raid的原理

1、RAID原理2007041219:02RAID原理磁盤(pán)陣列(DiskArray)原理磁盤(pán)陣列(DiskArray)原理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)去十幾年來(lái)CPU的處理速度增加了五十倍有多內(nèi)存(memy)的存取速度亦大幅增加而數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝

2、置主要是磁盤(pán)(harddisk)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(diskcachecontroller)它將從磁盤(pán)讀取的數(shù)據(jù)存在快取內(nèi)存(cachememy)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

3、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(singletaskingenvionment)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(multitasking)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)槊恳挥涗浂己苄?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

4、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RAIDlevel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(RAIDcontroler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

5、要求:(1)增加存取速度(2)容錯(cuò)(faulttolerance)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RAIDlevelRAID是RedundentArrayofInexpensiveDisks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RAID0~RAID5。這個(gè)level并不代表技術(shù)的高低level5并不

6、高于level3level1也不低過(guò)level4至于要選擇那一種RAIDlevel的產(chǎn)品純視用戶(hù)的操作環(huán)境(operatingenvironment)及應(yīng)用(application)而定與level的高低沒(méi)有必然的關(guān)系。RAID0及RAID1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(wkserver)及需要高磁盤(pán)容量與快速磁盤(pán)存取的工作站等比較便宜RAID3及RAID4適用于大型電腦及影像、CADCAM等處理RAID5多用于OLTP

7、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RAID2較少使用其他如RAID6RAID7乃至RAID10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。介紹各能。RAID1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RAID0有同樣的性能。從RAID的結(jié)構(gòu)就可以很清楚的看出RAID1和一般磁盤(pán)鏡像的不同。下圖為RAID1每一筆數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存兩份:從圖可以看出:R:N(可同時(shí)讀取所有磁盤(pán))W

8、:N2(同時(shí)寫(xiě)入磁盤(pán)數(shù))S:N2(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)橛袀浞菟砸獙?xiě)入兩個(gè)磁盤(pán)其效率是N2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RAID1要加一個(gè)額外的磁盤(pán)形成浪費(fèi)而不看好RAID1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RAID1有最好的容錯(cuò)(faulttolerence)能力其效率也是除RAID0之外最好的。在磁盤(pán)陣列的技術(shù)上從RAID1到RAID5不停機(jī)的意思表示在工作時(shí)

9、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。RAID2RAID2是把數(shù)據(jù)分散為位(bit)或塊(block)加入海明碼HammingCode在磁盤(pán)陣列中作間隔寫(xiě)入(interleavin

10、g)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(cylindertrack)及扇區(qū)中。RAID2的設(shè)計(jì)是使用共軸同步(spindlesynchronize)的技術(shù)存取數(shù)據(jù)時(shí)整個(gè)磁盤(pán)陣列一起動(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(accesstime)其總線(xiàn)(bus)是特別的設(shè)計(jì)以大帶寬(bwide)并行傳輸所存取的數(shù)據(jù)所以有最好的傳輸時(shí)間(transfertime)。在大型檔案的存

11、取應(yīng)用RAID2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RAID2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。RAID2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(mainframetosupercomputer)、作影像處理或CADCAM的工作站(wkstation)等并不適用于一般的多用戶(hù)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(wkserver)小型機(jī)或PC。RAID2的安全

12、采用內(nèi)存陣列(memyarray)的技術(shù)使用多個(gè)額外的磁盤(pán)作單位錯(cuò)誤校正(singlebitcrection)及雙位錯(cuò)誤檢測(cè)(doublebitdetection)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)。RAID3RAID3的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及存取方式都和RAID2一樣但在安全方面以奇偶校驗(yàn)(paritycheck)取代海明碼做錯(cuò)誤校正及