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全面解析RAID卡RAID的全称是廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks），于1987年由美国Berkeley 大学的两名工程师提出的RAID出现的，最初目的是将多个容量较小的廉价硬盘合并成为一个大容量的“逻辑盘”或磁盘阵列，实现提高硬盘容量和性能的功能。 随着RAID技术的逐渐普及应用，RAID技术的各方面得到了很大的发展。现在，RAID从最初的RAID 0-RAID 5，又增加了RAID 0+1和RAID 0+5等不同的阵列组合方式，可以根据不同的需要实现不同的功能，扩大硬盘容量，提供数据冗余，或者是大幅度提高硬盘系统的I/0吞吐能力。一、RAID介绍RAID技术主要有三个特点：第一、通过对硬盘上的数据进行条带化，实现对数据成块存取，减少硬盘的机械寻道时间，提高数据存取速度。第二、通过对一阵列中的几块硬盘同时读取，减少硬盘的机械寻道时间，提高数据存取速度。第三、通过镜像或者存储奇偶校验信息的方式，实现对数据的冗余保护。经常应用的RAID阵列主要分为RAID 0，RAID 1，RAID 5和RAID 0+1。1、RAID0：条带化RAID 0 也叫条带化，它将数据象条带一样写到多个磁盘上，这些条带也叫做“块”。条带化实现了可以同时访问多个磁盘上的数据，平衡I/O负载，加大了数据存储空间 和加快了数据访问速度。RAID 0是唯一的一个没有冗余功能的RAID技术，但RAID0 的实现成本低。如果阵列中有一个盘出现故障，则阵列中的所有数据都会丢失。如要恢复RAID 0，只有换掉坏的硬盘，从备份设备中恢复数据到所有的硬盘中。 硬件和软件都可以实现RAID0。实现RAID0最少用2个硬盘。对系统而言，数据是采用分布方式存储在所有的硬盘上，当某一个硬盘出现故障时数据会全部丢失。RAID 0 能提供很高的硬盘I/O性能，可以通过硬件或软件两种方式实现。RAID 0 2、RAID 1RAID 1也被称为磁盘镜像。系统将数据同时重复的写入两个硬盘，但是在操作系统中表现为一个逻辑盘。所以如果一个硬盘发生了故障，另一个硬盘中仍然保留了一份完 整的数据，系统仍然可以照常工作。系统可以同时从两个硬盘读取数据，所以会提高硬盘读的速度；但由于在系统写数据需要重复一次，所以会影响系统写数据的速 度。硬盘容量的利用率只有50%。RAID 1 3、RAID 0+1对RAID0阵列做镜像。这是一种Dual Level RAID，也有人称之为RAID level 10。是两组硬盘先做RAID 0，组成两颗大容量的逻辑硬盘，再互相为“镜像”。在每次写入数据，磁盘阵列控制器会将资料同时写入该两组“大容量数组硬盘组”内。同RAID level 1 一样，虽然其硬盘使用率亦只有50%，但它却是最具高效率的规划方式。RAID 0+1 4、RAID 5是在RAID 3和RAID 4的基础上发展来的，它继承了它们的数据冗余和条带化的特点，并将数据校验信息均匀保存在阵列中的所有硬盘上。系统可以对阵列中所有的硬盘同时读写，减少 了由硬盘机械系统引起的时间延迟，提高了磁盘系统的I/O能力；当阵列中的一块硬盘仿生故障，系统可以使用保存在其它硬盘上的奇偶校验信息恢复故障硬盘的 数据，继续进行正常工作。RAID 5二、RAID的实现RAID可以通过软件或硬件实现。软件实现RAID需要操作系统的支持。硬件实现就是使用专用的RAID卡来实现。1、软件RAID一些网络操作系统可以使用标准的SCSI适配卡支持和管理驱动器。一些网络操作系统支持RAID 0，RAID 1和RAID 5。由于是操作系统下实现RAID，软RAID不能保护系统盘。亦即系统分区不能参与实现RAID。有些操作系统，RAID的配置信息存在系统信息中，而不是存在硬盘上；当系统崩溃，需重新安装时，RAID的信息也会丢失。当运行I/O增强应用程序，如文件服务器或应用程序服务器，可适当的使用软件RAID。RAID 5是CPU的增强方式，所以不建议使用软件RAID在增强的处理器服务器中。磁盘的容错技术并不等于完全支持在线更换，热插拔或热交换，有些操作系统不能支持系统不经过重启的在线热交换。能否支持错误硬盘的热交换与操作系统有关。 NetWare支持 RAID 1 (镜像和双工) 。 Windows NT 、Windows2000、LINUX、OPENSERVER支持RAID 0, RAID1和RAID5。另一种方案是配置系统在线扩充，服务器中配置一块备用硬盘，当系统中没有硬盘错误时，它处于等待状态，当RAID5或RAID1中出现硬盘错误时，它可以自动取代坏盘，当系统确认后，即可成为阵列的一部分。2、硬件RAID硬件 RAID是采用集成的阵列卡或专用的阵列卡来控制硬盘驱动器，这样可以极大节省服务器系统CPU和操作系统的资源。从而使网络服务器的性能获得很大的提高。RAID控制器对主系统，是藉由连接至其存取接口(目前以SCSI 为主)作信道。换言之，它在主系统的存取接口上，是一个独立的直接存取储存体DASD Direct Access Storage Device。 而这个大的储存体内，可以有不只一个的逻辑磁盘LUN Logical Unit Number。 RAID控制器，对下管理多颗数组硬盘机们。而主系统是不会看到或直接管理该硬盘的。例如：Mylex、AMI、Adaptec等 . 都有相关的产品。现在的RAID卡产品，都支持在线更换，热插拔或热交换。并在部分操作系统下实现软件监控和管理。三、RAID卡原理RAID卡结构1RAID卡结构 2RAID卡有自己的CPU，Cache Memory，通过集成或借用主板上的SCSI控制器来管理硬盘，可以称之为一个智能化的设备。RAID卡的分类一般根据集成的SCSI控制器来划分。如果没有集成SCSI控制器，而是借用主板上的SCSI控制器来管理硬盘，则为零通道 RAID卡。根据RAID卡集成的SCSI控制器的通道数量，可以分为单通道、双通道、三通道RAID卡。还可以按照SCSI控制器的标准来划分RAID 卡的种类，如Ultra Wide、 Ultra2 Wide、Ultra160 Wide。RAID处理器是一个PCI从设备，接受并执行来自系统的命令。 同时占用PCI中断，代表SCSI磁盘子系统向系统 提出中断请求，请求占用PCI总线，返回对系统命令的响应，如输送SCSI硬盘上的数据。作为RAID卡的CPU，通过执行闪存中的Firmware，控制SCSI控制器、Cache Memory以及指示报警电路，来实现RAID卡的功能，运作流程如下： 1） 初始化RAID卡寄存器2） 读取NVRAM的上次RAID参数，与硬盘实际信息进行比较，显示结果3） 发送配置提示、响应 HOST 命令进入配置界面4） 提供配置菜单、将用户提供的RAID卡参数、RAID参数存入NVRAM5） 根据RAID参数，通过SCSI控制器对硬盘进行初始化写操作6） 完成配置7） 等待Host发出读写操作命令RAID卡提高磁盘读写性能的另一手段是：磁盘CACHERAID功能运作流程对于磁盘I/O来说，如果没有CACHE，就直接从硬盘读写；如果有CACHE，则首先从CACHE读写。CACHE具有两大功能：1、预读CACHE预读提高了计算机系统中的硬盘读的功能，尤其是在读取含有大量文件碎片的文件时。具有良好预读功能的RAID卡能在看起来很随机的读访问中，识别出读取磁盘的规律， 通过这个规律提前将系统要读取的数据放在CACHE中。预读的两种方式：Read Ahead 由于硬盘数据经常是以一族连续的硬盘扇区组织起来的，所以有时侯如把系统所请求的扇区随后的一个扇区里的数据 同时读进来是有价值的。对于数据文件的读取有利,特别是系统CPU的性能低时。Pre-Fetch当RAID卡发现系统要读的是先前已经读过的数据时，在 这一次，便将这一个数据块的数据写到CACHE里。对于程序文件的读取有利 。2、回写回写是通过暂时将数据存在CACHE里，从而推迟将数据写到慢设备（如硬盘、磁带机）的一种工作方式。数据将在随后的时间，硬盘闲置的时候写到硬盘中。写的时候也是统一将CACHE内的尚未写出的数据按照数据块的在硬盘中的BLOCK序号写入，这样可以提高写的效率。 回写需要加电池给CACHE供电，以免数据在写到硬盘之前系统断电导致硬盘数据丢失。 增加CACHE大小对于预读来说，为系统提供了更多的来自CACHE的可供读取的记录。 对于回写来说，允许控制卡保存更多的记录留待后期写磁盘。特别是对于电梯式回写，使得连续的回写段之间有更近的间隔，降低硬盘写操作的平均访时间并提高了吞吐率。写策略通写模式下，所有数据在以命令完成状态返回到计算机之前，直接写到硬盘。两种写策略比较来说，写策略由通写改为回写时，可大幅度提高RAID性能。但回写具有一定的数据危险性。在突然断电的情况下，会丢失存于Cache尚未写入硬盘的数据。RAID卡工作在写策