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RAID的相關知識

RAID的來源:

直到2005到2006年間,光纖通道(FC)儲存網路設備仍將持續不斷增長,並且不會受到在2004年之前出現的某些技術(例如,作為儲存內部連接的iSCSI和InfiniBand)的負面影響。隨著iSCSI產品日趨成熟,他們將在某些特定用途上協助FC(例如,低費用的直接附加儲存”DAS”,以及遠端資料複製)。而InfiniBand則將被應用於基於Intel伺服器CPU的通道以及TCP/IP(LAN)和FC(SAN)網路之間的介面。

目前市場中關於NAS和SAN的現在以及將來的性能、差異和局限性等方向的討論都顯得相當混亂。我們相信作業體系結構之間的矛盾,使得這種局面還會持續,並且大概在2005到2006年,一個實體的組合儲存體系結構將會出現。到2005年,大約80%的網路儲存量(那些多伺服器/用戶端配屬的儲存量)將通過SAN/通道協定(SCSI-3命令)進行傳輸,其他20%的儲存量將通過文件協定(NSF, CIFS, HTTP)進行傳輸。

從某個技術的角度來看,資訊請求既可以通過SAN也可以通過NAS來滿足,而且這兩種體系結構中的“1s和0s”最終都將通過SCSI命令寫在物理磁片上(不考慮設備互連--ATA, Ultra SCSI、連續儲存體系結構[SSA]或光纖通道[FC]),區別在於NAS需求轉換?SAN需求的地方不同。

儘管我們將SAN看做一個應用程式網路中下載的資料儲存,和備份/恢復流量的規則集,但是SAN磁片儲存是指獨立磁片的磁碟陣列(RAID)子系統的性能,它通過SCSI命令(不考慮傳輸過程)而不是通過TCP/IP(文件系統),以及Ethernet來和伺服器/用戶端進行通信。

國際儲存設備商EMC是第一個將NAS和SAN這兩個概念結合起來的廠商。其他公司也陸續接受了這個新概念,而且我們相信在2003到2004年中,會出現更多類似的產品。然而,ITO還必須理解供應商在鼓吹諸如NAS這樣的工具性能時的更深層含義,因為它們改變了儲存管理操作。

儘管某些事情變得簡單化了(例如文件共用、管理、安裝),但其他事情卻變得更複雜(例如備份/恢復、病毒掃描、規模性和適應力),加上需考慮專用的或組合的體系結構,可能必須在某個地方進行轉換;仔細比較各方優缺點的舉動,對能否成功實施是很關鍵的。

RAID 的好處:

1. 在不同應用環境下,可提昇系統 I/O之存取效能。

2. 增加資料保存的安全性。

3. 可以增加每個系統可連結硬碟機數量與容量 ─ IDE RAID CARD 可以連接8 顆硬碟,當設定為RAID 0時系統看成是一顆大容量的虛擬硬碟機。

4. 經由磁碟陣列卡RAID level的設定控制,可以得到不同運用需求的彈性選擇。

RAID的特徵:

由於現今RAID的技術愈來愈成熟,產品在市場上也愈來愈多,一些基本的功能就變成是
一種標準,不會因為廠牌不同而有所不同。這些特徵包括:

1. 提供相互備援、可熱抽換的冷卻風扇 (Hot Swappable Fan)。

2. 提供相互備援、可熱抽換的電源供應器 (Hot Swappable Power)。

3. 與主機、作業系統獨立 (Host Independent)。

4. 支援熱抽換與熱備援用硬碟機並且線上自動資料重建 (Automatic Rebuilding)。

RAID的基本觀念:

****RAID (Redundant Array of Independent Disks) 把許多顆硬碟機放在一起,由一個智慧型的控制器來統一操控,使電腦的主系統把全部硬碟看成是一顆虛擬的硬碟機,其主要功能是增加資料的儲存總容量 (Storage) ,安全性 (Safety) 與硬碟機的執行效率 (Performance),並且藉由RAID的劃分方式將資料分散儲存在多顆硬碟機內,來提供與改良在不同應用環境下的資料存取彈性、效能與安全性。

****資料的安全性 ─ 當系統的硬碟機數目增加時,發生硬碟機損壞的可能性也隨之增加,因此一個磁碟陣列系統,應該不能受單一硬碟損壞的影響,而造成資料的流失或系統的損毀。磁碟機鏡像 (Disk Mirroring-把一顆硬碟機資料拷貝到另外一顆) 是最早出現也是最簡單的方法,但是需要多一倍的硬碟容量,因此造成使用者投資成本的增加,於是磁碟陣列就出現了使用各種不同的編碼方式(Encoding Schemes)來增加硬碟的使用率及資料的安全性。

****硬碟的執行效率─ 使用者存取資料時,因資料分散在多顆硬碟中同時讀取,平行操作來增加存取效能,也就是說當有一筆資料進出時,多顆硬碟能同時作用,來增加硬碟的執行速度。

RAID的簡介

RAID level 0
這是被定義為非容錯的硬碟群組. 而組構的多顆硬碟機, 被依一定的切割區段, 連貫成一顆大容量的陣列硬碟.容量大小等於全部硬碟機總和,它沒有同位檢核的位元, 所以無法救回因其中任一硬碟故障而毀損的整個資料.這是最有效率的一種陣列類別, 因為資料可以多個區段方式, 在同一時間, 將之分別存放在該群所有陣列硬碟裡.
在讀取資料時, 亦可在同一時間, 由該群所有陣列硬碟送出資料至陣列控制器. 換言之, 此種陣列類型的效率, 是與該群內陣列硬碟數成正比. 所以在讀寫強而集中的應用領域 (如: 非線性剪輯、mpeg影音播放系統、美工製作、mpeg壓縮製作、3D動畫), 可藉 RAID level 0 得到較佳的輸出效率及品質.是RAID等級中效能最高的等級。
讀取資料 容易處理許多個同時讀取。
寫入資料 容易處理多個同時寫入。
備份功能 無 。
費 用 非常合理(空間完全利用)。

RAID level 1
就是 "磁碟鏡像" Disk Mirroring. 它可將兩顆硬碟機為一組, 在有資料欲寫入時,在同一時間將之存放在系統的兩顆硬碟利用"鏡像對映" Mirrored Pair 直接同時寫入兩硬碟機,其內部資料是完全一樣的.
而在讀取資料時,則可自兩顆硬碟機同時讀出,即使是來自不同的用戶端所提出之不同讀取要求.這一型式的磁碟陣列,不但不會降低寫入的速度,更能提高讀取的效率.事實上,它是容錯型式的磁碟陣列中,效率最高的.不過其硬碟機的容量利用率,則只有實際容量的一半. 所以,RAID level 1 常應用於高安全要求的多人使用環境, 例如: 作業系統磁碟 OS Disk。

讀取資料 較快,因為其中的任何一個硬碟都有資料。
寫入資料 較慢,因為需要寫入多顆硬碟。
備份功能 安全性最高 。
費 用 較高,由於硬碟機使用率只有 50%。

RAID level 0+1 (10)
這是一種 Dual Level RAID, 也有人稱之為RAID level 10. 這可不是 "十", 它是 " 零加一", 亦即是兩組依一定的切割區段, 連貫成不同的兩顆大容量的陣列硬碟, 互相為 "鏡像". 在每次寫入資料, 磁碟陣列控制器會將資料同時寫入該兩組 "大容量陣列硬碟組"內.同 RAID level 1 一樣, 雖然其硬碟使用率亦只有 50%, 但它卻是最具高效率的規劃方式.
 

RAID level 3
這種規劃方式, 常用在繪圖, 影像處理, … 等, 對資料進行大量讀或寫的應用領域. 它由陣列控制器內建的 XOR 邏輯, 根據切割之區段大小, 計算出同位檢核位元或位元組. 這項功能, 提供了資料容錯效果. 而這個區段的大小, 是以bit 或 byte 為單位.

每項資料中的同位檢核資料, 統一存放在一特定的同位碟 (Parity Disk)上. 而資料則是分別散存在各資料碟 Data Disk內. 單從少部份的資料碟, 是無法取得完整原資料的.
讀取資料 正常速度(也就是說,與一顆的速度一樣)。
寫入資料 較慢,由於Parity編碼的運算包含從其他硬碟機內讀取與寫入Parity

編碼所需要的時間。
備份功能 很好。
費 用 合理,硬碟機使用率為 n-1 顆

RAID level 4
跟上述的 level 3 大部份相同. 不過其支援的區段大小相當多樣, 是以 block 為單位計算的. 它可以是單一 block 為區段, 也有以多個 block 為區段大小. 所以有些資料是可以從某資料碟中取得, 這促成一個較 RAID level 3 優勢的功能是: 允許 "重疊讀取" Overlapped Read Operation.

但是在作寫入時, 因為需同時更新 "同位碟" 的資訊, 所以不具有 "重疊寫入" 的能力 . 換言之, 在同時間中多筆資料要求寫入時, 因為每筆資料之同位資訊需寫在同一顆"同位碟" 中, 所以並不會有任何速度的優勢.

所以在一般使用多人資料庫 (如: 醫院掛號系統, 多櫃檯大型賣場, ...),RAID level 4 是較不適合的規劃.

RAID level 5
通常亦稱為 "輪轉同位型陣列" Rotating Parity Array. 它和 RAID level 4 一樣的,在每次的寫入前, 由陣列控制器內建的 XOR 邏輯, 根據切割之區段大小 (單一或多個block 為單位), 計算出同位檢核資訊. 每項資料中 (以 Stripe 為單位) 的同位檢核資料, 隨著資料分別散存在各陣列硬碟內, 沒有特定同位碟. 相較於上述 RAID level 4, 這個型式可允許多個寫入, 因為這多個寫入動作時, 同位資訊是置在不同的陣列硬碟中.

但是在讀取資料時, 每項資料可能是直接來自各具該項資料的硬碟中, 但也可能是會讀入同位資訊, 而必需經由 XOR 的計算. 在連續大型檔案要求輸出時, 它顯然稍有不利。

讀取資料 正常速度。
寫入資料 較慢,由於Parity的計算(包含讀與寫)。
備份功能 很好。
費 用 合理,硬碟機使用率為 n-1 顆 (同 RAID 3)
* 以下就幾項基本的名詞作一分項解釋
陣列種類 RAID level 0 RAID level 1 RAID level 3 RAID level 4 RAID level 5 RAID level 0+1(10)
英文簡述 Stripe / Span Mirror Parallel with Parity Parallel with Parity Striped with Rotating Parity Mirror + Stripe
硬碟容錯嗎 ? No Yes Yes Yes Yes Yes
N 顆硬碟
可用容量
N
N/2 N-1
N-1 N-1 N/2

 

 

 

   
 
 
DATE:2003/07/25

 

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