如何做磁盘阵列和磁盘镜象

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RAIDlevel，不同的level针对不同的系统及应用，以解决数据安全的问题。目前业界公认的标准是RAID0~RAID5.这个level并不代表技术的高低，level5并不高于level3，level1也不低过level4，至于要选择那一种RAIDlevel的产品，纯视用户的操作环境（operatingenvironment）及应用（application）而定，与level的高低没有必然的关系。 RAID1 RAID1是使用磁盘镜像（diskmirroring）的技术。

    磁盘镜像应用在RAID1之前就在很多系统中使用，它的方式是在工作磁盘（workingdisk）之外再加一额外的备份磁盘（backupdisk），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RAID1，如NovellNetware亦有提供磁盘镜像的功能，但并不表示Netware有了RAID1的功能。一般磁盘镜像和RAID1有二点最大的不同： RAID1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。

    RAID1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RAID0有同样的性能。从RAID的结构就可以很清楚的看出RAID1和一般磁盘镜像的不同。 RAID2 RAID2是把数据分散为位（bit）或块（block），加入海明码HammingCode，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（cylinderortrack）及扇区中。RAID2的设计是使用共轴同步（spindlesynchronize）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（bandwide）并行传输所存取的数据，所以有最好的传输时间（transfertime）。在大型档案的存取应用，RAID2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RAID2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。RAID2是设计给需要连续且大量数据的电脑使用的，如大型电脑（mainframetosupercomputer）、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（networkserver），小型机或PC. RAID2的安全采用内存阵列（memoryarray）的技术，使用多个额外的磁盘作单位错误校正（single-bitcorrection）及双位错误检测（double-bitdetection）；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。 RAID3 RAID3的数据储存及存取方式都和RAID2一样，但在安全方面以奇偶校验（paritycheck）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（paritydisk）。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值，以达容错的要求。

    较之RAID1及RAID2，RAID3有85%的磁盘空间利用率，其性能比RAID2稍差，因为要做奇偶校验计算；共轴同步的平行存取在读档案时有很好的性能，但在写入时较慢，需要重新计算及修改奇偶校验磁盘的内容。RAID3和RAID2有同样的应用方式，适用大档案及大量数据输出入的应用，并不适用于PC及网络。 RAID4 RAID4也使用一个校验磁盘，但和RAID3不一样。RAID4是以扇区作数据分段，各磁盘相同位置的分段形成一个校验磁盘分段（parityblock），放在校验磁盘。这种方式可在不同的磁盘平行执行不同的读取命今，大幅提高磁盘阵列的读取性能；但写入数据时，因受限于校验磁盘，同一时间只能作一次，启动所有磁盘读取数据形成同一校验分段的所有数据分段，与要写入的数据做好校验计算再写入。即使如此，小型档案的写入仍然比RAID3要快，因其校验计算较简单而非作位（bitlevel）的计算；但校验磁盘形成RAID4的瓶颈，降低了性能，因有RAID5而使得RAID4较少使用。 RAID5 RAID5避免了RAID4的瓶颈，方法是不用校验磁盘而将校验数据以循环的方式放在每一磁盘中。磁盘阵列的第一个磁盘分段是校验值，第二个磁盘至后一个磁盘再折回第一个磁盘的分段是数据，然后第二个磁盘的分段是校验值，从第三个磁盘再折回第二个磁盘的分段是数据，以此类推，直到放完为止。图中的第一个parityblock是由A0，A1……，B1，B2计算出来，第二个parityblock是由B3，B4，……，C4，D0计算出来，也就是校验值是由各磁盘同一位置的分段的数据所计算出来。这种方式能大幅增加小档案的存取性能，不但可同时读取，甚至有可能同时执行多个写入的动作，如可写入数据到磁盘1而其parityblock在磁盘2，同时写入数据到磁盘4而其parityblock在磁盘1，这对联机交易处理（OLTP，On-LineTransactionProcessing）如银行系统、金融、股市等或大型数据库的处理提供了最佳的解决方案（solution），因为这些应用的每一笔数据量小，磁盘输出入频繁而且必须容错。

    事实上RAID5的性能并无如此理想，因为任何数据的修改，都要把同一parityblock的所有数据读出来修改后，做完校验计算再写回去，也就是RMWcycle（Read-Modify-Writecycle，这个cycle没有包括校验计算）；正因为牵一而动全身，所以： R：N（可同时读取所有磁盘） W：1（可同时写入磁盘数） S：N-1（利用率） RAID5的控制比较复杂，尤其是利用硬件对磁盘阵列的控制，因为这种方式的应用比其他的RAIDlevel要掌握更多的事情，有更多的输出入需求，既要速度快，又要处理数据，计算校验值，做错误校正等，所以价格较高；其应用最好是OLTP，至于用于图像处理等，不见得有最佳的性能。 RAID0及RAID1适用于PC及PC相关的系统如小型的网络服务器（networkserver）及需要高磁盘容量与快速磁盘存取的工作站等，比较便宜；RAID3及RAID4适用于大型电脑及影像、CAD/CAM等处理；RAID5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，RAID2较少使用，其他如RAID6，RAID7，乃至RAID10等，都是厂商各做各的，并无一致的标准。