磁盤(pán)陣列  RAID 技術(shù)

概述     

冗余磁盤(pán)陣列技術(shù)（Redundant Array of Inexpensive Disks，簡(jiǎn)稱(chēng)RAID技術(shù))是一種數(shù)據(jù)的虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，其結(jié)合了多個(gè)物理磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器件在一個(gè)邏輯磁盤(pán)內(nèi)用以實(shí)現(xiàn)比單個(gè)磁盤(pán)更高的存儲(chǔ)性能。其在1987 年由加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson,  Garth  A. Gibson 和  Randy Katz共同提出。起初的研制目的是為了組合小的廉價(jià)磁盤(pán)來(lái)代替大的昂貴磁盤(pán)，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的費(fèi)用，同時(shí)也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤(pán)失效時(shí)不會(huì)使數(shù)據(jù)受損，從而開(kāi)發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)。如下圖所示，當(dāng) RAID 組中的某一磁盤(pán)損壞時(shí)，服務(wù)器可以通過(guò)對(duì)其它磁盤(pán)的冗余操作，達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)的冗余保護(hù)功能。

RAID 技術(shù)利用多個(gè)硬盤(pán)的組合提高存儲(chǔ)的效率和容錯(cuò)能力，其主要由兩部分組成，即控制器和磁盤(pán)陣列?？刂破饕罁?jù)接口協(xié)議對(duì)磁盤(pán)陣列中的磁盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)操作和管理數(shù)據(jù)?？刂破魍ǔＳ蓪?zhuān)用的 CPU 構(gòu)成，能夠完成大量的計(jì)算任務(wù)。磁盤(pán)陣列是由多個(gè)磁盤(pán)構(gòu)成，其讀寫(xiě)操作由控制器控制，多個(gè)磁盤(pán)通過(guò)控制器虛擬化成為一個(gè)磁盤(pán)。

從實(shí)現(xiàn)角度來(lái)說(shuō)， RAID 主要分為軟 RAID、硬 RAID 以及軟硬混合 RAID 三種。軟 RAID 所有功能均由操作系統(tǒng)和 CPU 來(lái)完成，沒(méi)有獨(dú)立的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片，效率自然很低。硬 RAID 配備了專(zhuān)門(mén)的 RAID 控制 / 處理芯片和 I/O 處理芯片以及陣列緩沖，不占用 CPU 資源，但成本很高。軟硬混合 RAID 具備 RAID 控制 / 處理芯片，但缺乏 I/O 處理芯片，需要 CPU 和驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成，性能和成本 在軟 RAID 和硬 RAID 之間。

RAID解決了什么問(wèn)題

 通俗地說(shuō)，RAID就是通過(guò)將多個(gè)磁盤(pán)按照一定的形式和方案組織起來(lái)，通過(guò)這樣的形式能夠獲取比單個(gè)硬盤(pán)更高的速度、更好的穩(wěn)定性、更大的存儲(chǔ)能力的存儲(chǔ)解決方案，用戶不必關(guān)心磁盤(pán)陣列究竟由多少塊硬盤(pán)組成，使用中整個(gè)陣列就如同一塊硬盤(pán)一樣。所以RAID技術(shù)能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)提供以下三個(gè)方面的優(yōu)異性能：

1) 提供更大的存儲(chǔ)空間

目前容量為2TB的硬盤(pán)已經(jīng)在市場(chǎng)上大量銷(xiāo)售，2TB的存儲(chǔ)空間對(duì)于個(gè)人用戶來(lái)說(shuō)已經(jīng)很大了，但對(duì)于企業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，那么使用RAID技術(shù)，就可以把多塊硬盤(pán)組成一個(gè)更大的存儲(chǔ)空間供用戶使用。比如，利用RAID 0技術(shù)把5塊2TB的硬盤(pán)組織起來(lái)，能夠提供10TB的存儲(chǔ)空間。

2）提供更快的傳輸速度

從計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)的數(shù)年來(lái)，CPU的處理速度以幾何數(shù)量級(jí)迅猛增長(zhǎng)，然而硬盤(pán)作為計(jì)算機(jī)中重要的存儲(chǔ)設(shè)備，在容量飛速增長(zhǎng)的同時(shí)，速度卻提高緩慢，己經(jīng)成為計(jì)算機(jī)速度發(fā)展的瓶頸。

如果采用RAID技術(shù)，則可以讓很多硬盤(pán)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，而這些硬盤(pán)在邏輯上又表現(xiàn)為一塊硬盤(pán)，所以使用RAID可以達(dá)到單個(gè)硬盤(pán)幾倍、甚至幾十倍的速率。

即RAID技術(shù)可以通過(guò)在多個(gè)硬盤(pán)上實(shí)現(xiàn)以同時(shí)存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)的方式來(lái)大幅提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量。

3）提供更高的安全性

RAID還可以通過(guò)數(shù)據(jù)校驗(yàn)提供容錯(cuò)功能，在很多RAID模式中都有較為完備的冗余措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提高了RAID系統(tǒng)的容錯(cuò)性，讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好、安全性更高。

RAID的操作步驟　

標(biāo)準(zhǔn)的RAID寫(xiě)操作，需包括以下幾個(gè)步驟：

　?。?）以校驗(yàn)盤(pán)中讀取數(shù)據(jù)

　?。?）以目標(biāo)數(shù)據(jù)盤(pán)中讀取數(shù)據(jù)

　?。?）以舊校驗(yàn)數(shù)據(jù)，新數(shù)據(jù)及已存在數(shù)據(jù)，生成新的校驗(yàn)數(shù)據(jù)

　?。?）將新校驗(yàn)數(shù)據(jù)寫(xiě)入校驗(yàn)盤(pán)

　?。?）將新數(shù)據(jù)寫(xiě)入目標(biāo)數(shù)據(jù)盤(pán)

　　當(dāng)主機(jī)將一個(gè)待寫(xiě)入陣列RAID組中的數(shù)據(jù)發(fā)送到陣列時(shí)，陣列控制器將該數(shù)據(jù)保存在緩存中并立即報(bào)告主機(jī)該數(shù)據(jù)的寫(xiě)入工作已完成。該數(shù)據(jù)寫(xiě)入到陣列硬盤(pán)的工作由陣列控制器完成，該數(shù)據(jù)可繼續(xù)存放在Cache中直到Cache滿，而且要為新數(shù)據(jù)騰出空間而必須刷新時(shí)或陣列需停機(jī)時(shí)，控制器會(huì)及時(shí)將該數(shù)據(jù)從Cache寫(xiě)入陣列硬盤(pán)中。

　　這種緩存回寫(xiě)技術(shù)使得主機(jī)不必等待RAID校驗(yàn)計(jì)算過(guò)程的完成，即可處理下一個(gè)讀寫(xiě)任務(wù)，這樣，主機(jī)的讀寫(xiě)效率大為增加。當(dāng)主機(jī)命令將一個(gè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入硬盤(pán)，則陣列控制器將該數(shù)據(jù)寫(xiě)入緩存上面的位置，只有新數(shù)據(jù)才會(huì)被控制器按Write-Back Cache的方式之后寫(xiě)入硬盤(pán)。