超详细的磁盘阵列图文教程

1、磁盘阵列(磁盘阵列)1 .为什么需要磁盘阵列如何提高访问磁盘的速度，如何防止磁盘故障导致的数据丢失，如何有效利用磁盘空间，计算机专家和用户烦恼的大容量磁盘都非常昂贵，给用户带来了巨大的负担。 磁盘阵列技术一举解决了这些问题。在过去10年里，虽然CPU的处理速度增加了50倍以上，存储器的访问速度也大幅增加，但作为数据存储装置的主要磁盘的访问速度仅增加了3、4倍，从而形成了计算机系统的瓶颈，降低了计算机系统的整体性能，有效地降低了光盘的使用速度。目前，提高磁盘访问速度的方法主要有两种。 一种是，将从盘读取的数据存储在高速缓冲存储器中，减少盘访问的次数，用高速缓冲存储器进行数据的读写，在高速缓冲存储

2、器中没有想读取的数据或把数据写入盘等情况下，大幅度提高访问速度的盘。 在单任务环境(如DOS )中，此方法对大量数据的访问是很好的(如果不经常少量访问)，但在多任务环境中(因为它在不断地进行数据交换(swapping )操作)，或数据库(database 这个方式没有安全保障。 第二，使用磁盘阵列的技术。 磁盘阵列将多个磁盘组合成一个阵列，用作单个磁盘，将数据条纹化存储在不同的磁盘中，并且访问数据时，阵列中相关的磁盘一起工作以显着减少访问数据的时间，同时也减少了对数据的访问时间不同的技术(称为raid级别)可以在不同的系统和应用程序级别解决数据安全问题。通常，高性能的盘阵列都以硬件的形式实现，

3、并且将盘缓存控制和盘阵列耦合到单个控制器或控制卡，以允许不同的用户提供对盘输入/输出系统的四个要求：(1)提高访问速度(2)容错，即安全性(3)有效利用磁盘空间(4)尽量平衡CPU、内存、光盘的性能差异，提高电脑整体的工作性能。2 .磁盘阵列原理磁盘阵列中每个应用程序的不同技术称为RAID级别，RAID是redundantarrayofindependentarrayofinexpensivedisks的缩写，每个级别代表一种技术，现在已被业界公认级别不代表技术的高度，并且级别5不高于级别3，并且级别1也不低于级别4。 选择该raid级别的产品，根据用户的操作环境和应用程序的不同，与级别的高低

4、没有必然的关系。 RAID 0和RAID 1适用于与PC和PC相关联的系统，例如小型网络服务器、需要高磁盘容量和高速磁盘访问的工作站等。 虽然很便宜，但一般人不知道磁盘阵列，所以没有看到磁盘阵列给他们带来价值，市场还没有打开的RAID 2和RAID 3适合处理大型计算机、图像、CAD/CAM等。RAID 5多用于OLTP 由于金融机构和大型数据处理中心的迫切需要，虽然被广泛使用而著名，但是很多人都认为磁盘阵列应该是RAID 5，因为RAID 4有共同点，RAID 4有本质上的限制。 此外，RAID 6、RAID 7、RAID 10等是制造商单独进行的，没有一致的标准，因此在此不进行说明。 在介

5、绍每个raid级别之前，我们先看看构成磁盘阵列的两种基本技术：可以将此解释为磁盘扩展，以正确地表示“磁盘生成”技术的意义。 DFTraid磁盘阵列控制器连接了四个磁盘：如下图所示这四个磁盘构成了一个阵列，磁盘阵列控制器(raid控制器)将这四个磁盘视为单个磁盘，例如DOS环境中的C:磁盘。 这意味着磁盘生成，将小容量磁盘扩展到大容量单个磁盘，使用者不需要计划在每个磁盘上分布数据，从而提高了磁盘空间的利用率。 DFTraid的SCSI磁盘阵列连接数十个磁盘，形成数十GB到数百GB的阵列，使磁盘容量几乎可以无限扩展。单个磁盘一起访问的动作比单个磁盘快。 显然，有多种技术可以形成这个阵列并生成RAI

6、D。 从上图也可以看出inexpensive (便宜)的意思。 因为250MBbytes的磁盘比1GBytes的磁盘便宜，所以特别是以前大磁盘的价格非常高，但是在磁盘越来越便宜的今天，inexpensive需要大磁盘容量，而不是磁盘阵列的一点。由于磁盘阵列将同一阵列中的多个磁盘视为单个虚拟磁盘(virtual disk )，因此数据以分段顺序存储在磁盘阵列中，如下图：所示磁盘0光盘1光盘2光盘3A0-A1B0-B1C0-C1D0-D1A2-A3B2-B3C2-C3D2-D3A4-A5B4-B5C4-C5D4-C5A6-A7B6-B7C6-C7D6-D7数据会根据需要进行分割，从第一个磁盘开始，

7、返回到第一个磁盘，直到数据分布完成为止。 虽然对于某些系统，段的大小可以是最有效的系统是1KB，最有效的系统是4KB、6KB甚至4MB或8MB，但是数据量小于1个扇区，所以段可以是512 b 由于盘的读写是以1个扇区为单位的，所以如果数据小于512字节，系统在读取了该扇区之后，也进行组合和分组(通过读写)的工作，这是浪费时间。 从上图可以看出，数据段被分割成不同的磁盘，并且可以同时对整个阵列中的每个磁盘进行读/写，这使得数据段对数据的访问是最有效的，并且理论上，读取包括四个段的数据所需的时间大约是=(磁盘的acci )如果磁盘数为n，读取为r，写入为w，可用容量为s，则数据段的性能为：R:N

8、(所有磁盘均可同时读取)W:N (所有磁盘均可同时写入)S:N (利用所有磁盘实现最佳利用率)磁盘剥离也称为RAID 0，很多人认为RAID 0中没有任何东西，但RAID 0是最有效的磁盘输入/输出，这是一种非常错误的想法。 磁盘阵列有一个高效的理由，可以同时执行多个I/o请求，数据段除外。 这是因为阵列中的每个磁盘都独立地工作，段位于不同的磁盘上，不同的磁盘可以同时读写入，并且缓存存储器和磁盘可以进行并行访问，但其性能是硬件从以上两点可以看出，磁盘生成定义了RAID的基本形式，提供了廉价、灵活、高性能的系统结构，磁盘分割解决了数据访问效率和磁盘利用率的问题，RAID 1至RAID 5据此提供

9、了磁盘安全RAID 1RAID 1是使用磁盘镜像的技术。 从RAID 1之前开始，很多系统都使用磁盘镜像应用程序。 这是因为，通过在工作磁盘之外添加备份磁盘，存储在两个磁盘上的数据完全相同，数据在写入工作磁盘的同时被写入备份磁盘。 磁盘镜像不一定是RAID 1。 虽然也有像Novell NetWare一样提供磁盘镜像的功能，但是NetWare不一定具有RAID 1的功能。 典型的磁盘镜像和RAID 1最多有两个不同的：RAID 1没有工作磁盘和备份磁盘的区别，具有多个磁盘同时动作、重叠读取的功能，并且以优化了不同的镜像磁盘可以同时写入动作的方式，进行负载平衡(load-balance )。 例

10、如，如果多个用户同时读取数据，系统可以同时驱动彼此镜像的磁盘，同时读取数据，从而减轻系统负荷，提高I/O的性能。RAID 1的磁盘将扩展磁盘以形成阵列，并将数据分段存储，从而在读取时提供与RAID 0几乎相同的性能。 从RAID的结构可以清楚地看到RAID 1和普通磁盘镜像之间的差异。下图为RAID 1，每个数据各存储两个磁盘0光盘1磁盘0光盘1A0A2A4系列B1A1a3.a3B0B2A0A2A4系列B1A1a3.a3B0B2从上图可以看到：R:N (所有磁盘均可同时读取)W:N/2 (同时写入磁盘数)S:N/2 (利用率)读取数据时可以访问所有磁盘，充分发挥数据段的优点数据写入时有备份，所

11、以写入两个磁盘的效率为N/2，磁盘空间的使用率也只有所有磁盘的一半。很多人认为，向RAID 1添加额外的磁盘，不会浪费RAID 1。 实际上，光盘越来越便宜，不会增加负担。 RAID 1还具有最高的容错能力，其效率也是RAID 0以外的最高。 我们依赖于应用差异，在同一磁盘阵列中使用不同的raid级别，例如，华艺公司的DFTraid系列可以在同一磁盘阵列中定义8个逻辑磁盘，分别使用不同的raid级别，C:D:和E:RAID 1要实现完全容错，包含non-stop的新磁盘可以在一个磁盘出现故障时，在不妨碍对其他磁盘的操作的情况下移除该磁盘，一旦更换新磁盘，系统就会立即进行镜像RAID 1是所有R

12、AID 1级别的灵活性和可访问性的顶级产品。在磁盘阵列技术中，从RAID 1到RAID 5都没有停机，意味着在运行中出现磁盘故障的情况下，系统能够在不停机的情况下继续运行，能够访问磁盘，能够正常读写另一方面，SCSI磁盘阵列可以在工作时更换磁盘，并自动重建故障磁盘上的数据。 磁盘阵列之所以能够实现容错性和停机时间，是因为有冗馀的磁盘空间，意味着Redundant。RAID 2RAID 2用于将数据分散在位或块中并提供汉明码，在盘阵列上交织到各盘，而地址相同，即，在各盘上数据处于相同的轨道和扇区中。 RAID 2的设计使用主轴同步技术来访问数据时，因为整个磁盘阵列一起工作，在每个磁盘的同一位置进

13、行并行访问，所以有最高的访问时间，总线是特殊的设计，访问过的数据在访问大型文件的应用程序中，RAID 2能提供最高的性能，但文件太小会降低性能。 不足一个扇区的数据量会降低性能，因为对磁盘的访问是以扇区为单位的，而对RAID 2的访问是所有磁盘并行工作，并且是以设备为单位的访问。 RAID 2被设计为用于需要连续和大量数据的计算机，例如大计算机、用于图像处理的工作站、作为CAD/CAM的工作站等。RAID 2的安全采用存储器阵列技术，并且用于单位纠错和双位错误检测的额外磁盘的数量取决于所使用的方法和结构例如，8个数据磁盘的阵列可能需要3个附加磁盘，32个数据磁盘的上层阵列可能需要7个附加磁盘。

14、RAID 3RAID 3的数据存储和访问方法与RAID 2相同，但是需要附加奇偶磁盘(parity disk )来代替明文用奇偶校验进行纠错和检查。 奇偶校验值的计算是将各盘的对应位设为XOR的逻辑运算，将其结果写入奇偶校验盘，数据的变更全部进行奇偶校验计算。 图：磁盘0光盘1光盘2光盘3光盘4A0A4系列B3c2.c2A1B0B4C3A2A1C0C4a3.a3A2c1.c1D0pppp如果某个磁盘发生故障，需要在更换新磁盘后重新计算整个磁盘阵列(包括奇偶磁盘)，恢复故障磁盘的数据并写入新磁盘。如果奇偶磁盘发生故障，则重新计算奇偶值，并重新计算容错与RAID 1和RAID 2相比，RAID 3的磁盘空间利用率为85%，因为进行奇偶校验计算，性能比RAID 2稍差。同轴同步的并行访问在读取文件时提供了优异的性能，但因为写入速度慢RAID 3和RAID 2是相同的应用程序方式，适用于大规模文件和输入输出大量