磁盘阵列(Disk Array)原理名词讲述

wedeli

RAID 5
RAID5避免了RAID 4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,
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parity block是由A0,A1...,B1,B2计算出来,第二个parity block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parity block在磁盘2,同时写入数据到磁盘4而其parity block在磁盘1,这对联机交易处理 (OLTP,On-Line Transaction Processing)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RAID 5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RMW cycle(Read-Modify-Write cycle,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)
RAID 5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,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。
2.磁盘阵列的额外容错功能：Spare or Standby driver
事实上容错功能已成为磁盘阵列最受青睐的特性,为了加强容错的功能以及使系统在磁盘故障的情况下能迅速的重建数据,以维持系统的性能,一般的磁盘阵列系统都可使用热备份(hot spare or hot standby driver)的功能,所谓热备份是在建立(configure) 磁盘阵列系统的时候,将其中一磁盘指定为后备磁盘,此一磁盘在平常并不操作,但若阵列中某一磁盘发生故障时,磁盘阵列即以后备磁盘取代故障磁盘,并自动将故障磁盘的数据重建(rebuild)在后备磁盘之上,因为反应快速,加上快取内存减少了磁盘的存取, 所以数据重建很快即可完成,对系统的性能影响很小。对于要求不停机的大型数据处理中心或控制中心而言,热备份更是一项重要的功能,因为可避免晚间或无人值守时发生磁盘故障所引起的种种不便。
另一个额外的容错功能是坏扇区转移(bad sector reassignment)。坏扇区是磁盘故障的主要原因,通常磁盘在读写时发生坏扇区的情况即表示此磁盘故障,不能再作读写,甚至有很多系统会因为不能完成读写的动作而死机,但若因为某一扇区的损坏而使工作不能完成或要更换磁盘,则使得系统性能大打折扣,而系统的维护成本也未免太高了。坏扇区转移是当磁盘阵列系统发现磁盘有坏扇区时,以另一空白且无故障的扇区取代该扇区, 以延长磁盘的使用寿命,减少坏磁盘的发生率以及系统的维护成本。所以坏扇区转移功能使磁盘阵列具有更好的容错性,同时使整个系统有最好的成本效益比。其他如可外接电池备援磁盘阵列的快取内存,以避免突然断电时数据尚未写回磁盘而损失;或在RAID 1时作写入一致性的检查等,虽是小技术,但亦不可忽视。

3.硬件磁盘阵列还是软件磁盘阵列
市面上有所谓硬件磁盘阵列与软件磁盘阵列之分,因为软件磁盘阵列是使用一块SCSI卡与磁盘连接,一般用户误以为是硬件磁盘阵列。以上所述主要是针对硬件磁盘阵列,其与软件磁盘阵列有几个最大的区别:
l 一个完整的磁盘阵列硬件与系统相接。
l 内置CPU,与主机并行运作,所有的I/O都在磁盘阵列中完成,减轻主机的工作负载, 增加系统整体性能。
l 有卓越的总线主控(bus mastering)及DMA(Direct Memory Access)能力,加速数据的存取及传输性能。
l 与快取内存结合在一起,不但增加数据的存取及传输性能,更因减少对磁盘的存取而增加磁盘的寿命。
l 能充份利用硬件的特性,反应快速。
软件磁盘阵列是一个程序,在主机执行,透过一块SCSI卡与磁盘相接形成阵列,它最大的优点是便宜,因为没有硬件成本(包括研发、生产、维护等),而SCSI卡很便宜(亦有的软件磁盘阵列使用指定的很贵的SCSI卡);它最大的缺点是使主机多了很多进程(process),增加了主机的负担,尤其是输出入需求量大的系统。目前市面上的磁盘阵列
系统大部份是硬件磁盘阵列,软件磁盘阵列较少。

4.磁盘阵列卡还是磁盘阵列控制器
磁盘阵列控制卡一般用于小系统，供单机使用。与主机共用电源，在关闭主机电源时存在丢失Cache中的数据的的危险。磁盘阵列控制卡只有常用总线方式的接口，其驱动程序与主机、主机所用的操作系统都有关系，有软、硬件兼容性问题并潜在地增加了系统的不安定因素。在更换磁盘阵列卡时要冒磁盘损坏，资料失落，随时停机的风险。
独立式磁盘阵列控制一般用于较大型系统,可分为两种：
单通道磁盘阵列和多通道式磁盘阵列，单通道磁盘阵列只能接一台主机，有很大的扩充限制。多通道磁盘阵列可接多个系统同时使用,以群集(cluster)的方式共用磁盘阵列,这使内接式阵列控制及单接式磁盘阵列无用武之地。目前多数独立形式的磁盘阵列子系统，其本身与主机系统的硬件及操作环境?
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首先，IDE的性能不会比SCSI更高的。特别是在多任务的情况下。一般广告给出的是
最大传送速度，并不是工作速度。同一时期的IDE与SCSI盘相比，主要是产量比较大，
电路比较简单，所以价格比SCSI低很多，但要比性能，则差远了。
RAID并没有限制使用多少个盘，应时盘越多越好。
对于SCSI结构的RAID来说，盘的最大数量与SCSI通道（SCSI总线）的数量有关一般是每个通道最多装15个盘（SCSI/3）对于FC-AL（光纤)则是每个通道200个盘当然，要有这样大的磁盘箱才行!