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1、如何做磁盘阵列和磁盘镜象_samsean 百度空间 | 百度首页 | 登录 samsean 生活驿站 主页 博客相册|个人档案 |好友 查看文章 如何做磁盘阵列和磁盘镜象 2009-01-05 07:32 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 RAID0RAID5。这个
2、 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
3、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
4、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(accesst
5、ime),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、网络服务器(net
6、workserver),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)
7、。 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
8、据输出入的应用,并不适用于 PC 及网络服务器。 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
9、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
10、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(Rea
11、d- 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
12、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.=一、什么是 RAID？其具备哪些常用的工具模式？即然提到了 RAID 磁盘阵列，那么我们就先来了解一下什么是 RAID？所谓 的 RAID，是 Redundant Arrays of Independent Disks 的简称，中文为廉价冗余磁盘阵列。由 1987 年由加州大学伯克
13、利分校 提出的，初衷是为了将较廉价的多个小磁盘进行组合来替代价格昂贵的大容量磁盘，希望单 个磁盘损坏后不会影响到其它磁盘的继续使用，使数据更加的安全。RAID 作为一种廉价的 磁盘冗余阵列，能够提供一个独立的大型存储设备解决方案。在提高硬盘容量的同时，还能 够充分提高硬盘的速度，使数据更加安全，更加易于磁盘的管理。了解 RAID 基本定义以后，我们再来看看 RAID 的几种常见工作模式。1、RAID 0RAID 0 是最早出现的 RAID 模式，即 Data Stripping 数据分条技术。RAID 0 是组建磁盘阵列中最简单的一种形式，只需要 2 块以上的硬盘即可，成本低， 可以提高整个磁
14、盘的性能和吞吐量。RAID 0 没有提供冗余或错误修复能力，是实现成本是最低的。RAID 0 最简单的实现方式就是把 N 块同样的硬盘用硬件的形式通过智能磁盘控制器 或用操作系统中的磁盘驱动程序以软件的方式串联在一起创建一个大的卷集。在使用中电脑 数据依次写入到各块硬盘中，它的最大优点就是可以整倍的提高硬盘的容量。如使用了三块 80GB 的硬盘组建成 RAID 0 模式，那么磁盘容量就会是 240GB。其速度方面，各单独一块硬盘的速度完 全相同。最大的缺点在于任何一块硬盘出现故障，整个系统将会受到破坏，可靠性仅为单独 一块硬盘的 1/N。为了解决这一问题，便出一了 RAID 0 的另一种模式。
15、即在 N 块硬盘上选择合理的带区来创建带区集。其原理就是 将原先顺序写入的数据被分散到所有的四块硬盘中同时进行读写。四块硬盘的并行操作使同 一时间内磁盘读写的速度提升了 4 倍。在创建带区集时，合理的选择带区的大小非常重要。如果带区过大，可能 一块磁盘上的带区空间就可以满足大部分的 I/O 操作，使数据的读写仍然只局限在少数的一、 两块硬盘上，不能充分的发挥出并行操作的优势。另一方面，如果带区过小，任何 I/O 指令 都可能引发大量的读写操作，占用过多的控制器总线带宽。因此，在创建带区集时，我们应 当根据实际应用的需要，慎重的选择带区的大小。带区集虽然可以把数据均匀的分配到所有的磁盘上进行读写
16、。但如果我们 把所有的硬盘都连接到一个控制器上的话，可能会带来潜在的危害。这是因为当我们频繁进 行读写操作时，很容易使控制器或总线的负荷超载。为了避免出现上述问题，建议用户可以 使用多个磁盘控制器。最好解决方法还是为每一块硬盘都配备一个专门的磁盘控制器。虽然 RAID 0 可以提供更多的空间和更好的性能，但是整个系统是非常不 可靠的，如果出现故障，无法进行任何补救。所以，RAID 0 一般只是在那些对数据安全性要求不高的情况下才被人们使用。2、RAID 1RAID 1 称为磁盘镜像，原理是把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上，也就是说数 据在写入一块磁盘的同时，会在另一块闲置的磁盘上生成镜像文件，在不影响性能情况下最 大限度的保证系统的可靠性和可修复性上，只要系统中任何一对镜像盘中至少有一块磁盘可 以使用，甚至可以在一半数量的硬盘出现问题时系统
