什么是磁盘阵列(什么是磁盘阵列,其硬件组成有哪些)

什么是磁盘阵列(什么是磁盘阵列,其硬件组成有哪些)

磁盘阵列是什么，主要做什么用？？

目前，人们逐渐认识到磁盘阵列技术。磁盘阵列技术详细来说可以分为0-5 RAID技术几个级别，新级别的所谓RAID级别10、30、50、50都有开发。RAID是冗余磁盘冗余阵列的缩写。RAID的优势简单来说就是：安全性高、速度快、数据容量大。

某些级别的RAID技术可以将速度提高到单个硬盘驱动器的400%。磁盘阵列连接几个硬盘驱动器一起工作，大大提高了速度，将硬盘系统的可靠性提高到近乎无错的状态。这些“容错”系统速度极快且高度可靠。

从磁盘阵列角度来看

磁盘阵列最重要的规格是速度，即CPU的类型。我们知道SCSI的发展由SCSI 2(窄，8位，10mb/s)、SCSI 3(宽，16位，20mb/s)、超宽(16位，40mb/s)、超宽2(超宽，80mb/s)、超宽3(超超宽，160 MB/s)、从SCSI到串行I/O、所谓的光纤通道(FC-Al，光纤通道仲裁环路，100200 MB/s)、SSA(串行存储体系结构，80 因为SCSI本身并不是很快，但是当SCSI进化到Ultra 2，80MB/s的时候，对CPU的要求就非常关键了。 一般的CPU(比如586)一定要换成高速RISC CPU(比如Intel RISC CPU，I960rd32bits，I960RN64bits)，不仅仅是RISC CPU，还有32位和64位RISC CPU的区别。86和RISC CPU的区别可想而知！这是从磁盘阵列的角度来说的。

从服务器的角度来看

服务器的结构已经从传统的I/O结构转变为I2O (Intelligent I/O，简称I2O)结构。其目的是将系统I/O与服务器CPU负载分开，以减少服务器CPU负载。所以Intel提出了I2O的架构，也是一个负责I/O的RISC CPU (i960RD或者I960RN)，试想一下，如果服务器中已经是RISC i960 CPU在负责I/O了，但结果磁盘阵列中还是用了586 CPU。会很快吗？

从操作系统的角度来看

SCO OpenServer 5.0 32位

微软视窗NT 32位

SCO Unixware 7.x 64位

MicroSoft Windows NT 2000 32位64位

Sun Solaris 64位其他操作系统

操作系统从32位变成了64位，磁盘阵列上的CPU必须是Intel i960 RISC CPU才能满足速度要求。586 CPU不够用！

磁盘阵列的功能

阵列中的硬盘仅通过SCA-II集成背板还是SCSI电缆连接？SCA-II集成背板上是否有隔离芯片，防止热插拔时硬盘产生的高/低电压，使系统电压回流，造成系统不稳定和数据丢失？这个问题一定要注意，因为磁盘阵列中的很多硬盘共用同一个SCSI总线！一个硬盘热插拔，但是不能环其他硬盘！什么是热插拔或者热插拔？硬盘分为热插拔硬盘，80针硬盘是热插拔硬盘，68针硬盘不是热插拔硬盘。有没有热插拔，电路设计的区别在于有没有保护电路设计，同样的硬盘预告片也分真热插拔和假热插拔。

磁盘阵列中的硬盘是否有序？也就是说，硬盘是否可以无序插回数组，数据仍然可以正常访问？很多人认为不是很重要，不太可能发生，但是有可能发生，所以一定要预防。如果使用六个硬盘作为一个阵列，在初始初始化时，这六个硬盘按顺序放在磁盘阵列中，分为第一、第二…到第六个硬盘。如果你买的磁盘阵列是有序的，你要注意：有一天，当你把硬盘拿出来清洗的时候，一定要按照原来的顺序插回磁盘阵列，否则你的数据可能会因为硬盘的顺序而和原来的不一样。因为你硬盘的SCSI ID号乱了。现在所有的磁盘阵列产品都有这种不要求硬盘整齐的功能。为了防止上述事件的发生，并不要求所有的硬盘都是有序的。

我们将讨论这些新技术以及不同级别RAID的优缺点。我们不想涉及关键的技术细节，而是向不熟悉的人介绍磁盘阵列和RAID技术。相信这会帮助你选择合适的RAID技术。

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磁盘阵列什么意思

什么是磁盘阵列？

磁盘阵列的由来：

磁盘阵列，时事所趋：

磁盘阵列有那些优点：

各阶层磁盘阵列(RAID)介绍：

RAID 0：Striping/Span (切分/延展)

RAID 1：Mirroring (磁盘镜射)

RAID 0+1：Mirror + Striping (磁盘镜射+切分/延展)

RAID 3：Parallel with Parity (平行同位检查)

RAID 5：Striping with Rotating Parity (切分/延展+轮转同位)

现在己经有很多主机板都内建了IDE RAID芯片，除了提供ATA/133功能外，也提供了磁盘阵列功能，给使用者一个完整的IDE周边解决方案。不过，应该还有很多人弄不清楚磁盘阵列是什么，对磁盘阵列的使用及工作原理也有很多疑问。在这里我们就来介绍一下磁盘阵列(RAID)的概念与工作原理，相信对各位会有所帮助。

什么是磁盘阵列？

磁盘阵列简称RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)，有”价格便宜且多余的磁盘阵列”之意。其原理是利用数组方式来作磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性。磁盘阵列主要针对硬盘，在容量及速度上，无法跟上CPU及内存的发展，提出改善方法。磁盘阵列是由很多便宜、容量较小、稳定性较高、速度较慢磁盘，组合成一个大型的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生的加成效果来提升整个磁盘系统的效能。同时，在储存数据时，利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。

磁盘阵列还能利用同位检查(Parity Check)的观念，在数组中任一颗硬盘故障时，仍可读出数据，在数据重构时，将故障硬盘内的数据，经计算后重新置入新硬盘中。

磁盘阵列的由来：

由美国柏克莱大学(University of California-Berkeley)在1987年，发表的文章：”A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks”。文章中，谈到了RAID这个字汇，而且定义了RAID的5层级。柏克莱大学研究其研究目的为，反应当时CPU快速的性能。CPU效能每年大约成长30～50%，而硬磁机只能成长约7%。研究小组希望能找出一种新的技术，在短期内，立即提升效能来平衡计算机的运算能力。在当时，柏克莱研究小组的主要研究目的是效能与成本。

另外，研究小组也设计出容错(fault-tolerance)，逻辑数据备份(logical data redundancy)，而产生了RAID 理论。研究初期，便宜(Inexpensive)的磁盘也是主要的重点，但后来发现，大量便宜磁盘组合并不能适用于现实的生产环境，后来Inexpensive被改为independence，许多独立的磁盘组。

磁盘阵列，时事所趋：

自有PC以来，硬盘是最常使用的储存装置。但在整个计算机系统架构中，跟CPU与RAM来比，硬盘的速度是PC中最弱的设备之一。所以，为了加速计算机整体的数据流量，增加储存的吞吐量，进阶改进硬盘数据的安全，磁盘阵列的设计因应而生。

硬盘随着科技的日新月异，现在其容量已达40GB以上，转速到了1万转，甚至15000转，而且价格实在是很便宜，再加现在企业流行，人力资源规画(Enterprise Resource Planning：ERP)是每个公司建构网络的主要目标。所以，利用局域网络来传递数据，服务器所使用的硬盘显得非常重要，除了容量大、速度快之外，稳定更是基本要求。基于此因，磁盘阵列开始广泛的应用在个人计算机上。

磁盘阵列其样式有三种，一是外接式磁盘阵列柜、二是内接式磁盘阵列卡，三是利用软件来仿真。外接式磁盘阵列柜最常被使用大型服务器上，具可热抽换(Hot Swap)的特性，不过这类产品的价格都很贵。内接式磁盘阵列卡，因为价格便宜，但需要较高的安装技术，适合技术人员使用操作。另外利用软件仿真的方式，由于会拖累机器的速度，不适合大数据流量的服务器。

由上述可知，现在IDE磁盘阵列大行其道的道理；IDE接口硬盘的稳定度与效能表现已有很大的提升，加上成本考量，所以采用IDE接口硬盘来作为磁盘阵列的决解方案，可说是最佳的方式。

磁盘阵列有那些优点：

1.传输速率快

2.储存容量可提升

3.提升I/O每秒的数量

4.增加数据安全性及稳定性

5.大量数据快速及简易管理

6.增加可用运时间，减少维护

各阶层磁盘阵列(RAID)介绍：

磁盘阵列是由2个以上的硬盘，仿真一个逻辑硬盘出现在系统中；使用磁盘阵列控制器以达成其存在，利用不同数组形式，仿真各种层级。现在我们先来了解磁盘阵列(RAID)到底有几种模式，一般最常提到及应用的RAID层级分为0、1、0＋1、3及5。另外还有一些极少用到的RAID 4及RAID 6在此我们就不提它了。

以下就是各个阶层的介绍及图解：

RAID 0：Striping/Span (切分/延展)

RAID 1：Mirroring (磁盘镜射)

RAID 0+1：Mirror + Striping (磁盘镜射+切分/延展)

RAID 3：Parallel with Parity (平行同位检查)

RAID 5：Striping with Rotating Parity (切分/延展+轮转同位)

RAID 0：Striping/Span (切分/延展)

RAID 0，它是将数据储存在2个以上的硬盘机，其将全部磁盘驱动器的储存容量合并，藉由将数据切分到全部的磁盘驱动器上，进行平行读写，而达到提高效能增加容量。但是缺点是完全没有容错能力，只要有一个磁盘故障，就会导致数组磁盘的所有数据，毁于一旦无法挽回。

以下是原理示意图及实体概念图：

RAID 1：Mirroring (磁盘镜射)

RAID 1，必须由2个以上的硬盘所组成，由磁盘阵列(RAID)来控制，将数据同时写入第1个与第2个硬盘，其2组硬盘上的数据完全相同，也就是其中一个硬盘是用来作备份用途；当其中有一个硬盘故障时，系统照常运作正常。RAID 1是所有RAID阶层上，经济效益最好，效能很高，极佳的数据安全性。是所有阶层中使用最多最广最符合当初RAID设计概念的一种。唯一小缺点是，其数组磁盘容量是全部硬盘容量的一半。

RAID 0+1：Mirror + Striping (磁盘镜射+切分/延展)

RAID 0+1，是结合了RAID 0与1两种模式，这个阶层须具备4个或以上的双数硬盘所组成。这个模式是由2个硬盘遵守RAID 0规范，设定成一组，再由每组间遵循RAID 1的规范，使RAID 0+1拥有容错力及整体读写速度与数据安全性。不过，缺点是成本很高。

RAID 3：Parallel with Parity (平行同位检查)

RAID 3，最少须3个硬盘或以上，这个阶层的磁盘阵列具备了同位高阶智能型算法，利用一个硬盘来储存其运算出来的同位值的数据。当数组磁盘中有一个硬盘发生故障时(当然不能是同位碟)，只要换上新硬盘后，磁盘阵列控制器就能利用同位碟的数据，重新演算得到其旧有数据并回写建立。因为其同位检查数据是将数据切割成数个区段，利用XOR算法计算出同位数据；而其区段以Bytes计算时，称为RAID 3，如果是以Block计算时，就称为RAID 4。所以RAID 3在整体读写效能会较慢较差，但在成本上会比RAID 0+1还省一点，其数组磁盘整体容量计算公式为N-1。

RAID 5：Striping with Rotating Parity (切分/延展+轮转同位)

RAID 5，最少须3个硬盘，其工作原理与RAID 3相似，主要差别是其同位数据没有固定在同个硬盘，是以轮流方式储存在每个硬盘上，故称轮转同位。当磁盘阵列控制器利用XOR演算出同位检查数据后，会随着数据分别写入各台硬盘上，因此整体读写效能比RAID 3要好一些，当然比RAID 0要差。不过在大型数据处理时，需同时读写多个硬盘，而同位检查是由磁盘阵列控制器的XOR逻辑所控制的，所以数据处理越大越多时，一定会有所遗失，但这个阶层的RAID还是可以提供很高的容错能力...磁盘阵列简述：

磁盘阵列是一种把若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体，整个磁盘阵列由阵列控制器管理的系统。冗余磁盘阵列RAID(Redundant Array of Independent Disks)技术1987年由加州大学伯克利分校提出，最初的研制目的是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，以降低大批量数据存储的费用（当时RAID称为Redundant Array of Inexpensive Disks 廉价的磁盘阵列），同时也希望采用冗余信息的方式，使得磁盘失效时不会使对数据的访问受损失，从而开发出一定水平的数据保护技术。

磁盘阵列的工作原理与特征：

RAID的基本结构特征就是组合(Striping)，捆绑2个或多个物理磁盘成组，形成一个单独的逻辑盘。组合套(Striping Set)是指将物理磁盘组捆绑在一块儿。在利用多个磁盘驱动器时，组合能够提供比单个物理磁盘驱动器更好的性能提升。 数据是以块(Chunks)的形式写入组合套中的，块的尺寸是一个固定的值，在捆绑过程实施前就已选定。块尺寸和平均I/O需求的尺寸之间的关系决定了组合套的特性。总的来说，选择块尺寸的目的是为了最大程度地提高性能，以适应不同特点的计算环境应用。

磁盘阵列优点：

磁盘阵列有许多优点：首先，提高了存储容量；其次，多台磁盘驱动器可并行工作，提高了数据传输率；...RAID技术确实提供了比通常的磁盘存储更高的性能指标、数据完整性和数据可用性，尤其是在当今面临的I/O总是滞后于CPU性能的瓶颈问题越来越突出的情况下，RAID解决方案能够有效地弥补这个缺口。

阵列技术的介绍：

RAID技术是一种工业标准，各厂商对RAID级别的定义也不尽相同。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，我们常见的主板自带的阵列芯片或阵列卡能支持的模式有：RAID 0、RAID 1、RAID 0＋1。

1) RAID 0是无数据冗余的存储空间条带化，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，具有成本低、读写性能极高、存储空间利用率高等特点，在理论上可以提高磁盘子系统的性能。

2) RAID 1是两块硬盘数据完全镜像，可以提高磁盘子系统的安全性，技术简单，管理方便，读写性能均好。但它无法扩展（单块硬盘容量），数据空间浪费大，严格意义上说，不应称之为“阵列”。

3) 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。

常见的阵列卡芯片有三种：Promise（乔鼎信息）、highpoint、ami（美商安迈）。这三种芯片都有主板集成或独立的阵列卡这二种形式的产品。我们主要用到的是Promise阵列卡，经过测试在无盘中稳定，并且不容易坏Promise常见的阵列芯片有：Promise Fasttrak 66、Fasttrak 100、Fasttrak 133、20262、20265、20267、20270、Fasttrak TX2、Fasttrak TX4、Fasttrak TX2000,TX4000.Highpoint常见的阵列芯片有：highpoint 370、370a、372、372a。AMI / LSI Logic MegaRAID 这种芯片的产品我们用得很少，现在知道的有艾崴 WO2-R主板上集成了American Megatrends MG80649 控制器，其阵列卡的产品也没有使用过。

注意事项：

1) 用来创建磁盘阵列的硬盘一般需成对使用。

2) 强烈建议使用型号、容量、品牌均一致的四个硬盘来做阵列。

3) 阵列卡和一部分集成的阵列芯片支持双阵列，当您使用四个硬盘来做阵列时，建议设置为双阵列。但如果主板集成的是Promise类芯片，几乎都不支持创建双阵列。(4)、没有安装对应的阵列驱动程序或驱动程序不对，而又设置为由阵列启动时，NT服务器启动时将会蓝屏。任何创建阵列或者重建阵列的操作都将清除硬盘或者阵列上的所有现有数据!

阵列卡的作用，简单的一句话就是加快网吧的速度，本为一个IDE的硬盘在带30以上就会造成瓶颈，速度就会慢下来，想提高速度一定得做阵列，这样不但速度快，以后加机器也不会有太大的影响。

做阵列注意的是：

阵列的一个误区就是大家还是把磁盘分开来看，作为阵列，你只能把做阵列的硬盘当成一个大的硬盘！在拷盘前我们用SFDISK（或者用其它分区软件，不用FDISK.EXE，因为FDISK.EXE只认80G，而一般做阵列后，硬盘都大于80G）对其进行分区，然后用GHOST将盘刻到阵列硬盘上面！

只要硬盘的位置与数据线不脱离，阵列卡如果换同名的阵列卡，其内容是不会改变的，因为阵列卡中相关参数设置保存在了硬盘当中