[電腦知識]什麼是磁碟陣列? @ 小林HC 之研究中心 - 隨意窩
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磁碟陣列簡稱RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks),有”價格便宜且多餘的磁碟陣列”之意。
其原理是利用陣列方式來作磁碟組,配合資料分散排列的設計,提升資料的 ...
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200506141945[電腦知識]什麼是磁碟陣列??UncategorizedArticles
什麼是磁碟陣列?
磁碟陣列的由來:
磁碟陣列,時事所趨:
磁碟陣列有那些優點:
各階層磁碟陣列(RAID)介紹:
RAID0:Striping/Span(切分/延展)
RAID1:Mirroring(磁碟鏡射)
RAID0+1:Mirror+Striping(磁碟鏡射+切分/延展)
RAID3:ParallelwithParity(平行同位元檢查)
RAID5:StripingwithRotatingParity(切分/延展+輪轉同位元)
前言:
現在己經有很多主機板都內建了IDERAID晶片,除了提供ATA/133功能外,也提供了磁碟陣列功能,給使用者一個完整的
IDE周邊解決方案。
不過,應該還有很多人弄不清楚磁碟陣列是什麼,對磁碟陣列的使用及工作原理也有很多疑問。
在這裏我
們就來介紹一下磁碟陣列(RAID)的概念與工作原理,相信對各位會有所幫助。
什麼是磁碟陣列?
磁碟陣列簡稱RAID(RedundantArraysofInexpensiveDisks),有”價格便宜且多餘的磁碟陣列”之意。
其原理是利用陣列方式來
作磁碟組,配合資料分散排列的設計,提升資料的安全性。
磁碟陣列主要針對硬碟,在容量及速度上,無法跟上CPU及記憶體
的發展,提出改善方法。
磁碟陣列是由很多便宜、容量較小、穩定性較高、速度較慢磁碟,組合成一個大型的磁碟組,利用個
別磁碟提供資料所產生的加成效果來提升整個磁碟系統的效能。
同時,在儲存資料時,利用這項技術,將資料切割成許多區
段,分別存放在各個硬碟上。
磁碟陣列還能利用同位元檢查(ParityCheck)的觀念,在陣列中任一顆硬碟故障時,仍可讀出資料,在資料重建時,將故障硬
碟內的資料,經計算後重新置入新硬碟中。
磁碟陣列的由來:
由美國柏克萊大學(UniversityofCalifornia-Berkeley)在1987年,發表的文章:”ACaseforRedundantArraysofInexpensive
Disks”。
文章中,談到了RAID這個字彙,而且定義了RAID的5層級。
柏克萊大學研究其研究目的為,反應當時CPU快速的性
能。
CPU效能每年大約成長30~50%,而硬磁機只能成長約7%。
研究小組希望能找出一種新的技術,在短期內,立即提升效能
來平衡電腦的運算能力。
在當時,柏克萊研究小組的主要研究目的是效能與成本。
另外,研究小組也設計出容錯(fault-tolerance),邏輯資料備份(logicaldataredundancy),而產生了RAID理論。
研究初期,便宜
(Inexpensive)的磁碟也是主要的重點,但後來發現,大量便宜磁碟組合並不能適用於現實的生產環境,後來Inexpensive被改為
independence,許多獨立的磁碟組。
磁碟陣列,時事所趨:
自有PC以來,硬碟是最常使用的儲存裝置。
但在整個電腦系統架構中,跟CPU與RAM來比,硬碟的速度是PC中最弱的設備
之一。
所以,為了加速電腦整體的資料流量,增加儲存的吞吐量,進階改進硬碟資料的安全,磁碟陣列的設計因應而生。
硬碟隨著科技的日新月異,現在其容量已達40GB以上,轉速到了1萬轉,甚至15000轉,而且價格實在是很便宜,再加現在
企業流行,人力資源規畫(EnterpriseResourcePlanning:ERP)是每個公司建構網路的主要目標。
所以,利用區域網路來傳遞資
料,伺服器所使用的硬碟顯得非常重要,除了容量大、速度快之外,穩定更是基本要求。
基於此因,磁碟陣列開始廣泛的應用
在個人電腦上。
磁碟陣列其樣式有三種,一是外接式磁碟陣列櫃、二是內接式磁碟陣列卡,三是利用軟體來模擬。
外接式磁碟陣列櫃最常被
使用大型伺服器上,具可熱抽換(HotSwap)的特性,不過這類產品的價格都很貴。
內接式磁碟陣列卡,因為價格便宜,但需要
較高的安裝技術,適合技術人員使用操作。
另外利用軟體模擬的方式,由於會拖累機器的速度,不適合大資料流量的伺服器。
由上述可知,現在IDE磁碟陣列大行其道的道理;IDE介面硬碟的穩定度與效能表現已有很大的提升,加上成本考量,所以採
用IDE介面硬碟來作為磁碟陣列的決解方案,可說是最佳的方式。
磁碟陣列有那些優點:
1.傳輸速率快
2.儲存容量可提升
3.提升I/O每秒的數量
4.增加資料安全性及穩定性
5.大量資料快速及簡易管理
6.增加可用運時間,減少維護
各階層磁碟陣列(RAID)介紹:
磁碟陣列是由2個以上的硬碟,模擬一個邏輯硬碟出現在系統中;使用磁碟陣列控制器以達成其存在,利用不同陣列形式,模
擬各種層級。
現在我們先來了解磁碟陣列(RAID)到底有幾種模式,一般最常提到及應用的RAID層級分為0、1、0+1、3
及5。
另外還有一些極少用到的RAID4及RAID6在此我們就不提它了。
以下就是各個階層的介紹及圖解:
RAID0:Striping/Span(切分/延展)
RAID1:Mirroring(磁碟鏡射)
RAID0+1:Mirror+Striping(磁碟鏡射+切分/延展)
RAID3:ParallelwithParity(平行同位元檢查)
RAID5:StripingwithRotatingParity(切分/延展+輪轉同位元)
RAID0:Striping/Span(切分/延展)
RAID0,它是將資料儲存在2個以上的硬碟機,其將全部磁碟機的儲存容量合併,藉由將資料切分到全部的磁碟機上,進行平
行讀寫,而達到提高效能增加容量。
但是缺點是完全沒有容錯能力,只要有一個磁碟故障,就會導致陣列磁碟的所有資料,毀
於一旦無法挽回。
RAID1:Mirroring(磁碟鏡射)
RAID1,必須由2個以上的硬碟所組成,由磁碟陣列(RAID)來控制,將資料同時寫入第1個與第2個硬碟,其2組硬碟上的資料完
全相同,也就是其中一個硬碟是用來作備份用途;當其中有一個硬碟故障時,系統照常運作正常。
RAID1是所有RAID階層
上,經濟效益最好,效能很高,極佳的資料安全性。
是所有階層中使用最多最廣最符合當初RAID設計概念的一種。
唯一小缺
點是,其陣列磁碟容量是全部硬碟容量的一半。
RAID0+1:Mirror+Striping(磁碟鏡射+切分/延展)
RAID0+1,是結合了RAID0與1兩種模式,這個階層須具備4個或以上的雙數硬碟所組成。
這個模式是由2個硬碟遵守RAID0規
範,設定成一組,再由每組間遵循RAID1的規範,使RAID0+1擁有容錯力及整體讀寫速度與資料安全性。
不過,缺點是成本很高。
RAID3:ParallelwithParity(平行同位元檢查)
RAID3,最少須3個硬碟或以上,這個階層的磁碟陣列具備了同位元高階智慧型演算法,利用一個硬碟來儲存其運算出來的同
位元值的資料。
當陣列磁碟中有一個硬碟發生故障時(當然不能是同位元碟),只要換上新硬碟後,磁碟陣列控制器就能利用同
位元碟的資料,重新演算得到其舊有資料並回寫建立。
因為其同位元檢查資料是將資料切割成數個區段,利用XOR演算法計算
出同位元資料;而其區段以Bytes計算時,稱為RAID3,如果是以Block計算時,就稱為RAID4。
所以RAID3在整體讀寫效能會
較慢較差,但在成本上會比RAID0+1還省一點,其陣列磁碟整體容量計算公式為N-1。
RAID5:StripingwithRotatingParity(切分/延展+輪轉同位元)
RAID5,最少須3個硬碟,其工作原理與RAID3相似,主要差別是其同位元資料沒有固定在同個硬碟,是以輪流方式儲存在每
個硬碟上,故稱輪轉同位元。
當磁碟陣列控制器利用XOR演算出同位元檢查資料後,會隨著資料分別寫入各台硬碟上,因此整
體讀寫效能比RAID3要好一些,當然比RAID0要差。
不過在大型資料處理時,需同時讀寫多個硬碟,而同位元檢查是由磁碟陣
列控制器的XOR邏輯所控制的,所以資料處理越大越多時,一定會有所遺失,但這個階層的RAID還是可以提供很高的容錯能
力。
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