读取的数据不在快IXPUB技术博客F3FO!pJ7Z
取内存中,或要写数据到磁盘时,才做磁盘的存取动作。这种方式在单工环境(single-
JF&\@!yN0tasking 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
6w@O"CW l0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)IXPUB技术博客+w"W { DU-@ H
的动作)或数据库(database)的存取(因为每一记录都很小)就不能显示其性能。这种方
W b*M _.`y @.a c*S0式没有任何安全保障。
i i'_rp[2W:z~&X@0
D:T`J P7J P0其二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
&Z?bLy @I0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
!K X'@%MuL!y0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
\A&b3R mU H\ qA0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
5i%o|#R~ I0的问题。IXPUB技术博客4R"A Z%m&G$jc u
.O:D}!P ? YQ-P0一般高性能的磁盘阵列都是以硬件的形式来达成,进一步的把磁盘快取控制及磁盘
n}H$a F#S0阵列结合在一个控制器(RAID controler或控制卡上,针对不同的用户解决人们对磁IXPUB技术博客wKpsguqy
盘输出入系统的四大要求:IXPUB技术博客$T Bf d$XJ4A
(1)增加存取速度,
9q r-xO3E)S&p0(2)容错(fault tolerance),即安全性IXPUB技术博客'|R;T_ {+esP:{
(3)有效的利用磁盘空间;
3C,J"K;L \#wa1tl5x0(4)尽量的平衡CPU,内存及磁盘的性能差异,提高电脑的整体工作性能。IXPUB技术博客da6^#D7m
G x9ss A[ \02.磁盘阵列原理
)s-u(Ba4w0
4}*z*U/UeK+N5B-R0磁盘阵列中针对不同的应用使用的不同技术,称为RAID level,RAID是RedundentIXPUB技术博客:N q;^,j DZ
Array of Inexpensive Disks的缩写,而每一level代表一种技术,目前业界公认的标IXPUB技术博客-wz'|D'Lz x _mA0H
准是RAID 0~RAID 5。这个level并不代表技术的高低,level 5并不高于level 3,level
_7M y {wS+Y3a01也不低过level 4,至于要选择那一种RAID level的产品,纯视用户的操作环境IXPUB技术博客e g1I5J.x M2he
(operating environment)及应用(application)而定,与level的高低没有必然的关系。IXPUB技术博客^7^4v2X _ W8U
RAID 0及RAID 1适用于PC及PC相关的系统如小型的网络服务器(network server)及
J,Q-ohm0需要高磁盘容量与快速磁盘存取的工作站等,比较便宜;RAID 3及RAID 4适用于大型电IXPUB技术博客yRBbl4}
脑及影像、CAD/CAM等处理;RAID 5多用于OLTP,因有金融机构及大型数据处理中心的
!h!b#L K;s6T e0迫切需要,故使用较多而较有名气, RAID 2较少使用,其他如RAID 6,RAID 7,乃至RAID
D:I(` x\I010等,都是厂商各做各的,并无一致的标准,在此不作说明。介绍各个RAID level之前,
z:i'S!x)M(o"x&tKxG0先看看形成磁盘阵列的两个基本技术:
d i#S @7w-BWT0IXPUB技术博客"s"W#^#V oE
磁盘延伸(Disk Spanning):
h6u PD'eE.w {7?(m0IXPUB技术博客'w] W.gz Wq }
译为磁盘延伸,能确切的表示disk spanning这种技术的含义。如图磁盘阵列控制器,
zm vB2iy$f0联接了四个磁盘,这四个磁盘形成一个阵列(array),而磁盘阵列的控制器(RAID
g{4G*Ap/x0controller)是将此四个磁盘视为单一的磁盘,如DOS环境下的C:盘。这是diskIXPUB技术博客] ~e3K%Aw.C V
spanning的意义,因为把小容量的磁盘延伸为大容量的单一磁盘,用户不必规划数据在
/v)a+bxP\2])xZ z0各磁盘的分布,而且提高了磁盘空间的使用率。并使磁盘容量几乎可作无限的延伸;而各
K2c6H Pm n&|7W r0个磁盘一起作取存的动作,比单一磁盘更为快捷。很明显的,有此阵列的形成而产生IXPUB技术博客-^1Zn6Oc bK2g
RAID的各种技术。
w osD-h0IXPUB技术博客H.W,o'a~:tD
+h j;Z'ph(y0磁盘或数据分段(Disk Striping or Data Striping):IXPUB技术博客6ND:P"[lU b
IXPUB技术博客9^s @1gc p U
因为磁盘阵列是将同一阵列的多个磁盘视为单一的虚拟磁盘(virtual disk),所以其数
7B*KJ6a X ^QQ0据是以分段(block or segment)的方式顺序存放在磁盘阵列中,数据按需要分段,从第一IXPUB技术博客RZ:]f$b-u/T
个磁盘开始放,放到最後一个磁盘再回到第一个磁盘放起,直到数据分布完毕。至于分段
c,| uc X w0的大小视系统而定,有的系统或以1KB最有效率,或以4KB,或以6KB,甚至是4MB或8MB
LZ6a4r*LN)H0的,但除非数据小于一个扇区(sector,即521bytes),否则其分段应是512byte的倍数。IXPUB技术博客0xj {Fw V
因为磁盘的读写是以一个扇区为单位,若数据小于512bytes,系统读取该扇区后,还要IXPUB技术博客 jJ(b1v.bN)j&O
做组合或分组(视读或写而定)的动作,浪费时间。从上图我们可以看出,数据以分段于在
M_ v4]:h&R0不同的磁盘,整个阵列的各个磁盘可同时作读写,故数据分段使数据的存取有最好的效
bp dNG }5e$w(D0率,理论上本来读一个包含四个分段的数据所需要的时间约=(磁盘的access time+数据
"o u z] l-|"Fp{U|4J'rv0的tranfer time)X4次,现在只要一次就可以完成。
)?*Y(Q5MfH]0
T$u} n!OHs+C"a0若以N表示磁盘的数目,R表示读取,W表示写入,S表示可使用空间,则数据分段的性能
H d c)L:Q @h0为:
Jw0]^ N,z0R:N(可同时读取所有磁盘)IXPUB技术博客TI+P-o u j fWO
W:N(可同时写入所有磁盘)
~OM2RCg0B0S:N(可利用所有的磁盘,并有最佳的使用率)
Q @*|o3Z l(r0IXPUB技术博客7J"g W(R4V
Disk striping也称为RAID 0,很多人以为RAID 0没有甚么,其实这是非常错误的观念,IXPUB技术博客9? q H!_zon
因为RAID 0使磁盘的输出入有最高的效率。而磁盘阵列有更好效率的原因除数据分段
:p R;]mO$n0外,它可以同时执行多个输出入的要求,因为阵列中的每一个磁盘都能独立动作,分段放IXPUB技术博客0Zb8BnK*Wn%nB
在不同的磁盘,不同的磁盘可同时作读写,而且能在快取内存及磁盘作并行存取
oD ~O Ntf0B0(parallel access)的动作,但只有硬件的磁盘阵列才有此性能表现。IXPUB技术博客6h^bX5j _ m0x
IXPUB技术博客 _ q H v:J
从上面两点我们可以看出,disk spanning定义了RAID的基本形式,提供了一个便宜、
4}i u"O:DC?0灵活、高性能的系统结构,而disk striping解决了数据的存取效率和磁盘的利用率问
SH8k9W L&e0题,RAID 1至RAID 5是在此基础上提供磁盘安全的方案。
ut.wo;{ G0IXPUB技术博客 Qz&ZFs
RAID 1
B xc8D"n)F6y&I E0IXPUB技术博客v'?/n!W C Ku?g5f
RAID 1是使用磁盘镜像(disk mirroring)的技术。磁盘镜像应用在RAID 1之前就在很
.nz"fVip&T8f0多系统中使用,它的方式是在工作磁盘(working disk)之外再加一额外的备份磁盘
k3W5It z`_0(backup disk),两个磁盘所储存的数据完全一样,数据写入工作磁盘的同时亦写入备份
Q ~ R8Md:t K i0磁盘。磁盘镜像不见得就是RAID 1,如Novell Netware亦有提供磁盘镜像的功能,但并IXPUB技术博客 Cc^ e I(i2B5I a
不表示Netware有了RAID 1的功能。一般磁盘镜像和RAID 1有二点最大的不同:
;T J)BXf2e.E/R0IXPUB技术博客qY2u H ?4mg
RAID 1无工作磁盘和备份磁盘之分,多个磁盘可同时动作而有重叠(overlaping)读取的
sS4P1vf$J0功能,甚至不同的镜像磁盘可同时作写入的动作,这是一种最佳化的方式,称为负载平衡
n2Ec*} g ~ G6[.S"N0(load-balance)。例如有多个用户在同一时间要读取数据,系统能同时驱动互相镜像的
%H,D8sr n&y(L^%qA0磁盘,同时读取数据,以减轻系统的负载,增加I/O的性能。
AY)W(x%X-kL5f0IXPUB技术博客 d)W)r C*Uc
RAID 1的磁盘是以磁盘延伸的方式形成阵列,而数据是以数据分段的方式作储存,因而
o%c7W&R+|*x e\0在读取时,它几乎和RAID 0有同样的性能。从RAID的结构就可以很清楚的看出RAID 1IXPUB技术博客#QMEo e wu.q7o
和一般磁盘镜像的不同。
5qwcuX0IXPUB技术博客8^q!hDO6R DHI
下图为RAID 1,每一笔数据都储存两份:
8i a v'G x._ b0从图可以看出:
"WP0M4_$hx l9|+o Q0R:N(可同时读取所有磁盘)IXPUB技术博客azM[Q:~.n3X(v!y
W:N/2(同时写入磁盘数)
1SD3^+Mp2c K0S:N/2(利用率)
K%s j K[(|8l p0
K pf?m jg0读取数据时可用到所有的磁盘,充分发挥数据分段的优点;写入数据时,因为有备份,所
h2K1P t cDA0以要写入两个磁盘,其效率是N/2,磁盘空间的使用率也只有全部磁盘的一半。
1D {/CsG{`/P0
l!X2{F,`0很多人以为RAID 1要加一个额外的磁盘,形成浪费而不看好RAID 1,事实上磁盘越来越IXPUB技术博客,D[:|V1Nh
便宜,并不见得造成负担,况且RAID 1有最好的容错(fault tolerence)能力,其效率也
iT-~ _CLwm D0是除RAID 0之外最好的。IXPUB技术博客 m Rkh0s3Kg
,p? uX!^2J Y ~5e.KSG0在磁盘阵列的技术上,从RAID 1到RAID 5,不停机的意思表示在工作时如发生磁盘故障,
Aae*I'S.zt0系统能持续工作而不停顿,仍然可作磁盘的存取,正常的读写数据;而容错则表示即使磁IXPUB技术博客 O r+r9oW mgRJ t
盘故障,数据仍能保持完整,可让系统存取到正确的数据,而SCSI的磁盘阵列更可在工IXPUB技术博客:J ToI A;|+M
作中抽换磁盘,并可自动重建故障磁盘的数据。磁盘阵列之所以能做到容错及不停机,IXPUB技术博客g b3M!a{ Jh.k
是因为它有冗余的磁盘空间可资利用,这也就是Redundant的意义。IXPUB技术博客.|2x0M,L*x j
KZ9fKXcv.x%Y0RAID 2IXPUB技术博客 I hfnB G/D
4] Y SMaS pK0RAID 2是把数据分散为位(bit)或块(block),加入海明码Hamming Code,在磁盘阵列中
H.h] ]0Re s0作间隔写入(interleaving)到每个磁盘中,而且地址(address)都一样,也就是在各个磁
*\Gh M c Z1T0盘中,其数据都在相同的磁道(cylinder or track)及扇区中。RAID 2的设计是使用共IXPUB技术博客z7lJ-L5d
轴同步(spindle synchronize)的技术,存取数据时,整个磁盘阵列一起动作,在各作磁
.c,s:J b3FE C0盘的相同位置作平行存取,所以有最好的存取时间(accesstime),其总线(bus)是特别的
a:K(C$dL8B0设计,以大带宽(band wide)并行传输所存取的数据,所以有最好的传输时间(transferIXPUB技术博客,NLU J mr t&]2`
time)。在大型档案的存取应用,RAID 2有最好的性能,但如果档案太小,会将其性能拉
3GC)B2s j0下来,因为磁盘的存取是以扇区为单位,而RAID 2的存取是所有磁盘平行动作,而且是作
G"][&~ w` m0单位元的存取,故小于一个扇区的数据量会使其性能大打折扣。RAID 2是设计给需要连
H$D:RL8wwKnEpv0续且大量数据的电脑使用的,如大型电脑(mainframe. to supercomputer)、作影像处理
L i)G~cIRR0或CAD/CAM的工作站(workstation)等,并不适用于一般的多用户环境、网络服务器IXPUB技术博客7c B-E Grk\
(network server),小型机或PC。IXPUB技术博客+ReIQ,O
U0o;A%F^yF @R0RAID 2的安全采用内存阵列(memory array)的技术,使用多个额外的磁盘作单位错误校
@IpQ W!H:|C;u0正(single-bit correction)及双位错误检测(double-bit detection);至于需要多少个IXPUB技术博客8o+f!A:GOW'Z c F8R
额外的磁盘,则视其所采用的方法及结构而定,例如八个数据磁盘的阵列可能需要三个IXPUB技术博客.j3l u/W"R:C v U
额外的磁盘,有三十二个数据磁盘的高档阵列可能需要七个额外的磁盘。
h7[Hk4W Jv0IXPUB技术博客9Ly;p `'Xp^
IXPUB技术博客V|x/f B!F#yQ
RAID 3IXPUB技术博客8hr eX J2y%y-v
IXPUB技术博客9l&p2?f X(A
RAID 3的数据储存及存取方式都和RAID 2一样,但在安全方面以奇偶校验(parityIXPUB技术博客 EP"C4i X:|&` R
check)取代海明码做错误校正及检测,所以只需要一个额外的校检磁盘(parity disk)。
(^+X}7?5F {1o0奇偶校验值的计算是以各个磁盘的相对应位作XOR的逻辑运算,然后将结果写入奇偶校IXPUB技术博客N0x^(@2G9v0c T i
验磁盘,任何数据的修改都要做奇偶校验计算,如图:IXPUB技术博客 H.x![6?wA$B b
IXPUB技术博客){|,c w.bs(h
如某一磁盘故障,换上新的磁盘后,整个磁盘阵列(包括奇偶校验磁盘)需重新计算一次,
&],W7F%P2^j i!S0将故障磁盘的数据恢复并写入新磁盘中;如奇偶校验磁盘故障,则重新计算奇偶校验值,
9T U{T&f#xS8o:Sk0以达容错的要求.
$N0U C ?2B W-P0
C*Egu:q J6w2m4b1c0较之RAID 1及RAID 2,RAID 3有85%的磁盘空间利用率,其性能比RAID 2稍差,因为要
nM"z ^ _({!\%t0做奇偶校验计算;共轴同步的平行存取在读档案时有很好的性能,但在写入时较慢,需要
2^ rhw:C0重新计算及修改奇偶校验磁盘的内容。RAID 3和RAID 2有同样的应用方式,适用大档IXPUB技术博客3[y'p#b ~2WT@
案及大量数据输出入的应用,并不适用于PC及网络服务器。IXPUB技术博客pT Yv$W$B O|DU
IXPUB技术博客'W3k YIJgkf9r }E g
RAID 4
!D ZA8D a w ~rf1k0
"C3e0pt-@.U0RAID 4也使用一个校验磁盘,但和RAID 3不一样,如图:
.N/Ty;{9vk`0IXPUB技术博客"lD!a+LT5? Y k
RAID 4是以扇区作数据分段,各磁盘相同位置的分段形成一个校验磁盘分段(parity
DBW wU ccH0block),放在校验磁盘。这种方式可在不同的磁盘平行执行不同的读取命今,大幅提高磁
MV |;m m8{0`8c0盘阵列的读取性能;但写入数据时,因受限于校验磁盘,同一时间只能作一次,启动所有IXPUB技术博客*^F m/x S![
磁盘读取数据形成同一校验分段的所有数据分段,与要写入的数据做好校验计算再写IXPUB技术博客/Jj rv;W
入。即使如此,小型档案的写入仍然比RAID 3要快,因其校验计算较简单而非作位(bitIXPUB技术博客4a u-j0nD;e
level)的计算;但校验磁盘形成RAID 4的瓶颈,降低了性能,因有RAID 5而使得RAID 4IXPUB技术博客 ?(\B@tV
较少使用。
+l v$Q3cq L&fcH0
^dJ'F.f C9o&^0RAID 5IXPUB技术博客 s,vp f5n2c
RAID5避免了RAID 4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IXPUB技术博客#b-RwQ.z8N)E)h
个磁盘中,如下图:IXPUB技术博客/k(E-]q0E"zaJd
+a L}F"Zo0磁盘阵列的第一个磁盘分段是校验值,第二个磁盘至后一个磁盘再折回第一个磁盘的分IXPUB技术博客:u;W v M+N:fk ` b(~
段是数据,然后第二个磁盘的分段是校验值,从第三个磁盘再折回第二个磁盘的分段是
-~ {0nvWm o0数据,以此类推,直到放完为止。图中的第一个parity block是由A0,A1...,B1,B2计算IXPUB技术博客"u_W1D.m|h*h N
出来,第二个parity block是由B3,B4,...,C4,D0计算出来,也就是校验值是由各磁盘
*K M F`}n0同一位置的分段的数据所计算出来。这种方式能大幅增加小档案的存取性能,不但可同IXPUB技术博客+|vyS2P)p7{
时读取,甚至有可能同时执行多个写入的动作,如可写入数据到磁盘1而其parity
bn|j*S:H.k Z I'N0block在磁盘2,同时写入数据到磁盘4而其parity block在磁盘1,这对联机交易处理IXPUB技术博客 P RE#j8\5w
(OLTP,On-Line Transaction Processing)如银行系统、金融、股市等或大型数据库的
Enm5th v IT4~0处理提供了最佳的解决方案(solution),因为这些应用的每一笔数据量小,磁盘输出入
r"U"h9d.b R I3E ko0频繁而且必须容错。IXPUB技术博客0K5E"u(FF]3a
IXPUB技术博客 |$X Ufm:a |6n
事实上RAID 5的性能并无如此理想,因为任何数据的修改,都要把同一parityblock的IXPUB技术博客&xrmG/Y@&Zb|5}
所有数据读出来修改后,做完校验计算再写回去,也就是RMW cycle(Read-Modify-Write
;GSa,b i0cycle,这个cycle没有包括校验计算);正因为牵一而动全身,所以:
$RL~l D;} w*pc F^0R:N(可同时读取所有磁盘)
p#P9x%[*] x9O0W:1(可同时写入磁盘数)
"y5O`1[ef0S:N-1(利用率)IXPUB技术博客,b-[ N*u'OYV
IXPUB技术博客3_hj| Tc3Q
RAID 5的控制比较复杂,尤其是利用硬件对磁盘阵列的控制,因为这种方式的应用比其IXPUB技术博客g S l*k't;{
他的RAID level要掌握更多的事情,有更多的输出入需求,既要速度快,又要处理数据,IXPUB技术博客 Z r.pf4HP
计算校验值,做错误校正等,所以价格较高;其应用最好是OLTP,至于用于图像处理等,
w%S-UG e&P0不见得有最佳的性能。
.L w3\ y m6nmb0IXPUB技术博客+Ggq4T S'Z
2.磁盘阵列的额外容错功能：Spare or Standby driver
Y YG%s x0YJ(?4Wp1~0IXPUB技术博客rE Be yq?} L/@
事实上容错功能已成为磁盘阵列最受青睐的特性,为了加强容错的功能以及使系统在磁IXPUB技术博客#R3@\!V%U6Vrf S
盘故障的情况下能迅速的重建数据,以维持系统的性能,一般的磁盘阵列系统都可使用IXPUB技术博客"v E#N k&~ t l&p
热备份(hot spare or hot standby driver)的功能,所谓热备份是在建立(configure)IXPUB技术博客~!B!mV,y F%u
磁盘阵列系统的时候,将其中一磁盘指定为后备磁盘,此一磁盘在平常并不操作,但若阵IXPUB技术博客G8u D p-tb s+e lV1G
列中某一磁盘发生故障时,磁盘阵列即以后备磁盘取代故障磁盘,并自动将故障磁盘的
\wn q(PD_a*u X0数据重建(rebuild)在后备磁盘之上,因为反应快速,加上快取内存减少了磁盘的存取,
\1sBV*`u3XD u$K0所以数据重建很快即可完成,对系统的性能影响很小。对于要求不停机的大型数据处理IXPUB技术博客R1h!{ KvJ
中心或控制中心而言,热备份更是一项重要的功能,因为可避免晚间或无人值守时发生
we"q%p4A)Z['_b0磁盘故障所引起的种种不便。
4SX MW pgS c.Bp-`0
#I6hbe.Z'Qmy S\+e0另一个额外的容错功能是坏扇区转移(bad sector reassignment)。坏扇区是磁盘故障IXPUB技术博客 bRwq WB~~2f&jl
的主要原因,通常磁盘在读写时发生坏扇区的情况即表示此磁盘故障,不能再作读写,甚
n,J y+Ek(mL c0至有很多系统会因为不能完成读写的动作而死机,但若因为某一扇区的损坏而使工作不IXPUB技术博客[1nY9SMr%A
能完成或要更换磁盘,则使得系统性能大打折扣,而系统的维护成本也未免太高了。坏扇IXPUB技术博客QJ K-D \"W"c | v u9M
区转移是当磁盘阵列系统发现磁盘有坏扇区时,以另一空白且无故障的扇区取代该扇区,
-a1L4b F X%`0以延长磁盘的使用寿命,减少坏磁盘的发生率以及系统的维护成本。所以坏扇区转移功IXPUB技术博客X L:`)a&Rl}
能使磁盘阵列具有更好的容错性,同时使整个系统有最好的成本效益比。其他如可外接
b2~ ^ Y&pSn2o ]0电池备援磁盘阵列的快取内存,以避免突然断电时数据尚未写回磁盘而损失;或在RAID
u?0V&A L01时作写入一致性的检查等,虽是小技术,但亦不可忽视。
O+h.S{*a {#d$r E0IXPUB技术博客 Qp;XX{;G p P2C$^7r
p\0\^ qc,Ytoh03.硬件磁盘阵列还是软件磁盘阵列
w*^'Z,K4y0V0IXPUB技术博客xQ!o.u'SW
市面上有所谓硬件磁盘阵列与软件磁盘阵列之分,因为软件磁盘阵列是使用一块SCSIIXPUB技术博客!m!W-Y7O2t(S WE
卡与磁盘连接,一般用户误以为是硬件磁盘阵列。以上所述主要是针对硬件磁盘阵列,IXPUB技术博客Gm7ie| _8o
其与软件磁盘阵列有几个最大的区别:IXPUB技术博客P7d0DZ2`H!BjV
IXPUB技术博客+ax'Qt;C.D
l 一个完整的磁盘阵列硬件与系统相接。
7YB;T q E;zP]0l 内置CPU,与主机并行运作,所有的I/O都在磁盘阵列中完成,减轻主机的工作负载,
?.k{/Z [r0`2s0增加系统整体性能。IXPUB技术博客!p5PZ7E b2O @:]F
l 有卓越的总线主控(bus mastering)及DMA(Direct Memory Access)能力,加速数据
;E KT W1w,Y+I2j)F/v0的存取及传输性能。IXPUB技术博客 L:[kK)Dr:UU.Hu
l 与快取内存结合在一起,不但增加数据的存取及传输性能,更因减少对磁盘的存取IXPUB技术博客_{7?5fgq-XE*bz
而增加磁盘的寿命。IXPUB技术博客 s3Xq/mzj!z3S2}
l 能充份利用硬件的特性,反应快速。
(c6ZA'?:^0
3[3y(]5uMP:l0软件磁盘阵列是一个程序,在主机执行,透过一块SCSI卡与磁盘相接形成阵列,它最大IXPUB技术博客hgo(Gd9k,f
的优点是便宜,因为没有硬件成本(包括研发、生产、维护等),而SCSI卡很便宜(亦有的IXPUB技术博客(J'Fj-mr h3TI
软件磁盘阵列使用指定的很贵的SCSI卡);它最大的缺点是使主机多了很多进程IXPUB技术博客kQ[ aS or9j%m1w$r
(process),增加了主机的负担,尤其是输出入需求量大的系统。目前市面上的磁盘阵列
rZDC!BXfN0系统大部份是硬件磁盘阵列,软件磁盘阵列较少。IXPUB技术博客v v\xBg6R |
IXPUB技术博客S1O ac#S5a
*F|4uiS ]9~ y04.磁盘阵列卡还是磁盘阵列控制器
h&A7YyY~8b%e0IXPUB技术博客wjl PL[ bB
磁盘阵列控制卡一般用于小系统，供单机使用。与主机共用电源，在关闭主机电源时存
'fo d | U4W#`0在丢失Cache中的数据的的危险。磁盘阵列控制卡只有常用总线方式的接口，其驱动程IXPUB技术博客LY z_a3w"q*L:G
序与主机、主机所用的操作系统都有关系，有软、硬件兼容性问题并潜在地增加了系统
dn4A `3{F l;u&w:r0的不安定因素。在更换磁盘阵列卡时要冒磁盘损坏，资料失落，随时停机的风险。
/sJ,A5@g pc"Y s0IXPUB技术博客:[&\~Rg(A
独立式磁盘阵列控制一般用于较大型系统,可分为两种：
v O {D ^ {4Z { i7U j0单通道磁盘阵列和多通道式磁盘阵列，单通道磁盘阵列只能接一台主机，有很大的
O)PS1Lt0扩充限制。多通道磁盘阵列可接多个系统同时使用,以群集(cluster)的方式共用磁盘阵
0Wz}(U}#J(y S D-N ] V0列,这使内接式阵列控制及单接式磁盘阵列无用武之地。目前多数独立形式的磁盘阵列
r(}e7vi/]z \0子系统，其本身与主机系统的硬件及操作环境
#E ?| t#w.aUK0r Ig0IXPUB技术博客p,R/|RW9L1~,p
如何增加磁盘的存取(access)速度,如何防止数据因磁盘的故障而失落及如何有效IXPUB技术博客$KA3^OQ$A1S~
的利用磁盘空间,一直是电脑专业人员和用户的困扰;而大容量磁盘的价格非常昂贵,对IXPUB技术博客.D&DAo;d j?
用户形成很大的负担。磁盘阵列技术的产生一举解决了这些问题。
y,Rk6lc t"Hb0
a B ~ q _li#Bu T0过去十几年来,CPU的处理速度增加了五十倍有多,内存(memory)的存取速度亦大
N7J A/vi ~C0幅增加,而数据储存装置--主要是磁盘(hard disk)--的存取速度只增加了三、四倍,形
F0e@/CK3w] M#`0成电脑系统的瓶颈,拉低了电脑系统的整体性能(through put),若不能有效的提升磁盘IXPUB技术博客,b)b4{nk
的存取速度,CPU、内存及磁盘间的不平衡将使CPU及内存的改进形成浪费。IXPUB技术博客hj(Ol0{;v4a
B T FZJu0目前改进磁盘存取速度的的方式主要有两种。一是磁盘快取控制(disk cacheIXPUB技术博客P&@|&a M+x AiU&U3@M
controller),它将从磁盘读取的数据存在快取内存(cache memory)中以减少磁盘存取IXPUB技术博客 h"z*_a rv B
的次数,数据的读写都在快取内存中进行,大幅增加存取的速度,如要读取的数据不在快IXPUB技术博客F3FO!pJ7Z
取内存中,或要写数据到磁盘时,才做磁盘的存取动作。这种方式在单工环境(single-
JF&\@!yN0tasking envioronment)如DOS之下,对大量数据的存取有很好的性能(量小且频繁的存
6w@O"CW l0取则不然),但在多工(multi-tasking)环境之下(因为要不停的作数据交换(swapping)IXPUB技术博客+w"W { DU-@ H
的动作)或数据库(database)的存取(因为每一记录都很小)就不能显示其性能。这种方
W b*M _.`y @.a c*S0式没有任何安全保障。
i i'_rp[2W:z~&X@0
D:T`J P7J P0其二是使用磁盘阵列的技术。磁盘阵列是把多个磁盘组成一个阵列,当作单一磁盘
&Z?bLy @I0使用,它将数据以分段(striping)的方式储存在不同的磁盘中,存取数据时,阵列中的相
!K X'@%MuL!y0关磁盘一起动作,大幅减低数据的存取时间,同时有更佳的空间利用率。磁盘阵列所利用
\A&b3R mU H\ qA0的不同的技术,称为RAID level,不同的level针对不同的系统及应用,以解决数据安全
5i%o|#R~ I0的问题。IXPUB技术博客4R"A Z%m&G$jc u
.O:D}!P ? YQ-P0一般高性能的磁盘阵列都是以硬件的形式来达成,进一步的把磁盘快取控制及磁盘
n}H$a F#S0阵列结合在一个控制器(RAID controler或控制卡上,针对不同的用户解决人们对磁IXPUB技术博客wKpsguqy
盘输出入系统的四大要求:IXPUB技术博客$T Bf d$XJ4A
(1)增加存取速度,
9q r-xO3E)S&p0(2)容错(fault tolerance),即安全性IXPUB技术博客'|R;T_ {+esP:{
(3)有效的利用磁盘空间;
3C,J"K;L \#wa1tl5x0(4)尽量的平衡CPU,内存及磁盘的性能差异,提高电脑的整体工作性能。IXPUB技术博客da6^#D7m
G x9ss A[ \02.磁盘阵列原理
)s-u(Ba4w0
4}*z*U/UeK+N5B-R0磁盘阵列中针对不同的应用使用的不同技术,称为RAID level,RAID是RedundentIXPUB技术博客:N q;^,j DZ
Array of Inexpensive Disks的缩写,而每一level代表一种技术,目前业界公认的标IXPUB技术博客-wz'|D'Lz x _mA0H
准是RAID 0~RAID 5。这个level并不代表技术的高低,level 5并不高于level 3,level
_7M y {wS+Y3a01也不低过level 4,至于要选择那一种RAID level的产品,纯视用户的操作环境IXPUB技术博客e g1I5J.x M2he
(operating environment)及应用(application)而定,与level的高低没有必然的关系。IXPUB技术博客^7^4v2X _ W8U
RAID 0及RAID 1适用于PC及PC相关的系统如小型的网络服务器(network server)及
J,Q-ohm0需要高磁盘容量与快速磁盘存取的工作站等,比较便宜;RAID 3及RAID 4适用于大型电IXPUB技术博客yRBbl4}
脑及影像、CAD/CAM等处理;RAID 5多用于OLTP,因有金融机构及大型数据处理中心的
!h!b#L K;s6T e0迫切需要,故使用较多而较有名气, RAID 2较少使用,其他如RAID 6,RAID 7,乃至RAID
D:I(` x\I010等,都是厂商各做各的,并无一致的标准,在此不作说明。介绍各个RAID level之前,
z:i'S!x)M(o"x&tKxG0先看看形成磁盘阵列的两个基本技术:
d i#S @7w-BWT0IXPUB技术博客"s"W#^#V oE
磁盘延伸(Disk Spanning):
h6u PD'eE.w {7?(m0IXPUB技术博客'w] W.gz Wq }
译为磁盘延伸,能确切的表示disk spanning这种技术的含义。如图磁盘阵列控制器,
zm vB2iy$f0联接了四个磁盘,这四个磁盘形成一个阵列(array),而磁盘阵列的控制器(RAID
g{4G*Ap/x0controller)是将此四个磁盘视为单一的磁盘,如DOS环境下的C:盘。这是diskIXPUB技术博客] ~e3K%Aw.C V
spanning的意义,因为把小容量的磁盘延伸为大容量的单一磁盘,用户不必规划数据在
/v)a+bxP\2])xZ z0各磁盘的分布,而且提高了磁盘空间的使用率。并使磁盘容量几乎可作无限的延伸;而各
K2c6H Pm n&|7W r0个磁盘一起作取存的动作,比单一磁盘更为快捷。很明显的,有此阵列的形成而产生IXPUB技术博客-^1Zn6Oc bK2g
RAID的各种技术。
w osD-h0IXPUB技术博客H.W,o'a~:tD
+h j;Z'ph(y0磁盘或数据分段(Disk Striping or Data Striping):IXPUB技术博客6ND:P"[lU b
IXPUB技术博客9^s @1gc p U
因为磁盘阵列是将同一阵列的多个磁盘视为单一的虚拟磁盘(virtual disk),所以其数
7B*KJ6a X ^QQ0据是以分段(block or segment)的方式顺序存放在磁盘阵列中,数据按需要分段,从第一IXPUB技术博客RZ:]f$b-u/T
个磁盘开始放,放到最後一个磁盘再回到第一个磁盘放起,直到数据分布完毕。至于分段
c,| uc X w0的大小视系统而定,有的系统或以1KB最有效率,或以4KB,或以6KB,甚至是4MB或8MB
LZ6a4r*LN)H0的,但除非数据小于一个扇区(sector,即521bytes),否则其分段应是512byte的倍数。IXPUB技术博客0xj {Fw V
因为磁盘的读写是以一个扇区为单位,若数据小于512bytes,系统读取该扇区后,还要IXPUB技术博客 jJ(b1v.bN)j&O
做组合或分组(视读或写而定)的动作,浪费时间。从上图我们可以看出,数据以分段于在
M_ v4]:h&R0不同的磁盘,整个阵列的各个磁盘可同时作读写,故数据分段使数据的存取有最好的效
bp dNG }5e$w(D0率,理论上本来读一个包含四个分段的数据所需要的时间约=(磁盘的access time+数据
"o u z] l-|"Fp{U|4J'rv0的tranfer time)X4次,现在只要一次就可以完成。
)?*Y(Q5MfH]0
T$u} n!OHs+C"a0若以N表示磁盘的数目,R表示读取,W表示写入,S表示可使用空间,则数据分段的性能
H d c)L:Q @h0为:
Jw0]^ N,z0R:N(可同时读取所有磁盘)IXPUB技术博客TI+P-o u j fWO
W:N(可同时写入所有磁盘)
~OM2RCg0B0S:N(可利用所有的磁盘,并有最佳的使用率)
Q @*|o3Z l(r0IXPUB技术博客7J"g W(R4V
Disk striping也称为RAID 0,很多人以为RAID 0没有甚么,其实这是非常错误的观念,IXPUB技术博客9? q H!_zon
因为RAID 0使磁盘的输出入有最高的效率。而磁盘阵列有更好效率的原因除数据分段
:p R;]mO$n0外,它可以同时执行多个输出入的要求,因为阵列中的每一个磁盘都能独立动作,分段放IXPUB技术博客0Zb8BnK*Wn%nB
在不同的磁盘,不同的磁盘可同时作读写,而且能在快取内存及磁盘作并行存取
oD ~O Ntf0B0(parallel access)的动作,但只有硬件的磁盘阵列才有此性能表现。IXPUB技术博客6h^bX5j _ m0x
IXPUB技术博客 _ q H v:J
从上面两点我们可以看出,disk spanning定义了RAID的基本形式,提供了一个便宜、
4}i u"O:DC?0灵活、高性能的系统结构,而disk striping解决了数据的存取效率和磁盘的利用率问
SH8k9W L&e0题,RAID 1至RAID 5是在此基础上提供磁盘安全的方案。
ut.wo;{ G0IXPUB技术博客 Qz&ZFs
RAID 1
B xc8D"n)F6y&I E0IXPUB技术博客v'?/n!W C Ku?g5f
RAID 1是使用磁盘镜像(disk mirroring)的技术。磁盘镜像应用在RAID 1之前就在很
.nz"fVip&T8f0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
k3W5It z`_0(backup disk),两个磁盘所储存的数据完全一样,数据写入工作磁盘的同时亦写入备份
Q ~ R8Md:t K i0磁盘。磁盘镜像不见得就是RAID 1,如Novell Netware亦有提供磁盘镜像的功能,但并IXPUB技术博客 Cc^ e I(i2B5I a
不表示Netware有了RAID 1的功能。一般磁盘镜像和RAID 1有二点最大的不同:
;T J)BXf2e.E/R0IXPUB技术博客qY2u H ?4mg
RAID 1无工作磁盘和备份磁盘之分,多个磁盘可同时动作而有重叠(overlaping)读取的
sS4P1vf$J0功能,甚至不同的镜像磁盘可同时作写入的动作,这是一种最佳化的方式,称为负载平衡
n2Ec*} g ~ G6[.S"N0(load-balance)。例如有多个用户在同一时间要读取数据,系统能同时驱动互相镜像的
%H,D8sr n&y(L^%qA0磁盘,同时读取数据,以减轻系统的负载,增加I/O的性能。
AY)W(x%X-kL5f0IXPUB技术博客 d)W)r C*Uc
RAID 1的磁盘是以磁盘延伸的方式形成阵列,而数据是以数据分段的方式作储存,因而
o%c7W&R+|*x e\0在读取时,它几乎和RAID 0有同样的性能。从RAID的结构就可以很清楚的看出RAID 1IXPUB技术博客#QMEo e wu.q7o
和一般磁盘镜像的不同。
5qwcuX0IXPUB技术博客8^q!hDO6R DHI
下图为RAID 1,每一笔数据都储存两份:
8i a v'G x._ b0从图可以看出:
"WP0M4_$hx l9|+o Q0R:N(可同时读取所有磁盘)IXPUB技术博客azM[Q:~.n3X(v!y
W:N/2(同时写入磁盘数)
1SD3^+Mp2c K0S:N/2(利用率)
K%s j K[(|8l p0
K pf?m jg0读取数据时可用到所有的磁盘,充分发挥数据分段的优点;写入数据时,因为有备份,所
h2K1P t cDA0以要写入两个磁盘,其效率是N/2,磁盘空间的使用率也只有全部磁盘的一半。
1D {/CsG{`/P0
l!X2{F,`0很多人以为RAID 1要加一个额外的磁盘,形成浪费而不看好RAID 1,事实上磁盘越来越IXPUB技术博客,D[:|V1Nh
便宜,并不见得造成负担,况且RAID 1有最好的容错(fault tolerence)能力,其效率也
iT-~ _CLwm D0是除RAID 0之外最好的。IXPUB技术博客 m Rkh0s3Kg
,p? uX!^2J Y ~5e.KSG0在磁盘阵列的技术上,从RAID 1到RAID 5,不停机的意思表示在工作时如发生磁盘故障,
Aae*I'S.zt0系统能持续工作而不停顿,仍然可作磁盘的存取,正常的读写数据;而容错则表示即使磁IXPUB技术博客 O r+r9oW mgRJ t
盘故障,数据仍能保持完整,可让系统存取到正确的数据,而SCSI的磁盘阵列更可在工IXPUB技术博客:J ToI A;|+M
作中抽换磁盘,并可自动重建故障磁盘的数据。磁盘阵列之所以能做到容错及不停机,IXPUB技术博客g b3M!a{ Jh.k
是因为它有冗余的磁盘空间可资利用,这也就是Redundant的意义。IXPUB技术博客.|2x0M,L*x j
KZ9fKXcv.x%Y0RAID 2IXPUB技术博客 I hfnB G/D
4] Y SMaS pK0RAID 2是把数据分散为位(bit)或块(block),加入海明码Hamming Code,在磁盘阵列中
H.h] ]0Re s0作间隔写入(interleaving)到每个磁盘中,而且地址(address)都一样,也就是在各个磁
*\Gh M c Z1T0盘中,其数据都在相同的磁道(cylinder or track)及扇区中。RAID 2的设计是使用共IXPUB技术博客z7lJ-L5d
轴同步(spindle synchronize)的技术,存取数据时,整个磁盘阵列一起动作,在各作磁
.c,s:J b3FE C0盘的相同位置作平行存取,所以有最好的存取时间(accesstime),其总线(bus)是特别的
a:K(C$dL8B0设计,以大带宽(band wide)并行传输所存取的数据,所以有最好的传输时间(transferIXPUB技术博客,NLU J mr t&]2`
time)。在大型档案的存取应用,RAID 2有最好的性能,但如果档案太小,会将其性能拉
3GC)B2s j0下来,因为磁盘的存取是以扇区为单位,而RAID 2的存取是所有磁盘平行动作,而且是作
G"][&~ w` m0单位元的存取,故小于一个扇区的数据量会使其性能大打折扣。RAID 2是设计给需要连
H$D:RL8wwKnEpv0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
L i)G~cIRR0或CAD/CAM的工作站(workstation)等,并不适用于一般的多用户环境、网络服务器IXPUB技术博客7c B-E Grk\
(network server),小型机或PC。IXPUB技术博客+ReIQ,O
U0o;A%F^yF @R0RAID 2的安全采用内存阵列(memory array)的技术,使用多个额外的磁盘作单位错误校
@IpQ W!H:|C;u0正(single-bit correction)及双位错误检测(double-bit detection);至于需要多少个IXPUB技术博客8o+f!A:GOW'Z c F8R
额外的磁盘,则视其所采用的方法及结构而定,例如八个数据磁盘的阵列可能需要三个IXPUB技术博客.j3l u/W"R:C v U
额外的磁盘,有三十二个数据磁盘的高档阵列可能需要七个额外的磁盘。
h7[Hk4W Jv0IXPUB技术博客9Ly;p `'Xp^
IXPUB技术博客V|x/f B!F#yQ
RAID 3IXPUB技术博客8hr eX J2y%y-v
IXPUB技术博客9l&p2?f X(A
RAID 3的数据储存及存取方式都和RAID 2一样,但在安全方面以奇偶校验(parityIXPUB技术博客 EP"C4i X:|&` R
check)取代海明码做错误校正及检测,所以只需要一个额外的校检磁盘(parity disk)。
(^+X}7?5F {1o0奇偶校验值的计算是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IXPUB技术博客N0x^(@2G9v0c T i
验磁盘,任何数据的修改都要做奇偶校验计算,如图:IXPUB技术博客 H.x![6?wA$B b
IXPUB技术博客){|,c w.bs(h
如某一磁盘故障,换上新的磁盘后,整个磁盘阵列(包括奇偶校验磁盘)需重新计算一次,
&],W7F%P2^j i!S0将故障磁盘的数据恢复并写入新磁盘中;如奇偶校验磁盘故障,则重新计算奇偶校验值,
9T U{T&f#xS8o:Sk0以达容错的要求.
$N0U C ?2B W-P0
C*Egu:q J6w2m4b1c0较之RAID 1及RAID 2,RAID 3有85%的磁盘空间利用率,其性能比RAID 2稍差,因为要
nM"z ^ _({!\%t0做奇偶校验计算;共轴同步的平行存取在读档案时有很好的性能,但在写入时较慢,需要
2^ rhw:C0重新计算及修改奇偶校验磁盘的内容。RAID 3和RAID 2有同样的应用方式,适用大档IXPUB技术博客3[y'p#b ~2WT@
案及大量数据输出入的应用,并不适用于PC及网络服务器。IXPUB技术博客pT Yv$W$B O|DU
IXPUB技术博客'W3k YIJgkf9r }E g
RAID 4
!D ZA8D a w ~rf1k0
"C3e0pt-@.U0RAID 4也使用一个校验磁盘,但和RAID 3不一样,如图:
.N/Ty;{9vk`0IXPUB技术博客"lD!a+LT5? Y k
RAID 4是以扇区作数据分段,各磁盘相同位置的分段形成一个校验磁盘分段(parity
DBW wU ccH0block),放在校验磁盘。这种方式可在不同的磁盘平行执行不同的读取命今,大幅提高磁
MV |;m m8{0`8c0盘阵列的读取性能;但写入数据时,因受限于校验磁盘,同一时间只能作一次,启动所有IXPUB技术博客*^F m/x S![
磁盘读取数据形成同一校验分段的所有数据分段,与要写入的数据做好校验计算再写IXPUB技术博客/Jj rv;W
入。即使如此,小型档案的写入仍然比RAID 3要快,因其校验计算较简单而非作位(bitIXPUB技术博客4a u-j0nD;e
level)的计算;但校验磁盘形成RAID 4的瓶颈,降低了性能,因有RAID 5而使得RAID 4IXPUB技术博客 ?(\B@tV
较少使用。
+l v$Q3cq L&fcH0
^dJ'F.f C9o&^0RAID 5IXPUB技术博客 s,vp f5n2c
RAID5避免了RAID 4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IXPUB技术博客#b-RwQ.z8N)E)h
个磁盘中,如下图:IXPUB技术博客/k(E-]q0E"zaJd
+a L}F"Zo0磁盘阵列的第一个磁盘分段是校验值,第二个磁盘至后一个磁盘再折回第一个磁盘的分IXPUB技术博客:u;W v M+N:fk ` b(~
段是数据,然后第二个磁盘的分段是校验值,从第三个磁盘再折回第二个磁盘的分段是
-~ {0nvWm o0数据,以此类推,直到放完为止。图中的第一个parity block是由A0,A1...,B1,B2计算IXPUB技术博客"u_W1D.m|h*h N
出来,第二个parity block是由B3,B4,...,C4,D0计算出来,也就是校验值是由各磁盘
*K M F`}n0同一位置的分段的数据所计算出来。这种方式能大幅增加小档案的存取性能,不但可同IXPUB技术博客+|vyS2P)p7{
时读取,甚至有可能同时执行多个写入的动作,如可写入数据到磁盘1而其parity
bn|j*S:H.k Z I'N0block在磁盘2,同时写入数据到磁盘4而其parity block在磁盘1,这对联机交易处理IXPUB技术博客 P RE#j8\5w
(OLTP,On-Line Transaction Processing)如银行系统、金融、股市等或大型数据库的
Enm5th v IT4~0处理提供了最佳的解决方案(solution),因为这些应用的每一笔数据量小,磁盘输出入
r"U"h9d.b R I3E ko0频繁而且必须容错。IXPUB技术博客0K5E"u(FF]3a
IXPUB技术博客 |$X Ufm:a |6n
事实上RAID 5的性能并无如此理想,因为任何数据的修改,都要把同一parityblock的IXPUB技术博客&xrmG/Y@&Zb|5}
所有数据读出来修改后,做完校验计算再写回去,也就是RMW cycle(Read-Modify-Write
;GSa,b i0cycle,这个cycle没有包括校验计算);正因为牵一而动全身,所以:
$RL~l D;} w*pc F^0R:N(可同时读取所有磁盘)
p#P9x%[*] x9O0W:1(可同时写入磁盘数)
"y5O`1[ef0S:N-1(利用率)IXPUB技术博客,b-[ N*u'OYV
IXPUB技术博客3_hj| Tc3Q
RAID 5的控制比较复杂,尤其是利用硬件对磁盘阵列的控制,因为这种方式的应用比其IXPUB技术博客g S l*k't;{
他的RAID level要掌握更多的事情,有更多的输出入需求,既要速度快,又要处理数据,IXPUB技术博客 Z r.pf4HP
计算校验值,做错误校正等,所以价格较高;其应用最好是OLTP,至于用于图像处理等,
w%S-UG e&P0不见得有最佳的性能。
.L w3\ y m6nmb0IXPUB技术博客+Ggq4T S'Z
2.磁盘阵列的额外容错功能：Spare or Standby driver
Y YG%s x0YJ(?4Wp1~0IXPUB技术博客rE Be yq?} L/@
事实上容错功能已成为磁盘阵列最受青睐的特性,为了加强容错的功能以及使系统在磁IXPUB技术博客#R3@\!V%U6Vrf S
盘故障的情况下能迅速的重建数据,以维持系统的性能,一般的磁盘阵列系统都可使用IXPUB技术博客"v E#N k&~ t l&p
热备份(hot spare or hot standby driver)的功能,所谓热备份是在建立(configure)IXPUB技术博客~!B!mV,y F%u
磁盘阵列系统的时候,将其中一磁盘指定为后备磁盘,此一磁盘在平常并不操作,但若阵IXPUB技术博客G8u D p-tb s+e lV1G
列中某一磁盘发生故障时,磁盘阵列即以后备磁盘取代故障磁盘,并自动将故障磁盘的
\wn q(PD_a*u X0数据重建(rebuild)在后备磁盘之上,因为反应快速,加上快取内存减少了磁盘的存取,
\1sBV*`u3XD u$K0所以数据重建很快即可完成,对系统的性能影响很小。对于要求不停机的大型数据处理IXPUB技术博客R1h!{ KvJ
中心或控制中心而言,热备份更是一项重要的功能,因为可避免晚间或无人值守时发生
we"q%p4A)Z['_b0磁盘故障所引起的种种不便。
4SX MW pgS c.Bp-`0
#I6hbe.Z'Qmy S\+e0另一个额外的容错功能是坏扇区转移(bad sector reassignment)。坏扇区是磁盘故障IXPUB技术博客 bRwq WB~~2f&jl
的主要原因,通常磁盘在读写时发生坏扇区的情况即表示此磁盘故障,不能再作读写,甚
n,J y+Ek(mL c0至有很多系统会因为不能完成读写的动作而死机,但若因为某一扇区的损坏而使工作不IXPUB技术博客[1nY9SMr%A
能完成或要更换磁盘,则使得系统性能大打折扣,而系统的维护成本也未免太高了。坏扇IXPUB技术博客QJ K-D \"W"c | v u9M
区转移是当磁盘阵列系统发现磁盘有坏扇区时,以另一空白且无故障的扇区取代该扇区,
-a1L4b F X%`0以延长磁盘的使用寿命,减少坏磁盘的发生率以及系统的维护成本。所以坏扇区转移功IXPUB技术博客X L:`)a&Rl}
能使磁盘阵列具有更好的容错性,同时使整个系统有最好的成本效益比。其他如可外接
b2~ ^ Y&pSn2o ]0电池备援磁盘阵列的快取内存,以避免突然断电时数据尚未写回磁盘而损失;或在RAID
u?0V&A L01时作写入一致性的检查等,虽是小技术,但亦不可忽视。
O+h.S{*a {#d$r E0IXPUB技术博客 Qp;XX{;G p P2C$^7r
p\0\^ qc,Ytoh03.硬件磁盘阵列还是软件磁盘阵列
w*^'Z,K4y0V0IXPUB技术博客xQ!o.u'SW
市面上有所谓硬件磁盘阵列与软件磁盘阵列之分,因为软件磁盘阵列是使用一块SCSIIXPUB技术博客!m!W-Y7O2t(S WE
卡与磁盘连接,一般用户误以为是硬件磁盘阵列。以上所述主要是针对硬件磁盘阵列,IXPUB技术博客Gm7ie| _8o
其与软件磁盘阵列有几个最大的区别:IXPUB技术博客P7d0DZ2`H!BjV
IXPUB技术博客+ax'Qt;C.D
l 一个完整的磁盘阵列硬件与系统相接。
7YB;T q E;zP]0l 内置CPU,与主机并行运作,所有的I/O都在磁盘阵列中完成,减轻主机的工作负载,
?.k{/Z [r0`2s0增加系统整体性能。IXPUB技术博客!p5PZ7E b2O @:]F
l 有卓越的总线主控(bus mastering)及DMA(Direct Memory Access)能力,加速数据
;E KT W1w,Y+I2j)F/v0的存取及传输性能。IXPUB技术博客 L:[kK)Dr:UU.Hu
l 与快取内存结合在一起,不但增加数据的存取及传输性能,更因减少对磁盘的存取IXPUB技术博客_{7?5fgq-XE*bz
而增加磁盘的寿命。IXPUB技术博客 s3Xq/mzj!z3S2}
l 能充份利用硬件的特性,反应快速。
(c6ZA'?:^0
3[3y(]5uMP:l0软件磁盘阵列是一个程序,在主机执行,透过一块SCSI卡与磁盘相接形成阵列,它最大IXPUB技术博客hgo(Gd9k,f
的优点是便宜,因为没有硬件成本(包括研发、生产、维护等),而SCSI卡很便宜(亦有的IXPUB技术博客(J'Fj-mr h3TI
软件磁盘阵列使用指定的很贵的SCSI卡);它最大的缺点是使主机多了很多进程IXPUB技术博客kQ[ aS or9j%m1w$r
(process),增加了主机的负担,尤其是输出入需求量大的系统。目前市面上的磁盘阵列
rZDC!BXfN0系统大部份是硬件磁盘阵列,软件磁盘阵列较少。IXPUB技术博客v v\xBg6R |
IXPUB技术博客S1O ac#S5a
*F|4uiS ]9~ y04.磁盘阵列卡还是磁盘阵列控制器
h&A7YyY~8b%e0IXPUB技术博客wjl PL[ bB
磁盘阵列控制卡一般用于小系统，供单机使用。与主机共用电源，在关闭主机电源时存
'fo d | U4W#`0在丢失Cache中的数据的的危险。磁盘阵列控制卡只有常用总线方式的接口，其驱动程IXPUB技术博客LY z_a3w"q*L:G
序与主机、主机所用的操作系统都有关系，有软、硬件兼容性问题并潜在地增加了系统
dn4A `3{F l;u&w:r0的不安定因素。在更换磁盘阵列卡时要冒磁盘损坏，资料失落，随时停机的风险。
/sJ,A5@g pc"Y s0IXPUB技术博客:[&\~Rg(A
独立式磁盘阵列控制一般用于较大型系统,可分为两种：
v O {D ^ {4Z { i7U j0单通道磁盘阵列和多通道式磁盘阵列，单通道磁盘阵列只能接一台主机，有很大的
O)PS1Lt0扩充限制。多通道磁盘阵列可接多个系统同时使用,以群集(cluster)的方式共用磁盘阵
0Wz}(U}#J(y S D-N ] V0列,这使内接式阵列控制及单接式磁盘阵列无用武之地。目前多数独立形式的磁盘阵列
r(}e7vi/]z \0子系统，其本身与主机系统的硬件及操作环境
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