陣列磁碟Raid教學~原理 - Amin's Note - 痞客邦

陣列磁碟Raid教學~原理 ... 終於，隨著大容量硬碟的價格不斷降低，個人電腦的性能不斷提升，IDE-RAID作?磁片性能改善的最廉價解決方案，開始走入一般用戶的電腦系統。

關閉廣告 Amin'sNote 跳到主文 阿民的生活筆記 部落格全站分類：數位生活 相簿 部落格 留言 名片 Feb01Thu200723:16 陣列磁碟Raid教學~原理 在電腦發展的初期，“大容量”硬碟的價格還相當高，解決資料存儲安全性問題的主要方法是使用磁帶機等設備進行備份，這種方法雖然可以保證資料的安全，但查閱和備份工作都相當繁瑣。

1987年，Patterson、Gibson和Katz這三位工程師在加州大學伯克利分校發表了題?《ACaseofRedundantArrayofInexpensiveDisks（廉價磁片冗餘陣列方案）》的論文，其基本思想就是將多隻容量較小的、相對廉價的硬碟驅動器進行有機組合，使其性能超過一隻昂貴的大硬碟。

這一設計思想很快被接受，從此RAID技術得到了廣泛應用，資料存儲進入了更快速、更安全、更廉價的新時代。

　　磁碟陣列對於個人電腦用戶，還是比較陌生和神秘的。

印象中的磁碟陣列似乎還停留在這樣的場景中：在寬闊的大廳裏，林立的磁片櫃，數名表情陰鬱、早早謝頂的工程師徘徊在其中，不斷從中抽出一塊塊沈重的硬碟，再插入一塊塊似乎更加沈重的硬碟……終於，隨著大容量硬碟的價格不斷降低，個人電腦的性能不斷提升，IDE-RAID作?磁片性能改善的最廉價解決方案，開始走入一般用戶的電腦系統。

本期的重頭戲便是“一步一步教你用RAID”。

一、RAID技術規範簡介　　RAID技術主要包含RAID0～RAID7等數個規範，它們的側重點各不相同，常見的規範有如下幾種：　　RAID0：RAID0連續以位元或位元組?單位分割資料，並行讀/寫於多個磁片上，因此具有很高的資料傳輸率，但它沒有資料冗餘，因此並不能算是真正的RAID結構。

RAID0只是單純地提高性能，並沒有?資料的可靠性提供保證，而且其中的一個磁片失效將影響到所有資料。

因此，RAID0不能應用於資料安全性要求高的場合。

　　RAID1：它是通過磁片資料鏡像實現資料冗余，在成對的獨立磁片上?生互?備份的資料。

當原始資料繁忙時，可直接從鏡像拷貝中讀取資料，因此RAID1可以提高讀取性能。

RAID1是磁碟陣列中單位成本最高的，但提供了很高的資料安全性和可用性。

當一個磁片失效時，系統可以自動切換到鏡像磁片上讀寫，而不需要重組失效的資料。

　　RAID0+1:也被稱?RAID10標準，實際是將RAID0和RAID1標準結合的?物，在連續地以位元或位元組?單位分割資料並且並行讀/寫多個磁片的同時，?每一塊磁片作磁片鏡像進行冗餘。

它的優點是同時擁有RAID0的超凡速度和RAID1的資料高可靠性，但是CPU佔用率同樣也更高，而且磁片的利用率比較低。

　　RAID2：將資料條塊化地分佈於不同的硬碟上，條塊單位?位元或位元組，並使用稱?“加重平均改錯碼（海明碼）”的編碼技術來提供錯誤檢查及恢復。

這種編碼技術需要多個磁片存放檢查及恢復資訊，使得RAID2技術實施更複雜，因此在商業環境中很少使用。

　　RAID3：它同RAID2非常類似，都是將資料條塊化分佈於不同的硬碟上，區別在於RAID3使用簡單的奇偶校驗，並用單塊磁片存放奇偶校驗資訊。

如果一塊磁片失效，奇偶盤及其它資料盤可以重新?生資料；如果奇偶盤失效則不影響資料使用。

RAID3對於大量的連續資料可提供很好的傳輸率，但對於亂數據來說，奇偶盤會成?寫操作的瓶頸。

　　RAID4：RAID4同樣也將資料條塊化並分佈於不同的磁片上，但條塊單位?塊或記錄。

RAID4使用一塊磁片作?奇偶校驗盤，每次寫操作都需要訪問奇偶盤，這時奇偶校驗盤會成?寫操作的瓶頸，因此RAID4在商業環境中也很少使用。

　　RAID5：RAID5不單獨指定的奇偶盤，而是在所有磁片上交叉地存取資料及奇偶校驗資訊。

在RAID5上，讀/寫指標可同時對陣列設備進行操作，提供了更高的資料流程量。

RAID5更適合於小資料塊和隨機讀寫的資料。

RAID3與RAID5相比，最主要的區別在於RAID3每進行一次資料傳輸就需涉及到所有的陣列盤；而對於RAID5來說，大部分資料傳輸只對一塊磁片操作，並可進行平行作業。

在RAID5中有“寫損失”，即每一次寫操作將?生四個實際的讀/寫操作，其中兩次讀舊的資料及奇偶資訊，兩次寫新的資料及奇偶資訊。

　　RAID6：與RAID5相比，RAID6增加了第二個獨立的奇偶校驗資訊塊。

兩個獨立的奇偶系統使用不同的演算法，資料的可靠性非常高，即使兩塊磁片同時失效也不會影響資料的使用。

但RAID6需要分配給奇偶校驗資訊更大的磁碟空間，相對於RAID5有更大的“寫損失”，因此“寫性能”非常差。

較差的性能和複雜的實施方式使得RAID6很少得到實際應用。

　　RAID7：這是一種新的RAID標準，其自身帶有智慧化即時操作系統和用於存儲管理的軟體工具，可完全獨立於主機運行，不佔用主機CPU資源。

RAID7可以看作是一種存儲電腦（StorageComputer），它與其他RAID標準有明顯區別。

　　除了以上的各種標準（如表1），我們可以如RAID0+1那樣結合多種RAID規範來構築所需的RAID陣列，例如RAID5+3（RAID53）就是一種應用較?廣泛的陣列形式。

用戶一般可以通過靈活配置磁碟陣列來獲得更加符合其要求的磁片存儲系統。

　　開始時RAID方案主要針對SCSI硬碟系統，系統成本比較昂貴。

1993年，HighPoint公司推出了第一款IDE-RAID控制晶片，能夠利用相對廉價的IDE硬碟來組建RAID系統，從而大大降低了RAID的“門檻”。

從此，個人用戶也開始關注這項技術，因?硬碟是現代個人電腦中發展最?“緩慢”和最缺少安全性的設備，而用戶存儲在其中的資料卻常常遠超電腦的本身價格。

在花費相對較少的情況下，RAID技術可以使個人用戶也享受到成倍的磁片速度提升和更高的資料安全性，現在個人電腦市場上的IDE-RAID控制晶片主要出自HighPoint和Promise公司，此外還有一部分來自AMI公司（如表2）。

面向個人用戶的IDE-RAID晶片一般只提供了RAID0、RAID1和RAID0+1（RAID10）等RAID規範的支援，雖然它們在技術上無法與商用系統相提並論，但是對普通用戶來說其提供的速度提升和安全保證已經足夠了。

隨著硬碟介面傳輸率的不斷提高，IDE-RAID晶片也不斷地更新換代，晶片市場上的主流晶片已經全部支援ATA100標準，而HighPoint公司新推出的HPT372晶片和Promise最新的PDC20276晶片，甚至已經可以支援ATA133標準的IDE硬碟。

　　在主板廠商競爭加劇、個人電腦用戶要求逐漸提高的今天，在主板上板載RAID晶片的廠商已經不在少數，用戶完全可以不用購置RAID卡，直接組建自己的磁碟陣列，感受磁片狂飆的速度。

二、通過硬體控制晶片實現IDERAID的方法　　在RAID家族裏，RAID0和RAID1在個人電腦上應用最廣泛，畢竟願意使用4塊甚至更多的硬碟來構築RAID0+1或其他硬碟陣列的個人用戶少之又少，因此我們在這裏僅就這兩種RAID方式進行講解。

我們選擇支援IDE-RAID功能的升技KT7A-RAID主板，一步一步向大家介紹IDE-RAID的安裝。

升技KT7A-RAID集成的是HighPoint370晶片，支援RAID0、1、0+1。

　　做RAID自然少不了硬碟，RAID0和RAID1對磁片的要求不一樣，RAID1（Mirror）磁片鏡像一般要求兩塊（或多塊）硬碟容量一致，而RAID0（Striping）磁片一般沒有這個要求，當然，選用容量相似性能相近甚至完全一樣的硬碟比較理想。

?了方便測試，我們選用兩塊60GB的希捷酷魚Ⅳ硬碟（BarracudaATAⅣ、編號ST360021A）。

系統選用Duron750MHz的CPU，2×128MB樵風金條SDRAM，耕升GeForce2Pro顯卡，應該說是比較普通的配置，我們也希望借此瞭解構建RAID所需的系統要求。

1.RAID0的創建第一步　　首先要備份好硬碟中的資料。

很多用戶都沒有重視備份這一工作，特別是一些比較粗心的個人用戶。

創建RAID對資料而言是一項比較危險的操作，稍不留神就有可能毀掉整塊硬碟的資料，我們首先介紹的RAID0更是這種情況，在創建RAID0時，所有陣列中磁片上的資料都將被抹去，包括硬碟分區表在內。

因此要先準備好一張帶Fdisk與format命令的Windows98?動盤，這也是這一步要注意的重要事項。

第二步　　將兩塊硬碟的跳線設置?Master，分別接上升技KT7A-RAID的IDE3、IDE4口（它們由主板上的HighPoint370晶片控制）。

由於RAID0會重建兩塊硬碟的分區表，我們就無需考慮硬碟連接的順序（下文中我們會看到在創建RAID1時這個順序很重要）。

第三步　　對BIOS進行設置，打開ATARAIDCONTROLLER。

我們在升技KT7A-RAID主板的BIOS中進入INTEGRATEDPERIPHERALS選項並開?ATA100RAIDIDECONTROLLER。

升技建議將開機順序全部改?ATA100RAID，實際我們發現這在系統安裝過程中並不可行，難道沒有分區的硬碟可以?動嗎？因此我們仍然設置軟盤機作?首選項。

第四步　　接下來的設置步驟是創建RAID0的核心內容，我們以圖解方式向大家詳細介紹：　　　1.系統BIOS設置完成以後重?電腦，開機檢測時將不會再報告發現硬碟。

　　　2.磁片的管理將由HighPoint370晶片接管。

　　　3.下面是非常關鍵的HighPoint370BIOS設置，在HighPoint370磁片掃描介面同時按下“Ctrl”和“H”。

　　　4.進入HighPoint370BIOS設置介面後第一個要做的工作就是選擇“CreateRAID”創建RAID。

　　　5.在“ArrayMode（陣列模式）”中進行RAID模式選擇，這裏能夠看到RAID0、RAID1、RAID0+1和Span的選項，在此我們選擇了RAID0項。

　　　6.RAID模式選擇完成會自動退出到上一級功能表進行“DiskDrives（磁碟機）”選擇，一般來說直接回車就行了。

　　　7.下一項設置是條帶單位大小，缺省值?64kB，沒有特殊要求可以不予理睬。

　　　8.接著是“StartCreate（開始創建）”的選項，在你按下“Y”之前，請認真想想是否還有重要的資料留在硬碟上，這是你最後的機會！一旦開始創建RAID，硬碟上的所有資料都會被清除。

　　　9.創建完成以後是指定BOOT?動盤，任選一個吧。

　　　按“Esc”鍵退出，當然少不了按下“Y”來確認一下。

　　　HighPoint370BIOS沒有提供類似“ExitWithoutSave”的功能，修改設置後是不可逆轉的。

第五步　　再次重?電腦以後，我們就可以在螢幕上看到“Striping（RAID0）forArray#0”字樣了。

插入先前製作的?動盤，?動DOS。

打開Fdisk程式，咦？怎么就一個硬碟可見？是的，RAID陣列已經整個被看作了一塊硬碟，對於作業系統而言，RAID完全透明，我們大可不必費心RAID磁片的管理，這些都由控制晶片完成。

接下來按照普通單硬碟方法進行分區，你會發現“這個”硬碟的容量“變”大了，仔細算算，對，總容量就是兩塊硬碟相加的容量！我們可以把RAID0的讀寫比喻成拉鏈，它把資料分開在兩個硬碟上，讀取資料會變得更快，而且不會浪費磁碟空間。

在分區和格式化後千萬別忘了啟動主分區。

第六步　　選擇作業系統讓我們頗費周折，HighPoint370晶片提供對Windows98/NT/2000/XP的驅動支援，考慮到使RAID功能面向的是相對高級的用戶，所以我們選擇了對新硬體支援更好的WindowsXPProfessional英文版（採用英文版系統主要是?了方便後面的Winbench測試，大家自己使用RAID完全可以用中文版的作業系統），Windows2000也是一個不錯的選擇，但是硬體支援方面顯然不如WindowsXPProfessional。

第七步　　對於採用RAID的電腦，作業系統的安裝和普通情況下不一樣，讓我們看看圖示，這是在WindowsXP完成第一步“文件複製”重?以後出現的畫面，安裝程式會以英文提示“按下F6安裝SCSI設備或RAID磁片”，這一過程很短，而且用戶往往會忽視螢幕下方的提示。

　　按下F6後出現安裝選擇，選擇“S”將安裝RAID控制晶片驅動，選擇“Enter”則不安裝。

　　按下“S”鍵會提示插入RAID晶片驅動盤。

　　鍵入回車，安裝程式自動搜索驅動盤上的程式，選擇“WinXP”那一個並回車。

　　如果所提供的版本和WindowsXPProfesional內置的驅動版本不一致，安裝程式會給出提示讓用戶進行選擇。

　　按下“S”會安裝軟碟所提供的而按下“Enter”則安裝WindowsXPProfessional自帶的驅動。

按下“S”後又需要確認，這次是按“Enter”（這個……確認太多了，呵呵）。

接下來是正常的系統安裝，和普通安裝沒有任何區別。

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