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1、磁盘阵列讲解磁盘阵列讲解本讲稿第一页，共十七页1.磁盘阵列简介2.硬盘接口类型3.磁盘阵列技术标准（协议）4.磁盘阵列安装本讲稿第二页，共十七页 1.1.磁盘阵列简介磁盘阵列简介RAIDRAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），它在阵方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），它在阵列控制器的控制和管理下，实现快速，并行或交叉存列控制器的控制和管理下，实现快速，并行或交叉存取，并有较强的容错能力。从而提供比单个硬盘更高取，并有较强的容错能力。从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术的存储性能和提供数
2、据备份技术。原理原理：原理是利用数组方式来作磁盘组，配合数据分散排列的：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。磁盘阵列中针对不同的应用使用的设计，提升数据的安全性。磁盘阵列中针对不同的应用使用的不同技术不同技术,称为称为RAID level。而每一而每一level代表一种技术代表一种技术,目目前业界公认的标准是前业界公认的标准是RAID 0RAID 7 。实现实现：RAID通常是由在硬盘阵列塔中的通常是由在硬盘阵列塔中的RAID控制器或电控制器或电脑中的脑中的RAID卡来实现的。卡来实现的。本讲稿第三页，共十七页优点：（1）通过把多个磁盘组织在一起作为一个逻辑
3、卷提供磁盘跨越功能。（不再受一个磁盘容量限制）（2）通过把数据分成多个数据块（Block）并行写入/读出多个磁盘以提高访问磁盘的速度。（3）通过镜像或校验操作提供容错能力。（容错阵列中如有容错阵列中如有单块硬盘出错，不会影响到整体的继续使用，高级单块硬盘出错，不会影响到整体的继续使用，高级RAID控制器还具有拯救功能控制器还具有拯救功能）总结起来就是 容量大、速度快、安全性高。本讲稿第四页，共十七页2.硬盘接口类型硬盘接口类型 目前，硬盘的接口类型主要有：IDE接口、SATA接口、SCSI接口、光纤通道。IDE接口硬盘多用于家用产品中，也部分应用于服务器，SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市
4、场，而光纤通道只在高端服务器上，价格昂贵。SATA主要应用于家用市场，有SATA、SATAII、SATAIII，是现在的主流。本讲稿第五页，共十七页 IDE接口（Integrated-Drive-Electronics）是现在普便使用的外部接口，采用16位数据并行传送方式，一个IDE接口只能接两个外部设备。优点是价格低、兼容性强、性价比高，缺点是数据传输速度慢、线缆长度过短、连接设备少 。数据线是40针或80针本讲稿第六页，共十七页 SATA(Serial ATA)接口：Serial ATA以连续串行的方式传送数据，可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输的带宽。Serial ATA
5、一次只会传送1位数据，这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。实际上，Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/sec，这比目前最块的并行ATA(即ATA/133)所能达到133MB/sec的最高数据传输率还高，而目前SATA II的数据传输率则已经高达300MB/sec。本讲稿第七页，共十七页SATA硬盘右图最左边的接口是跳线接口，可通过更改跳线方式可以设置硬盘的某些功能，如设置主盘或从盘、调整硬盘
6、的ID、终端电阻开关等。跳线的作用就像一个开关，用它来闭合(或打开)一个电路。本讲稿第八页，共十七页SCSI小型计算机系统接口(Small Computer System Interface)，是种较为特殊的接口总线，具备与多种类型的外设进行通信。SCSI采用ASPI（高级SCSI编程接口）的标准软件接口使驱动器和计算机内部安装的SCSI适配器进行通信。SCSI是个多任务接口，设有母线仲裁功能。挂在一个SCSI母线上的多个外设可以同时工作。在SCSI母线上可以连接主机适配器和八个SCSI外设控制器，外设可以包括磁盘、磁带、CD-ROM、可擦写光盘驱动器、打印机、扫描仪和通讯设备等。SCSI接口
7、可以同步或异步传输数据，同步传输速率可以达到10MB/s，异步传输速率可以达到1.5MB/s。SCSI必须要有专门的SCSI控制器，在SCSI控制器上有一个相当于CPU的芯片，它对SCSI设备进行控制，能处理大部分的工作，减少了中央处理器的负担（CPU占用率）本讲稿第九页，共十七页 SCSI接口目前关于SCSI卡有三个正式标准，SCSI1，SCSI2和SCSI3，以及一些中间版本，要使SCSI硬盘获得最佳性能就必须保证SCSI卡与SCSI硬盘版本一致。Wide SCSI 16位传输，Narrow SCSI 8位传输本讲稿第十页，共十七页 3.磁盘阵列技术标准（协议）磁盘阵列技术标准（协议）目前
8、，现在已基本得到公认的有下面八种系列：目前，现在已基本得到公认的有下面八种系列：1.RAID0(0级盘阵列级盘阵列)：RAID0又称数据分块，即把数据分布在多个盘上，没有容错措施。又称数据分块，即把数据分布在多个盘上，没有容错措施。其容量和数据传输率是单机容量的其容量和数据传输率是单机容量的N倍，倍，N为构成盘阵列的磁盘机为构成盘阵列的磁盘机的总数，的总数，I/O传输速率高，但平均无故障时间传输速率高，但平均无故障时间MTTF(MeanTimeToFailure)只有单台磁盘机的只有单台磁盘机的N分之一，因此零分之一，因此零级盘阵列的可靠性最差。级盘阵列的可靠性最差。2.RAID1(1级盘阵列
9、级盘阵列)RAID1又称镜像又称镜像(Mirror)盘，采用镜像容错来提高可靠性。即盘，采用镜像容错来提高可靠性。即每一个工作盘都有一个镜像盘，每次写数据时必须同时写入镜每一个工作盘都有一个镜像盘，每次写数据时必须同时写入镜像盘，读数据时只从工作盘读出。一旦工作盘发生故障立即转像盘，读数据时只从工作盘读出。一旦工作盘发生故障立即转入镜像盘，从镜像盘中读出数据，然后由系统再恢复工作盘正入镜像盘，从镜像盘中读出数据，然后由系统再恢复工作盘正确数据。因此这种方式数据可以重构，但工作盘和镜像盘必须确数据。因此这种方式数据可以重构，但工作盘和镜像盘必须保持一一对应关系。保持一一对应关系。本讲稿第十一页，
10、共十七页这种盘阵列可靠性很高，但其有效容量减小到总容量一半以下。因这种盘阵列可靠性很高，但其有效容量减小到总容量一半以下。因此此RAID1常用于对出错率要求极严的应用场合，如财政、金融等常用于对出错率要求极严的应用场合，如财政、金融等领域。领域。3.RAID2(2级盘阵列级盘阵列)RAID2又称位交叉，它采用汉明码作盘错检验，无需在每个扇区之又称位交叉，它采用汉明码作盘错检验，无需在每个扇区之后进行后进行CRC(CyclicReDundancycheck)检验。汉明码是一种检验。汉明码是一种(n,k)线性分组码，线性分组码，n为码字的长度，为码字的长度，k为数据的位数，为数据的位数，r为用于检
11、为用于检验的位数，故有：验的位数，故有：r=nk 因此按位交叉存取最有利于作汉明码检验。这种盘适于大数因此按位交叉存取最有利于作汉明码检验。这种盘适于大数据的读写。但冗余信息开销还是太大，阻止了这类盘的广泛据的读写。但冗余信息开销还是太大，阻止了这类盘的广泛应用。应用。4.RAID3(3级盘阵列级盘阵列)RAID3为单盘容错并行传输阵列盘。它的特点是将检验盘减为单盘容错并行传输阵列盘。它的特点是将检验盘减小为一个小为一个(RAID2校验盘为多个，校验盘为多个，DAID1检验盘为检验盘为1比比1)，数据以，数据以位或字节的方式存于各盘位或字节的方式存于各盘(分散记录在组内相同扇区号的各个磁盘机分
12、散记录在组内相同扇区号的各个磁盘机上上)。本讲稿第十二页，共十七页它的优点是整个阵列的带宽可以充分利用，使批量数据传输时间减它的优点是整个阵列的带宽可以充分利用，使批量数据传输时间减小；其缺点是每次读写要牵动整个组，每次只能完成一次小；其缺点是每次读写要牵动整个组，每次只能完成一次I/O。5.RAID4(4级盘阵列级盘阵列)RAID4是一种可独立地对组内各盘进行读写的阵列。其校验是一种可独立地对组内各盘进行读写的阵列。其校验盘也只有一个。盘也只有一个。RAID4和和RAID3的区别是：的区别是：RAID3是按位或按字节交叉存取，是按位或按字节交叉存取，而而RAID4是按块是按块(扇区扇区)存取
13、，可以单独地对某个盘进行操作，存取，可以单独地对某个盘进行操作，它无需象它无需象RAID3那样，那怕每一次小那样，那怕每一次小I/O操作也要涉及全组，操作也要涉及全组，只需涉及组中两台磁盘机只需涉及组中两台磁盘机(一台数据盘，一台检验盘一台数据盘，一台检验盘)即可。即可。从而提高了小量数据的从而提高了小量数据的I/O速率。速率。本讲稿第十三页，共十七页6.RAID5(5级盘阵列级盘阵列)RAID5是一种旋转奇偶校验独立存取的阵列。它和是一种旋转奇偶校验独立存取的阵列。它和RAID1、2、3、4各盘阵列的不同点，是它没有固定的校验盘，而是各盘阵列的不同点，是它没有固定的校验盘，而是按某种规则把其
14、冗余的奇偶校验信息均匀地分布在阵列所属按某种规则把其冗余的奇偶校验信息均匀地分布在阵列所属的所有磁盘上。于是在同一台磁盘机上既有数据信息也有校的所有磁盘上。于是在同一台磁盘机上既有数据信息也有校验信息。这一改变解决了争用校验盘的问题，因此验信息。这一改变解决了争用校验盘的问题，因此DAID5内内允许在同一组内并发进行多个写操作。所以允许在同一组内并发进行多个写操作。所以RAID5即适于大即适于大数据量的操作，也适于各种事务处理。它是一种快速，大容数据量的操作，也适于各种事务处理。它是一种快速，大容量和容错分布合理的磁盘阵列量和容错分布合理的磁盘阵列。7.RAID6(6级盘阵列级盘阵列)RAID
15、6是一种双维奇偶校验独立存取的磁盘阵列。它的冗余的是一种双维奇偶校验独立存取的磁盘阵列。它的冗余的检、纠错信息均匀分布在所有磁盘上，而数据仍以大小可变的检、纠错信息均匀分布在所有磁盘上，而数据仍以大小可变的块以交叉方式存于各盘。这类盘阵列可容许双盘出错。块以交叉方式存于各盘。这类盘阵列可容许双盘出错。本讲稿第十四页，共十七页8.RAID7(7级盘阵列级盘阵列)RAID7是在是在RAID6的基础上，采用了的基础上，采用了cache技术，它使得传输率和技术，它使得传输率和响应速度都有较大的提高。响应速度都有较大的提高。Cache是一种高速缓冲存储器，即数据是一种高速缓冲存储器，即数据在写入磁盘阵列
16、以前，先写入在写入磁盘阵列以前，先写入cache中。一般采用中。一般采用cache分块大小和分块大小和磁盘阵列中数据分块大小相同，即一块磁盘阵列中数据分块大小相同，即一块cache分块对应一块磁盘分分块对应一块磁盘分块。在写入时将数据分别写入两个独立的块。在写入时将数据分别写入两个独立的cache，这样即使其中有，这样即使其中有一个一个cache出故障，数据也不会丢失。写操作将直接在出故障，数据也不会丢失。写操作将直接在cache级响应，级响应，然后再转到磁盘阵列。数据从然后再转到磁盘阵列。数据从cache写到磁盘阵列时，同一磁道的写到磁盘阵列时，同一磁道的数据将在一次操作中完成，避免了不少块
17、数据多次写的问题，提高数据将在一次操作中完成，避免了不少块数据多次写的问题，提高了速度。在读出时，主机也是直接从了速度。在读出时，主机也是直接从cache中读出，而不是从阵列中读出，而不是从阵列盘上读取，减少与磁盘读操作次数，这样比较充分地利用了磁盘带盘上读取，减少与磁盘读操作次数，这样比较充分地利用了磁盘带宽。宽。本讲稿第十五页，共十七页 4.磁盘（硬件）阵列安装磁盘（硬件）阵列安装第一，保证各硬盘接口一样。第一，保证各硬盘接口一样。第二，根据实际需要和经费情况选择磁盘阵列卡（内置板卡）还第二，根据实际需要和经费情况选择磁盘阵列卡（内置板卡）还是磁盘阵列柜。磁盘阵列柜比较适合大型企业作为大中型网络的是磁盘阵列柜。磁盘阵列柜比较适合大型企业作为大中型网络的中央存储、备份设备使用，价格自然比较高昂，现在比较流行的中央存储、备份设备使用，价格自然比较高昂，现在比较流行的是是NAS网络存储技术适合小型企业和个人共作室使用。网络存储技术适合小型企业和个人共作室使用。第三，安装硬盘及操作系统。第三，安装硬盘及操作系统。本讲稿第十六页，共十七页END本讲稿第十七页，共十七页