磁盘阵列原理

磁盘阵列原理内容摘要：

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。 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 ) 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。 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。 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。 RAID 2 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 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是设计给需要连续且大量数据的电脑使用的 ,如大型电脑 (mainframe to superputer)、作影像处理或 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 (work server),小型机或 PC。 RAID 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正 (singlebit correction)及双位错误检测 (doublebit detection)。 至于需要多少个额外的磁盘 ,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。 RAID 3 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 (parity 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)。 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验磁盘 ,任何数据的修改都要做奇偶校验计算 , 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 , 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。