【IT168 技术】1. 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，硬盘使用效率非常好的，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。

　　磁盘阵列所利用的技术基础是RAID技术。RAID是Redundant Array of Inexpensive Disk的缩写，意为廉价冗余磁盘阵列。目前对RAID级别的定义可以获得业界广泛认同的有4种，RAID 0、RAID 1、RAID 0+1和RAID 5。

　　RAID 0具有成本低、读写性能极高、存储空间利用率高等特点。但由于没有数据冗余，其安全性大大降低，阵列中的任何一块硬盘的损坏都将带来灾难性的数据损失。所以，RAID 0中配置的硬盘不宜太多。

　　RAID 1是两块硬盘数据完全镜像，它具有安全性高、技术简单、管理方便、读写性能良好等特点。但它无法扩展单块硬盘容量，数据空间浪费大。

　　RAID 0+1综合了RAID 0和RAID 1的特点，独立磁盘配置成RAID 0，两套完整的RAID 0互相镜像。它的读写性能出色、安全性高，但构建此类阵列的成本投入大，数据空间利用率低，不能称之为经济高效的方案。

　　RAID 5是目前应用最广泛的RAID技术。各块硬盘进行条带化分割，相同的条带区进行奇偶校验，校验数据平均分布在每块硬盘上(图1)。以n块硬盘构建的RAID 5阵列可以有n-1块硬盘的容量，存储空间利用率非常高。任何一块硬盘上的数据丢失，均可以通过校验数据推算出来。RAID 5具有数据安全、读写速度快、空间利用率高等优点，应用非常广泛，但不足之处是如果一块硬盘出现故障以后，整个系统的性能将大大降低。