磁盘阵列问答

什么是磁盘阵列（Disk Array）?
　　磁盘阵列（Disk Array）是由一个硬盘控制器来控制多个硬盘的相互连接，使多个硬盘的读写同步，减少错误，增加效率和可靠度的技术。
　　2.什么是RAID?
　　RAID是Redundant Array of Inexpensive Disk的缩写，意为廉价冗余磁盘阵列，是磁盘阵列在技术上实现的理论标准，其目的在于减少错误、提高存储系统的性能与可靠度。常用的等级有1、3、5级等。
　　3.什么是RAID Level 0?
　　RAID Level 0是Data Striping(数据分割)技术的实现，它将所有硬盘构成一个磁盘阵列，可以同时对多个硬盘做读写动作，但是不具备备份及容错能力，它价格便宜，硬盘使用效率最佳，但是可靠度是最差的。
　　以一个由两个硬盘组成的RAID Level 0磁盘阵列为例，它把数据的第1和2位写入第一个硬盘，第三和第四位写入第二个硬盘……以此类推，所以叫“数据分割"，因为各盘数据的写入动作是同时做的，所以它的存储速度可以比单个硬盘快几倍。
　　但是，这样一来，万一磁盘阵列上有一个硬盘坏了，由于它把数据拆开分别存到了不同的硬盘上，坏了一颗等于中断了数据的完整性，如果没有整个磁盘阵列的备份磁带的话，所有的数据是无法挽回的。因此，尽管它的效率很高，但是很少有人冒着数据丢失的危险采用这项技术。
　　4.什么是RAID Level 1?
　　RAID Level 1使用的是Disk Mirror(磁盘映射)技术，就是把一个硬盘的内容同步备份复制到另一个硬盘里，所以具备了备份和容错能力，这样做的使用效率不高，但是可靠性高。
　　5.什么是RAID Level 3?
　　RAID Level 3采用Byte－interleaving(数据交错存储)技术，硬盘在SCSI控制卡下同时动作，并将用于奇偶校验的数据储存到特定硬盘机中，它具备了容错能力，硬盘的使用效率是安装几个就减掉一个，它的可靠度较佳。
　　6.什么是RAID Level 5?
　　RAID Level 5使用的是Disk Striping(硬盘分割)技术，与Level 3的不同之处在于它把奇偶校验数据存放到各个硬盘里，各个硬盘在SCSI控制卡的控制下平行动作，有容错能力，跟Level 3一样，它的使用效率也是安装几个再减掉一个。
　　7.什么是热插拔硬盘？
　　热插拔硬盘英文名为Hot－Swappable Disk，在磁盘阵列中，如果使用支持热插拔技术的硬盘，在有一个硬盘坏掉的情况下，服务器可以不用关机，直接抽出坏掉的硬盘，换上新的硬盘。一般的商用磁盘阵列在硬盘坏掉的时候，会自动鸣叫提示管理员更换硬盘。
磁盘阵列(Disk array)原理

为什么需要磁盘阵列? 如何增加磁盘的存取(acces)速度，如何防止数据因磁盘的故障而失落及如 何有效的利用磁盘空间，一直是电脑专业人员和用户的困忧；而大容量磁盘的价 格非常昂贵，对用户形成很大的负担。磁盘阵列技术的产生一举解决了这些问题。
过去十年来，CPU的处理速度几乎是几何级数的跃升，内存(memory)的 存取速度亦大幅增加，而数据储存装置——它要是磁盘(hard disk)——的存取 速度相较之下。较为缓慢。整个I／0吞吐量不能和系统匹配，形成电脑系统的瓶 颈，降低了电脑系统的整体性能(throughout)若不能有效的提升磁盘的存取速 度，CPU、内存及磁盘间的不平衡将使CPU及内存的改进形成浪费。
目前改进磁盘存取速度的方式主要有两种。一是磁盘快取控制(disk cache controller)，它将从磁盘读取的数据存在快取内存(cache memory)中以减少磁 盘存取的次数。数据的读写都在cache内存中进行，大幅增加存取的速度，如要读 取的数据不在cache内存中，或要写数据到磁盘时，才做磁盘的存取动作。这种方 式在单工期环境(Single—tasking envioronment)如DOS之下。对大量数据的 存取有很好的性能(量小且频繁的存取则不然)。但在多工(multi—tasking)环 境之下(因为要不停的作数据交换(swapping)的动作)或数据库(database) 的存取(因每一记录都很小)就不能显示其性能。这种方式没有任何安全保障。
其一是使用磁盘阵列的技术。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RAID level，不同的level针对不 同的系统及应用，以解决数据安全的问题。
一般高性能的磁盘阵列都足以硬件的形式来达成、进—步的把磁盘cache控制 及磁盘阵列结合在—个控制器(RAID controler)或控制卡个，针对个同的用户 解决人们对磁盘输出／入系统的四大要求：
(1)增加存取速度。
(2)容错(fault tolerance)，即安全性。
(3)有效的利用磁盘空间。
(4)尽量的平衡CPU，内存及磁盘的性能并异，提高电脑的整体工作性能。
磁盘阵列原理
1987年，加州伯克利大学的一位人员发表了名为“磁盘阵列研究”的论文， 正式提到了RAID也就是滋盘阵列，论文提出廉价的5．25”及3．5”的硬盘也能如 大机器上的8”盘能提供人容量、高性能和数据的一致性，并详述了RAIDl至5 的技术。 磁盘阵列针对不同的应用使用的不同技术，称为RAID level，RAID是Redundant Array of Inexpenslve Disks的缩写，而每一level代表一种技术，目前 业界公认的标准是RAID0—RAID5。这个level并个代表技术的高低，level5并不高于level3，level1也个低于level4。字于要选样哪一种RAID level的产品，纯视用户的操作环境(Operating envir0nment)及应用(application)而定，与level 的高低没有必然的关系。RAID0没有安全的保障，仅其快速，所以适合高速I／0 的系统；RAIDl适用于需安全性又要兼顾速度的系统，RAID2及RAID3适用于 大型电脑及影像、CAD／CAM等处理；RAID5多用于0LTP，因有余融机构及 大型数据处理中心的迫切需要，故使用较多而较有名气，但也因此形成很多人对 磁盘阵列的误解，以为磁盘阵列非要RAID5不可；RAID4较少使用、和RAID5 有其共同之处，但RAID4适合大量数据的存取。其他如RAID6，RAID7。乃至 RAIDl0、50、100等，都是厂商各做各的，并无一致的标准，在此不作说明。
RAID1
RAID1是使用磁盘镜像(disk muroring)的技术，磁盘镜像应用在RAIDl 之前就在很多系统中使用，它的方式是在工作磁盘(working disk)之外再加一 额外的备份磁盘(backup disk)两个磁盘所储存的数据安全一致。数据在写入工 作磁盘同时也写入备份磁盘。
RAID2
RAID2是把数据分散为位元／位元组(bit／byte)或块(b1ock)，加入海明码Hamming Code、在磁盘阵列中作间隔写入(Interleaving)到每个磁盘小。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。RAID2又称为并行阵列(parallel array)其设计足使 用共轴同步(spindle synchronize)的技术，存取数据时、控个磁盘阵列—起动 作，在各个磁盘的相同位置作平行存取，所以有最好的存取时间(auesstime)，共 总线(bus)是特别的设计以大带宽并行传输所存取的数据，所以有最好的传输时 间(transfer time)。在人型档案的存取应用，RAID2有最好的件能，仅如果档 案太小，会将其性能批下来。因为磁盘的存取足以期区为单位。而RAID2的存取是所有磁盘平行动作，而且是作单位元或位元组的存取。故小于—个扇区的数据 最会使其件能大打折扣。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(mainframe to supercomputer)、作影像处理或CAD／CAM的工作站 (workstation)等，并个适用于—般的多用户环境网络服务器(network server)。 小型机或PC。
RAID3
RAID3的数据储存及存取方式都和RAID2一样，仅在安今方面以奇偶较验 (parity check)取代海明码做错误校正及检测，所以只需要—个额外的校检磁盘 (parity disk)。奇偶校验值的计算足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，仟何数据的修改都要做奇偶校验计算。
RAID4
RAID4也使用一个校验磁盘，但和RAID3不一样，RAID4的方式是RAID0 加上一个校验磁盘。
RAID5
RAID5和RAID4相似但避免了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个磁盘中，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RAID level要掌握更多的事情，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0LTP，至于用于大型文件，不见得有最 佳的性能。
RAID的对比： 下面几个表列是RAID的一些性质：
操作 工作模式 最少硬盘量 可用容量 适用范围
RAID0 磁盘延伸和数据分布 2 T PC服务器和图形工作站
RAIDl 数据分布和镜像 2 T／2
RAID2 共轴同步，并行传输，ECC 3 视结构而定 大档案且输入输出不频繁的应用 如：影像处理和CAD／CAM等
RAID3 共轴同步，并行传输，Parity 3 Tx(n—1)／n
RAID4 数据分布，固定Parity 3  Tx(n—1)／n 　
RAID5 数据分布，分布Parity 3 Tx(n—1)／n 银行、金融、股市、数据库等大 型数据处理中心OLTP应用