磁盤陣列(DiskArray)

1.為什么需要磁盤陣列

如何增加磁盤的存取(access)速度，如何防止數(shù)據(jù)因磁盤的故障而失落及如何有效的利用磁盤空間,一直是

電腦專業(yè)人員和用戶的困擾;而大容量磁盤的價(jià)格非常品貴,對(duì)用戶形成很大的負(fù)擔(dān)。磁盤陣列技術(shù)的產(chǎn)生

一舉解決了這些問題。

過去十年來,CPU的處理速度增加了五十倍有多，內(nèi)存(memory)的存取速度亦大幅增加,而數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置一主

要是磁盤(harddisk)一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的存取速度,CPU、內(nèi)存及磁盤間的不平衡將使CPU及內(nèi)存的改進(jìn)形成

浪費(fèi)。

目前改進(jìn)磁盤存取速度的的方式主要有兩種。一是磁盤快取控制(diskcachecontroller),它將從磁盤讀

取的數(shù)據(jù)存在快取內(nèi)存(cachememory)中以減少磁盤存取的次數(shù),數(shù)據(jù)的讀寫都在快取內(nèi)存中進(jìn)行,大幅增

加存取的速度，如要讀取的數(shù)據(jù)不在快取內(nèi)存中，或要寫數(shù)據(jù)到磁盤時(shí),才做磁盤的存取動(dòng)作。這種方式在單

工環(huán)境(single-taskingenvironment)如1X)S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(multi-tasking)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

(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

盤陣列的技術(shù)。磁盤陣列是把多個(gè)磁盤組成個(gè)陣列，當(dāng)作單?磁盤使用，它將數(shù)據(jù)以分段(striping)的方

式儲(chǔ)存在不同的磁盤中,存取數(shù)據(jù)時(shí),陣列中的相關(guān)磁盤一起動(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。磁盤陣列所利用的不同的技術(shù)，稱為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)安全的問題。

一般高性能的磁盤陣列都是以硬件的形式來達(dá)成，進(jìn)一步的把磁盤快取控制及磁盤陣列結(jié)合在一個(gè)控制器

(RAIDcontroller)或控制卜上，針對(duì)不同的用戶解決人們對(duì)磁盤輸出入系統(tǒng)的四大要求：

(1)增加存取速度，

(2)容錯(cuò)(faulttolerance),即安全性

(3)有效的利用磁盤空間；

(4)盡量的平衡CPU,內(nèi)存及磁盤的性能差異,提高電腦的整體工作性能。

2.磁盤陣列原理

磁盤陣列中針對(duì)不同的應(yīng)用使用的不同技術(shù)，稱為RAIDlevel,RAID是RedundantArrayofInexpensive

Disks的縮寫，而每一level代表一種技術(shù)，口前■業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)是RAIDO"RAID5。這個(gè)level并不代表技

術(shù)的高低,level5并不高于level3,level1也不低過level4,至于要選擇那一種RAIDlevel的產(chǎn)品，

純視用戶的操作環(huán)境(operatingenvironment)及應(yīng)用(application)而定，與level的高低沒有必然的關(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(networkserver)及需耍高磁盤容

量與快速磁盤存取的工作站等，因?yàn)楸容^便宜，但因?般人對(duì)磁盤陣列不了解,沒有看到磁盤陣列對(duì)他們價(jià)

值,市場(chǎng)尚未打開；RAID2及RAID3適用于大型電腦及影像、CAD/CAM等處理;RAID5多用于OLTP,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,但也因此形成很多人對(duì)磁盤陣列的誤解，

以為磁盤陣列非要RAID5不可;RAID4較少使用，因?yàn)閮烧哂衅涔餐?，而RAID4有其先天的限制。其

他如RAID6,RAID7,乃至RAID10等，都是廠商各做各的，并無一致的標(biāo)準(zhǔn)，在此不作說明。介紹各個(gè)RAID

level之前,先看看形成磁盤陣列的兩個(gè)基本技術(shù)：

譯為磁盤延伸，能確切的表示diskspanning這種技術(shù)的含義。如下圖所示,DFTraid磁盤陣列控制器,聯(lián)接

了四個(gè)磁盤：

這四個(gè)磁盤形成一個(gè)陣列(array),而磁盤陣列的控制器(RAIDcontroller)是將此四個(gè)磁盤視為單一的磁

盤，如DOS環(huán)境下的C:盤。這是diskspanning的意義，因?yàn)榘研∪萘康拇疟P延伸為大容量的單?磁盤,用

戶不必規(guī)劃數(shù)據(jù)在各磁盤的分布,而且提高了磁盤空間的使用率。DFTraid的SCSI磁盤陣列更可連接幾十

個(gè)磁盤，形成數(shù)十GB到數(shù)百GB的陣列，使磁盤容量幾乎可作無限的延伸;而各個(gè)磁盤一起作取存的動(dòng)作，

比單一磁盤更為快捷。很明顯的，有此陣列的形成而產(chǎn)生RAID的各種技術(shù)。我們也可從上圖看出

inexpensive(便宜)的意義，因?yàn)樗膫€(gè)250MBbyles的磁盤比一個(gè)1GBytes的磁盤要便宜，尤其以前大磁盤的

價(jià)格作常昴貴，但在磁盤越來越便宜的今天，inexpensive已作磁盤陣列的重點(diǎn),雖然對(duì)于需要大磁盤容量的

系統(tǒng),仍是考慮的要點(diǎn)。

因?yàn)榇疟P陣列是將同一陣列的多個(gè)磁盤視為單一的虛擬磁盤(virtualdisk),所以其數(shù)據(jù)是以分段

(blockorsegment)的方式順序存放在磁盤陣列U」，如下圖：

磁盤0磁盤1磁盤2磁盤3

A0-A1A2-A3A4-A5A6-A7

B0-B1B2-B3B4-B5B6-B7

C0-C1C2-C3C4-C5C6-C7

D0-D1D2-D3D4-C5D6-D7

數(shù)據(jù)按需要分段,從第一個(gè)磁盤開始放,放到最彼一個(gè)磁盤再回到第一個(gè)磁盤放起,直到數(shù)據(jù)分布完畢。至于

分段的大小視系統(tǒng)而定,有的系統(tǒng)或以1KB最有效率,或以4KB,或以6KB,甚至是4MB或8MB的，但除非數(shù)據(jù)

小于一個(gè)扇區(qū)（sector,即521bytes）,否則其分段應(yīng)是512byte的倍數(shù)。因?yàn)榇疟P的讀寫是以一個(gè)扇區(qū)為單

位,若數(shù)據(jù)小于512byles,系統(tǒng)讀取該扇區(qū)后,還要做組合或分組（視讀或?qū)懚ǎ┑膭?dòng)作,浪費(fèi)時(shí)間。從上圖

我們可以看出，數(shù)據(jù)以分段于在不同的磁盤,整個(gè)陣列的各個(gè)磁盤可同時(shí)作讀寫,故數(shù)據(jù)分段使數(shù)據(jù)的存取

有最好的效率,理論上本來讀一個(gè)包含四個(gè)分段的數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間約=（磁盤的accesstime+數(shù)據(jù)的

transfertime）X4次，現(xiàn)在只要一次就可以完成。

若以N表示磁盤的數(shù)目，R表示讀取,W表示寫入,S表示可使用空間，則數(shù)據(jù)分段的性能為：

R:N（可同時(shí)讀取所有磁盤）

W:N（可同時(shí)寫入所有磁盤）

S:N（可利用所有的磁盤,并有最佳的使用率）

Diskstriping也稱為RAID0,很多人以為RAID0沒有甚么,其實(shí)這是非常錯(cuò)誤的觀念，因?yàn)镽AID0使磁盤

的輸出入有最高的效率。而磁盤陣列有更好效率的原因除數(shù)據(jù)分段外,它可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)輸出入的要求，

因?yàn)殛嚵兄械拿恳粋€(gè)磁盤都能獨(dú)立動(dòng)作,分段放在不同的磁盤,不同的磁盤可同時(shí)作讀寫,而且能在快取內(nèi)

存及磁盤作并行存?。╬arallelaccess）的動(dòng)作，但只有硬件的磁盤陣列才有此性能表現(xiàn)。

從上面兩點(diǎn)我們可以看出，diskspanning定義了RAID的基本形式，提供了個(gè)便宜、靈活、高性能的系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)，而diskstriping解決了數(shù)據(jù)的存取效率和磁盤的利用率問題,RAID1至RAID5是在此基礎(chǔ)上提供

磁盤安全的方案。

RAID1

RAID1是使用磁盤鏡像（diskMirroring）的技術(shù)。磁盤鏡像應(yīng)用在RAID1之前就在很多系統(tǒng)中使用，它的

方式是在工作磁盤（workingdisk）之外再加一額外的備份磁盤（backupdisk）,兩個(gè)磁盤所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)完全

一樣，數(shù)據(jù)寫入工作磁盤的同時(shí)亦寫入備份磁盤。磁盤鏡像不見得就是RAID1,如NovellNetWare亦有提

供磁盤鏡像的功能，但并不表示NetWare有了RAID1的功能。?般磁盤鏡像和RAID1有二點(diǎn)最大的不同：

RAID1無工作磁盤和備份磁盤之分，多個(gè)磁盤可同時(shí)動(dòng)作而有重疊(overlapping)讀取的功能,甚至不同的

鏡像磁盤可同時(shí)作寫入的動(dòng)作,這是一種最佳化的方式,稱為負(fù)載平衡(load-balance)。例如有多個(gè)用戶在

同?時(shí)間要讀取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能同時(shí)驅(qū)動(dòng)互相鏡像的磁盤，同時(shí)讀取數(shù)據(jù)，以減輕系統(tǒng)的負(fù)載,增加I/O的性

能。

RAID1的磁盤是以磁盤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?般磁盤鏡像的不同。

卜.圖為RAID1,每一筆數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存兩份

磁盤0磁盤1磁盤0磁盤1

A0A1A0A1

A2A3A2A3

A4B0A4B0

B1B2B1B2

從上圖可以看出：

R：N(可同時(shí)讀取所有磁盤)

W:N/2(同時(shí)寫入磁盤數(shù))

S:N/2(利用率)

讀取數(shù)據(jù)時(shí)可■用到所有的磁盤,充分發(fā)揮數(shù)據(jù)分段的優(yōu)點(diǎn);寫入數(shù)據(jù)時(shí),因?yàn)橛袀浞?所以要寫入兩個(gè)磁盤，

其效率是N/2,磁盤空間的使用率也只有全部磁盤的一半。

很多人以為RAID1要加一個(gè)額外的磁盤，形成浪費(fèi)而不看好RAID1,事實(shí)上磁盤越來越便宜,并不見得造成

負(fù)擔(dān),況且RAID1有最好的容錯(cuò)(faulttolerance)能力，其效率也是除RAID0之外最好的。我們可視應(yīng)用

的不同,在同一磁盤陣列中使用不同的RAIDlevel,如華藝科技公司的DFTraid系列都可同一磁盤陣列中定

義八個(gè)邏輯磁盤(logicdisk),分別使用不同的RAIDlevel,分為C:,D:及E:三個(gè)邏輯磁盤(或

LUNO,LUN1,LUN2).

RAID1完全做到了容錯(cuò)包括不停機(jī)(non-slop),當(dāng)某一磁盤發(fā)生故障,可將此磁盤拆下來而不影向其他磁盤

的操作;待新的磁盤換匕去之后，系統(tǒng)即時(shí)做鏡像,將數(shù)據(jù)重新復(fù)上去,RAID1在容錯(cuò)及存取的性能上是所有

RAIDlevel之冠。

在磁盤陣列的技術(shù)上,從RAID1到RAID5,不停機(jī)的意思表示在工作時(shí)如發(fā)生磁盤故障，系統(tǒng)能持續(xù)工作而

不停頓，仍然可作磁盤的存取,正常的讀寫數(shù)據(jù);而容錯(cuò)則表示即使磁盤故障,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的磁盤陣列更可在工作中抽換磁盤，并可自動(dòng)重建故隙磁盤的數(shù)據(jù)。磁盤陣列之

所以能做到容錯(cuò)及不停機(jī),是因?yàn)樗腥哂嗟拇疟P空間可資利用,這也就是Redundant的意義。

RAID2

RAID2是把數(shù)據(jù)分散為位元(bit)或塊(block),加入海明碼HammingCode,在磁盤陣列中作間隔寫入

(interleaving)到每個(gè)磁盤中，而且地址(address)都,樣,也就是在各個(gè)磁盤中，其數(shù)據(jù)都在相同的磁道

(cylinderortrack)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)磁盤陣列起動(dòng)作,在各作磁盤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(bus)是特別的設(shè)計(jì)，以大帶寬(bandwide)并行傳輸所存取的數(shù)據(jù),所以有最好的傳輸時(shí)間(iransrer

time)。在大型檔案的存取應(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,因?yàn)榇疟P的存

取是以扇區(qū)為單位,而RAID2的存取是所有磁盤平行動(dòng)作，而且是作單位元的存取,故小于?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(mainrrameto

supercomputer)、作影像處理或CAD/CAM的工作站(workstation)等，并不適用于?般的多用戶環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)

服務(wù)器(networkserver),小型機(jī)或PC。

RAID2的安全采用內(nèi)存陣列(memoryarray)的技術(shù)，使用多個(gè)額外的磁盤作單位錯(cuò)誤校正(single-bit

correction)及雙位錯(cuò)誤檢測(cè)(double-bitdetection);至于需要多少個(gè)額外的磁盤，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)磁盤的陣列可能需要三個(gè)額外的磁盤，有三十二個(gè)數(shù)據(jù)磁盤的高檔陣列可能需要

七個(gè)額外的磁盤。

RAID3

RAID3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)

誤校正及檢測(cè)，所以只需要?個(gè)額外的校檢磁盤(paritydisk)。奇偶校驗(yàn)值的計(jì)算是以各個(gè)磁盤的相對(duì)應(yīng)

位作XOR的邏輯運(yùn)算,然后將結(jié)果寫入奇偶校驗(yàn)磁盤，任何數(shù)據(jù)的修改都要做奇偶校驗(yàn)計(jì)算,如下圖：

磁盤0磁盤1磁盤2磁盤3磁盤4

A0A1A2A3P

A4B0A1A2P

B3B4COC1P

C2C3C4DOP

如某一磁盤故障,換上新的磁盤后,整個(gè)磁盤陣列(包括奇偶校驗(yàn)磁盤)需重新計(jì)算一次，將故障磁盤的數(shù)據(jù)

恢復(fù)并寫入新磁盤中;如奇偶校驗(yàn)磁盤故障,則重新計(jì)算奇偶校驗(yàn)值，以達(dá)容錯(cuò)的要求.

較之RAID1及RAID2,RAID3有85%的磁盤空間利用率,其性能比RAID2稍差，因?yàn)橐銎媾夹ｒ?yàn)計(jì)算;共

軸同步的平行存取在讀檔案時(shí)有很好的性能，但在寫入時(shí)較慢,需要重新計(jì)算及修改奇偶校驗(yàn)磁盤的內(nèi)容。

RAID3和RAID2有同樣的應(yīng)用方式，適用大檔案及大量數(shù)據(jù)輸出入的應(yīng)用，并不適用于PC及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

RAID4

RAID4也使用--個(gè)校驗(yàn)磁盤，但和RAID3不一樣，如下圖:

磁盤0磁盤1磁盤2磁盤3磁盤4

A0-A1A2-A3A4-B0B1-B2P

B3-B4CO-C1C2-C3C4-D0P

D1-D2D3-D4BO-B1B2-B3P

E4-F0F1-F2F3-F4GO-G1P

RAID4是以扇區(qū)作數(shù)據(jù)分段，各磁盤相同位置的分段形成一個(gè)校驗(yàn)磁盤分段(parityblock),放在校驗(yàn)磁盤。

這種方式可在不同的磁盤平行執(zhí)行不同的讀取命今,大幅提高磁盤陣列的讀取性能;但寫入數(shù)據(jù)時(shí)，因受限

了校驗(yàn)磁盤，同一時(shí)間只能作一次,啟動(dòng)所有磁盤讀取數(shù)據(jù)形成同一校驗(yàn)分段的所有數(shù)據(jù)分段,與要寫入的

數(shù)據(jù)做好校驗(yàn)計(jì)算再寫入。即使如此，小型檔案的寫入仍然比RAID3要快,因其校驗(yàn)計(jì)算較簡(jiǎn)單而非作位

(bitlevel)的計(jì)算;但校驗(yàn)磁盤形成RAID4的瓶頸，降低了性能，因有RAID5而使得RAID4較少使用。

RAID5

RAI[)5避免了RAID4的瓶頸，方法是不用校驗(yàn)磁盤而將校驗(yàn)數(shù)據(jù)以循環(huán)的方式放在每?個(gè)磁盤中，如下圖:

磁盤0磁盤1磁盤2磁盤3磁盤4

PA0-A1A2-B3A4-B0B2-B2

B3-B4PC0-C1C2-C3C4-D0

D1-D2D3-D4PB0-B1B2-B3

E4-F0F1-F2F3-F4PG0-G1

磁盤陣列的第一個(gè)磁盤分段是校驗(yàn)值，第二個(gè)磁盤至后一個(gè)磁盤再折回第一個(gè)磁盤的分段是數(shù)據(jù),然后第二

個(gè)磁盤的分段是校驗(yàn)值,從第三個(gè)磁盤再折回第:個(gè)磁盤的分段是數(shù)據(jù)，以此類推,直到放完為止。圖中的第

一個(gè)parityblock是由AO,Al...,Bl,B2計(jì)算出來,第二個(gè)parityblock是由B3,B4,...,C4,DO計(jì)算出來,

也就是校驗(yàn)值是由各磁盤同一位置的分段的數(shù)據(jù)所計(jì)算出來。這種方式能大幅增加小檔案的存取性能，不但

可同時(shí)讀取,甚至有可能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)寫入的動(dòng)作,如可寫入數(shù)據(jù)到磁盤1而其parityblock在磁盤2,同

時(shí)寫入數(shù)據(jù)到磁盤4而其parityblock在磁盤1,這對(duì)聯(lián)機(jī)交易處理(OLTP,on-lineTransaction

Processing)如銀行系統(tǒng)、金融、股市等或大型數(shù)據(jù)庫的處理提供了最佳的解決方案(solution),因?yàn)檫@些

應(yīng)用的每一筆數(shù)據(jù)量小，磁盤輸出入頻繁而且必須容錯(cuò)。

事實(shí)上RAID5的性能并無如此理想，因?yàn)槿魏螖?shù)據(jù)的修改,都要把同一parityblock的所有數(shù)據(jù)讀出來修

改后，做完校驗(yàn)計(jì)算再寫回去，也就是RMWcycle(Read-Modify-Writecycle,這個(gè)cycle沒有包括校驗(yàn)計(jì)算);

正因?yàn)闋恳欢鴦?dòng)全身，所以：

R:N(可同時(shí)讀取所有磁盤)

W：1(可同時(shí)寫入磁盤數(shù))

S:N-1（利用率）

RAID5的控制比較復(fù)雜,尤其是利用硬件對(duì)磁盤陣列的控制，因?yàn)檫@種方式的應(yīng)用比其他的RAIDlevel要

掌握更多的事情,有更多的輸出入需求，既要速度快，乂要處理數(shù)據(jù)，計(jì)算校驗(yàn)值，做錯(cuò)誤校正等，所以價(jià)格較

高;其應(yīng)用最好是OLTP,至于用于PC等,不見得有最佳的性能。

3.RAID的對(duì)比:

下面兒個(gè)表列是RAID的?些性質(zhì)：

操作工作模式最少硬盤需求量可用容量

RAID0磁盤延伸和數(shù)據(jù)分布2T

RAID1數(shù)據(jù)分布和鏡像2T/2

RAID2共軸同步,并行傳輸,ECC3T*(n-l)/n

RAID3共軸同步,并行傳輸,Parity3T*(n-l)/n

RAID4數(shù)據(jù)分布，固定Parity3T*(n-l)/n

RAID5數(shù)據(jù)分布，分布Parity3T*(n-l)/n

RAID的性能與可用性:

Transaction

RAIDLevel用戶數(shù)據(jù)利用率BandwidthPerformance數(shù)據(jù)可用性

Performance

RAID010.2510.0005

RAID10.50.250.851

RAID20.6710.250.9999

RAID30.7510.250.9999

RAID40.750.250.610.9999

RAID50.750.250.610.9999

以上數(shù)據(jù)基于4個(gè)磁盤，傳輸塊大小1K,75%的讀概率，數(shù)據(jù)可用性的計(jì)算基于同樣的損壞概率

4.RAID的概述：

RAID0

沒有任何額外的磁盤或空間作安全準(zhǔn)備,所以?般人不重視它,這是誤解,其實(shí)它有最好的效率及空間利用

率,對(duì)于追求效率的應(yīng)用，非常理想,可同時(shí)用其他的RAIDlevel或其他的備份方式以補(bǔ)其不足，保護(hù)重要的

數(shù)據(jù)。

RAID1

有最佳的安全性，100%不停機(jī),即使有一個(gè)磁盤損壞也能照常作業(yè)而不影向其效能(對(duì)能并行存取的系統(tǒng)稍

有影響)，因?yàn)閿?shù)據(jù)是作重復(fù)儲(chǔ)存。RAID1的并行讀取幾乎有RAID0的性能，因?yàn)榭赏瑫r(shí)讀取相互鏡像的磁

盤;寫入也只比RAID0略遜，因?yàn)橥瑫r(shí)寫入兩個(gè)磁盤并沒有增加多少工作。雖然RAID1要增加一倍的磁盤

做鏡像，但作為采用磁盤陣列的進(jìn)入點(diǎn),它是最便宜的?個(gè)方案,是新設(shè)磁盤陣列的用戶之最佳選擇。

RAID5

在不停機(jī)及容錯(cuò)的表現(xiàn)都很好，但如有磁盤故障,對(duì)性能的影響較大,大容量的快取內(nèi)存有助于維持性能，但

在OLTP的應(yīng)用上,因?yàn)槊恳还P數(shù)據(jù)或記錄(record)都很小，對(duì)磁盤的存取頻繁，故有一定程度的影響。某一

磁盤故障時(shí),讀取該磁盤的數(shù)據(jù)需把共用同一parityblock的所有數(shù)據(jù)及校驗(yàn)值讀出來，再把故障磁盤的數(shù)

據(jù)計(jì)算出來;寫入時(shí),除了要重覆讀取的程序外,還要再做校驗(yàn)值的計(jì)算,然后再寫入更新的數(shù)據(jù)及校驗(yàn)值；

等換上新的磁盤,系統(tǒng)要計(jì)算整個(gè)磁盤陣列的數(shù)據(jù)以回復(fù)故障磁盤的數(shù)據(jù),時(shí)間要很長,如系統(tǒng)的工作負(fù)載

很重的話,有很多輸出入的需求在排隊(duì)等候時(shí),會(huì)把系統(tǒng)的性能拉下來。但如使用硬件磁盤陣列的話,其性能

就可以得到大幅度的改進(jìn),因?yàn)橛布疟P陣列如DFTraid系列本身有內(nèi)置的CPU與主機(jī)系統(tǒng)并行運(yùn)作,所有

存取磁盤的輸出入工作都在磁盤陣列本身完成,不花費(fèi)主機(jī)的時(shí)間,配合磁盤陣列的快取內(nèi)存的使用，可以

提高系統(tǒng)的整體性能,而優(yōu)越的總線控制更能增加數(shù)據(jù)的傳輸速率，即使在磁盤故障的情況下,主機(jī)系統(tǒng)的

性能也不會(huì)有明顯的降低。RAID5要做的事情太多,所以價(jià)格較貴，不適于小系統(tǒng)，但如果是大系統(tǒng)使用大

的磁盤陣列的話,RAID5卻是最便宜的方案。

總而言之,RAID0及RAID1最適合PC及圖形工作站的用戶,提供最佳的性能及最便宜的價(jià)格,所以RAID0

及RAID1多是使用IDE界面，以低成本符合PC市埸的需求。RAID2及RAID3適用于大檔案且輸入輸出需

求不頻繁的應(yīng)用如影像處理及CAD/CAM等;而RAID5則適用于銀行、金融、股市、數(shù)據(jù)庫等大型數(shù)據(jù)處理

中心的OLTP應(yīng)用;RAID4與RAID5有相同的特性及應(yīng)用方式,但有其先天的限制,所以并不受推薦。

5.磁盤陣列的額外容錯(cuò)功能:SpareorStandbydriver

事實(shí)上容錯(cuò)功能已成為磁盤陣列最受青睞的特性，為了加強(qiáng)容錯(cuò)的功能以及使系統(tǒng)在磁盤故隙的情況下能

迅速的重建數(shù)據(jù)，以維持系統(tǒng)的性能，一般的磁盤陣列系統(tǒng)都可使用熱備份(hotspareorhotstandby

driver)的功能,所謂熱備份是在建立(configure)磁盤陣列系統(tǒng)的時(shí)候,將其中一磁盤指定為后備磁盤,此

?磁盤在平常并不操作,但若陣列中某?磁盤發(fā)生故障時(shí),磁盤陣列即以后備磁盤取代故隙磁盤,并自動(dòng)將

故障磁盤的數(shù)據(jù)重建(rebuild)在后備磁盤之上，因?yàn)榉磻?yīng)快速,加上快取內(nèi)存減少了磁盤的存取,所以數(shù)據(jù)

重建很快即可完成,對(duì)系統(tǒng)的性能影響不大。對(duì)于要求不停機(jī)的大型數(shù)據(jù)處理中心或控制中心而言,熱備份

更是一項(xiàng)重要的功能，因?yàn)榭杀苊馔黹g或無人持守時(shí)發(fā)生磁盤故障所引起的種種不便。

另一個(gè)額外的容錯(cuò)功能是壞扇區(qū)轉(zhuǎn)移(badsectorreassignment)。壞扇區(qū)是磁盤故障的主要原因，通常磁

盤在讀寫時(shí)發(fā)生壞扇區(qū)的情況即表示此磁盤故障，不能再作讀寫,甚至有很多系統(tǒng)會(huì)因?yàn)椴荒芡瓿勺x寫的動(dòng)

作而死機(jī)，但若因?yàn)槟?扇區(qū)的損壞而使工作不能完成或要更換磁盤,則使得系統(tǒng)性能大打折扣,而系統(tǒng)的

維護(hù)成本也未免太高了。壞扇區(qū)轉(zhuǎn)移是當(dāng)磁盤陣列系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)磁盤有壞扇區(qū)時(shí)，以另一空白且無故障的扇區(qū)取

代該扇區(qū)，以延長磁盤的使用壽命,減少壞磁盤的發(fā)生率以及系統(tǒng)的維護(hù)成本。所以壞扇區(qū)轉(zhuǎn)移功能使磁盤

陣列具有更好的容錯(cuò)性，同時(shí)使整個(gè)系統(tǒng)有最好的成本效益比。其他如可外接電池備援磁盤陣列的快取內(nèi)存,

以避免突然斷電時(shí)數(shù)據(jù)尚未寫回磁盤而損失;或在RAID1時(shí)作寫入一致性的檢查等，雖是小技術(shù)，但亦不可

忽視。

6.硬件磁盤陣列還是軟件磁盤陣列

市面上有所謂硬件磁盤陣列與軟件磁盤陣列之分,因?yàn)檐浖疟P陣列是使用一塊SCSI標(biāo)與磁盤連接,一般

用戶誤以為是硬件磁盤陣列。以上所述主要是針對(duì)硬件磁盤陣列,其與軟件磁盤陣列有幾個(gè)最大的區(qū)別:

1一個(gè)完整的磁盤陣列硬件與系統(tǒng)相接。

1內(nèi)置CPU,與主機(jī)并行運(yùn)作,所有的I/O都在磁盤陣列中完成,減輕主機(jī)的工作負(fù)載,增加系統(tǒng)整體性能。

1有卓越的總線主控(busmastering)及DMA(DirectMemoryAccess)能力，加速數(shù)據(jù)的存取及傳輸性能。

1與快取內(nèi)存結(jié)合在一起,不但增加數(shù)據(jù)的存取及傳輸性能,更因減少對(duì)磁盤的存取而增加磁盤的壽命。

1能充份利用硬件的特性,反應(yīng)快速。

軟件磁盤陣列是一個(gè)程序,在主機(jī)執(zhí)行,透過一塊SCSIK與磁盤相接形成陣列,它最大的優(yōu)點(diǎn)是便宜,因?yàn)?/p>

沒有硬件成本(包括研發(fā)、生產(chǎn)、維護(hù)等)，而SCSI卡很便宜(亦有的軟件磁盤陣列使用指定的很貴的SCSI

卡)；它最大的缺點(diǎn)是使主機(jī)多了很多進(jìn)程(process),增加了主機(jī)的負(fù)擔(dān)，尤其是輸出入需求量大的系統(tǒng)。目

前市面上的磁盤陣列系統(tǒng)大部份是硬件磁盤陣列,軟件磁盤陣列較少。

7.IDE磁盤陣列還是SCSI磁盤陣列

目前使用在磁盤輸出入的界面主要有兩種：

1.IDE(IntegratedDriveElectronics)

是廣泛使用在PC上的磁盤驅(qū)動(dòng)器界面，一殷而言,其傳輸速度從磁盤到磁盤緩沖器(mediumtodrivebuffer)

是1.5-2.5MB/Sec,從緩沖器到界面(drivebuffertodriveinterface)約4.0-6.OMB/Sec,而且新的設(shè)計(jì)

其速率有大幅的改進(jìn)，如增強(qiáng)型IDE界面(mode4)在PCI(PeripheralComponentInterconnect)總線上的

傳輸速率可達(dá)33MB/Sec?

2.SCSI(SmallComputerStandardInterface)

SCSI是較高級(jí)(highlevel)的界面,可用了主機(jī),磁盤,磁帶，打印機(jī)等，因?yàn)槭歉唠A的界面,規(guī)格較為復(fù)雜，

?股自帶控制器，也較為復(fù)雜，這就是SCSI磁盤為什么比IDE磁盤費(fèi)的原因。但SCSI界面能較有效的利用

硬件特性而提高其速度。其控制器還能對(duì)主機(jī)發(fā)給SCSI磁盤的命令進(jìn)行緩沖、排隊(duì),并進(jìn)行優(yōu)化處理(命令

隊(duì)列)。現(xiàn)在較流行的是標(biāo)準(zhǔn)SCSI-2和SCSI-3。有兩種規(guī)格,FASTSCSI(SCSI-2)的同步傳輸速率為10MB/Sec,

數(shù)據(jù)傳輸寬度為8bit,WIDESCSI的數(shù)據(jù)傳輸寬度可達(dá)16-bit。UltraSCSI(SCSI-3)的同步傳輸速率為

20MB/Sec,UltraWideSCSI的同步傳輸速率為40MB/Sec,數(shù)據(jù)傳輸寬度可達(dá)32-bit。SCSI磁盤有雖有較高

的傳輸速度,但受限于磁盤的存取速度及磁盤至SCSI界面的傳輸速度而不能充分發(fā)揮其性能(因?yàn)榇疟P的

機(jī)械動(dòng)作難于有大幅度的改進(jìn))；其命令分析程序(commandphase)也較復(fù)雜。對(duì)單機(jī)來言，磁盤數(shù)量越多,

主機(jī)找到特定的數(shù)據(jù)的時(shí)間越長,但對(duì)磁盤陣列來言，由于是多個(gè)磁盤一起并行處理,則表現(xiàn)為磁盤數(shù)量越

多，速度越快。

以上界面的直接反應(yīng)是單任務(wù)時(shí)IDE比SCSIft,多任務(wù)時(shí)SCSI較快,這可從用IDE盤和SCSI盤做多用戶、

多任務(wù)的操作系統(tǒng)(如UNIX、Windows/NT等)的系統(tǒng)盤時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間的差別中明顯看出。在單機(jī)時(shí)則不一定。

我們看?個(gè)界面是否較快,不應(yīng)只看其傳蝙輸速度的高低而應(yīng)就整個(gè)輸入/輸出的流程看，因?yàn)榇疟P存取的

機(jī)械動(dòng)作比不上電腦的傳輸速率。IDE界面簡(jiǎn)單,反應(yīng)快速,用于PC單機(jī)的小型的磁盤陣列其效果可能比

SCSI為佳;但較大型的磁盤陣列就非SCSI界面莫屬，因?yàn)殛嚵兄械母鱾€(gè)磁盤一起作存取的動(dòng)作，能充分發(fā)揮

SCSI的傳輸速率快及多工的特點(diǎn)。

此外IDE因?yàn)槠渑渚€規(guī)格的關(guān)系,不能作熱插拔(hotswap),也就是不能在工作中帶電插拔磁盤，而其線纜即

使是增強(qiáng)型IDE也只有18寸,不能接在機(jī)箱之外，難丁?形成大的陣列，也就是只適用于PC低層次的用戶。

SCSI纜線在差分傳輸模式(differentialtransmissionmode)下最大長度為25米，單端傳輸模式

(single-endedtransmissionmode)時(shí)最大長度為6米,而一條SCSI總線可連接8臺(tái)系統(tǒng)或各種不同的裝

置,獷充性很強(qiáng),可形成很大的磁盤陣列空間;SCSI規(guī)格完備,容錯(cuò)能力很好,可帶電插拔磁盤,是外接式裝置

無可取代的界面。

8.磁盤陣列卡還是磁盤陣列控制器

磁盤陣列控制k一般用于小系統(tǒng)，供單機(jī)使用。與主機(jī)共用電源，在關(guān)閉主機(jī)電源時(shí)存在丟失Cache中的

數(shù)據(jù)的的危險(xiǎn)。磁盤陣列控制卡只有常用總線方式的接口，其驅(qū)動(dòng)程序與主機(jī)、主機(jī)所用的操作系統(tǒng)都有

關(guān)系，有軟、硬件兼容性問題并潛在地增加了系統(tǒng)的不安定因索。在更換磁盤陣列卡時(shí)要冒磁盤損壞，資

料失落，隨時(shí)停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

獨(dú)立式磁盤陣列控制般用于較大型系統(tǒng),可分為兩種：

單通道磁盤陣列和多通道式磁盤陣列，單通道磁盤陣列只能接一臺(tái)主機(jī)，有很大的擴(kuò)充限制。多通道磁盤

陣列可接多個(gè)系統(tǒng)同時(shí)使用，以群集(cluster)的方式共用磁盤陣列，這使內(nèi)接式陣列控制及單接式磁盤陣

列無用武之地。DFT數(shù)據(jù)容錯(cuò)公司的DFTraidRackMount和DFTraidTower等系統(tǒng)，都是獨(dú)立形式的磁盤

陣列子系統(tǒng)，其本身與主機(jī)系統(tǒng)的硬件及操作環(huán)境無關(guān)，只通過SCSI線纜與主機(jī)相接，主機(jī)把它當(dāng)作?般

的磁盤，所有的輸出入動(dòng)作都在磁盤陣列上完成，與主機(jī)的操作無關(guān)，所以可接任何可使用SCSI界面的主

機(jī)。DFTraidRackMount和DFTraidTower兩系統(tǒng)最多可有六個(gè)SCSI通道，可同時(shí)連接5臺(tái)主機(jī)；而DFTraid

5000系列則有9個(gè)通道,可同時(shí)連接多達(dá)8臺(tái)主機(jī)，使之一起共用磁盤陣列子系統(tǒng)。這種方式的磁盤陣列

既可給單機(jī)使用，又可給群集多機(jī)使用，對(duì)用戶對(duì)增加陣列中的磁盤數(shù)量限制較小，并可用于備援及并行

的容錯(cuò)電腦系統(tǒng)，特別適合較大的系統(tǒng)用戶，使這些用戶可從封閉的環(huán)境中解放出來。

9.RAID5建立過程

第一步:

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端控制臺(tái)?窗口（助幫助出）□GgP|西兇I

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第二步:

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二I控制臺(tái)根節(jié)點(diǎn)

跳盤管理（本地:

聯(lián)機(jī)未指派

出■盤4

動(dòng)態(tài)

2.00GB2nnr；R

11■未指派■主磁盤分區(qū)|擴(kuò)展曲盤分區(qū)■邏輯驅(qū)動(dòng)器B簡(jiǎn)單卷

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第五步:

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第六步:

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叫收藏夾I卷

創(chuàng)建卷向?qū)?/p>

口控制臺(tái)根節(jié)點(diǎn)日9）

m磁盤管理（本地:日?）完成創(chuàng)建卷向?qū)?/p>

已成功完成創(chuàng)建卷向?qū)?

已為下列項(xiàng)目選擇新設(shè)置：

出4盤

基本

3.99GB

聯(lián)機(jī)

出磁盤

動(dòng)態(tài)

1.10GB要關(guān)閉此向?qū)?，諳單擊“完成”.

聯(lián)機(jī)

e磁盤

動(dòng)態(tài)

2.00GB

聯(lián)機(jī)

〈上一步色）|