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                <TD height=20 width="100%">·<A 
                  href="http://www.softexam.cn/tech/detail.asp?catalogf=10&amp;catalogs=56&amp;Article_id=147">电脑无法连入局域网的故..</A></TD></TR>
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                <TD class=cssGreenFont14pt height=45 
                  width="100%">RAID原理,磁盘阵列(Disk Array)原理</TD></TR>
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                      <TD width="33%">出处：黑马收集</TD>
                      <TD width="33%">原作者：</TD>
                      <TD 
              width="34%">[2003-1-25]</TD></TR></TBODY></TABLE></DIV></TD></TR>
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                      <TD>磁盘阵列(Disk Array)原理 <BR><BR>1.为什么需要磁盘阵列? 
                        <BR><BR>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 
                        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 
                        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。 
                        <BR><BR>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 
                        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 
                        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 
                        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。 
                        <BR><BR>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 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 
                        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- 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(因为每一记录都很小)就不能显示其性能。这种方 式没有任何安全保障。 
                        <BR><BR>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 
                        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。 
                        <BR><BR>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 
                        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 
                        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,内存及磁盘的性能差异,提高电脑的整体工作性能。 
                        <BR><BR>2.磁盘阵列原理 <BR><BR>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Redundent 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 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 1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 (operating 
                        environment)及应用(application)而定,与level的高低没有必然的关系。 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 
                        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 
                        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 
                        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 
                        10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, 
                        先看看形成磁盘阵列的两个基本技术: <BR><BR>磁盘延伸(Disk Spanning): 
                        <BR><BR>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, 
                        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 
                        controller)是将此四个磁盘视为单一的磁盘,如DOS环境下的C:盘。这是disk 
                        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 
                        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 
                        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 RAID的各种技术。 
                        <BR><BR>磁盘或数据分段(Disk Striping or Data Striping): 
                        <BR><BR>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 
                        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 
                        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 
                        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 
                        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。 
                        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 
                        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 
                        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 
                        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 的tranfer 
                        time)X4次,现在只要一次就可以完成。 
                        <BR><BR>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 为: 
                        R:N(可同时读取所有磁盘) W:N(可同时写入所有磁盘) S:N(可利用所有的磁盘,并有最佳的使用率) 
                        <BR><BR>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, 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 
                        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 
                        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 (parallel 
                        access)的动作,但只有硬件的磁盘阵列才有此性能表现。 <BR><BR>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、 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 题,RAID 1至RAID 
                        5是在此基础上提供磁盘安全的方案。 <BR><BR>RAID 1 <BR><BR>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 
                        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完全一样,数据写入工作磁盘的同时亦写入备份 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 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: <BR><BR>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 
                        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 
                        (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 
                        磁盘,同时读取数据,以减轻系统的负载,增加I/O的性能。 <BR><BR>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 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 1 和一般磁盘镜像的不同。 
                        <BR><BR>下图为RAID 1,每一笔数据都储存两份: 从图可以看出: R:N(可同时读取所有磁盘) 
                        W:N/2(同时写入磁盘数) S:N/2(利用率) 
                        <BR><BR>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 
                        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。 <BR><BR>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 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 是除RAID 0之外最好的。 
                        <BR><BR>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, 
                        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 
                        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 
                        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, 
                        是因为它有冗余的磁盘空间可资利用,这也就是Redundant的意义。 <BR><BR>RAID 2 
                        <BR><BR>RAID 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 
                        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 
                        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 
                        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 
                        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 
                        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(transfer 
                        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