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磁盘阵列技术

由磁盘阵列角度来看
磁盘阵列的规格最重要就在速度,也就是CPU的种类。我们知道SCSI的演变是由SCSI 2 (Narrow, 8 bits, 10MB/s), SCSI 3 (Wide, 16bits, 20MB/s), Ultra Wide (16bits, 40MB/s), Ultra 2
 (Ultra Ultra Wide, 80MB/s), Ultra 3 (Ultra Ultra Ultra Wide, 160MB/s),在由SCSI到Serial I/O,也就是所谓的 Fibre Channel (FC-AL, Fibre Channel - Arbitration Loop, 100 – 200MB/s), SSA (Serial Storage Architecture, 80 – 160 MB/s), 在过去使用 Ultra Wide SCSI, 40MB/s 的磁盘阵列时,对CPU的要求不须太快,因为SCSI本身也不是很快,但是当SCSI演变到Ultra 2, 80MB/s时,对CPU的要求就非常关键。一般的CPU, (如 586)就必须改为高速的RISC CPU, (如 Intel RISC CPU, i960RD 32bits, i960RN 64 bits),不但是RISC CPU, 甚至于还分 32bits, 64 bits RISC CPU 的差异。586 与 RISC CPU 的差异可想而知 ! 这是由磁盘阵列的观点出发来看的。
由服务器的角度来看
服务器的结构已由传统的 I/O 结构改为 I2O ( Intelligent I/O, 简称 I2O ) 的结构,其目的就是为了减少服务器CPU的负担,才会将系统的 I/O 与服务器CPU负载分开。Intel 因此提出 I2O 的架构,I2O 也是由一颗 RISC CPU ( i960RD 或I960RN ) 来负责 I/O 的工作。试想想若服务器内都已是由 RISC i960 CPU 来负责 I/O,结果磁盘阵列上却仍是用 586 CPU, 速度会快吗 

由操作系统的角度来看
    SCO OpenServer 5.0       32 bits 
    MicroSoft Windows NT  32 bits
SCO Unixware 7.x   64 bits
    MicroSoft Windows NT 2000 32 bit 64 bits
    SUN Solaris    64 bits ……..其他操作系统

在操作系统都已由 32 bits 转到 64 bits,磁盘阵列上的CPU 必须是 Intel i960 RISC CPU才能满足速度的要求。586 CPU 是无法满足的 !

磁盘阵列的功能
使用磁盘阵列的好处,在于数据的安全、存取的速度及超大的存储容量。如何确保数据的安全,则取决于磁盘阵列的设计与品质。其中几个功能是必须考虑的:是否有环境监控器针对温度、电压、电源、散热风扇、硬盘状态等进行监控。磁盘阵列内的硬盘连接方式是用SCA-II整体后背板还是只是用SCSI线连的?在SCA-II整体后背板上是否有隔绝芯片以防硬盘在热插拔时所产生的高/低电压,使系统电压回流,造成系统的不稳定,产生数据丢失的情形。我们一定要重视这个问题,因为在磁盘阵列内很多硬盘都是共用这同一SCSI总线!一个硬盘热插拔,可不能引响其它的硬盘!甚幺是热插拔或带电插拔?硬盘有分热插拔硬盘,80针的硬盘是热插拔硬盘,68针的不是热插拔硬盘,有没有热插拔,在电路上的设计差异就在于有没有保护线路的设计,同样的硬盘拖架也是一样有分真的热插拔及假的热插拔的区别。
磁盘阵列内的硬盘是否有顺序的要求?也就是说硬盘可否不按次序地插回阵列中,数据仍能正常的存取?很多人认为不是很重要,不太会发生,但是可能会发生的,我们就要防止它发生。假如您用六个硬盘做阵列,在最出初始化时,此六个硬盘是有顺序放置在磁盘阵列内,分为第一、第二…到第六个硬盘,是有顺序的,如果您买的磁盘阵列是有顺序的要求,则您要注意了:有一天您将硬盘取出,做清洁时一定要以原来的摆放顺序插回磁盘阵列中,否则您的数据可能因硬盘顺序与原来的不苻,磁盘阵列上的控制器不认而数据丢失!因为您的硬盘的SCSI ID号乱掉所致。现在的磁盘阵列产品都已有这种不要求硬盘有顺序的功能,为了防止上述的事件发生,都是不要求硬盘有顺序的。

A.1 我们为什幺需要磁盘阵列
目前人们逐渐认识了磁盘阵列技术。磁盘阵列技术可以详细地划分为若干个级别0-5 RAID技术,并且又发展了所谓的 RAID Level 10, 30, 50的新的级别,本章节都会一一介绍。RAID是廉价冗余磁盘阵列(Redundant Array of Inexpensive Disk)的简称。用RAID的好处简单的说就是:
安全性高,速度快,数据容量超大
某些级别的RAID技术可以把速度提高到单个硬盘驱动器的400%。磁盘阵列把多个硬盘驱动器连接在一起协同工作,大大提高了速度,同时把硬盘系统的可靠性提高到接近无错的境界。这些“容错”系统速度极快,同时可靠性极高。
本节将讨论这些新技术,以及不同级别RAID的优缺点。我们并不想涉及那些关键性的技术细节问题,而是将磁盘阵列和RAID技术介绍给对它们尚不熟悉的人们。相信这将帮助你选用合适的RAID技术。

A.2 RAID级别的定义
下表提供了6级RAID的简单定义,本书其后部分将对各级RAID进行更详尽的描述。

RAID级别 描述 速度* 容错性能
RAID 0 硬盘分段 硬盘并行输入/出 无
RAID 1 硬盘镜像 没有提高 有(允许单个硬盘错)
RAID 2 硬盘分段加汉明码纠错 没有提高 有(允许单个硬盘错)
RAID 3 硬盘分段加专用
奇偶校验盘 硬盘并行输入/出 有(允许单个硬盘错)
RAID 4 硬盘分段加专用
奇偶校验盘需异步硬盘 硬盘并行输入/出 有(允许单个硬盘错)
RAID 5 硬盘分段加奇偶校验
分布在各硬盘 硬盘并行输入/出比
RAID0稍慢 有(允许单个硬盘错)

磁盘阵列技术术语
硬盘镜像(Disk Mirroring):硬盘镜像最简单的形式是,一个主机控制器带二个互为镜像的硬盘。数据同时写入二个硬盘,二个硬盘上的数据完全相同,因此一个硬盘故障时,另一个硬盘可提供数据。 
硬盘数据跨盘(Disk Spanning):利用这种技术,几个硬盘看上去像是一个大硬盘;这个虚拟盘可以把数据跨盘存储在不同的物理盘上,用户不需关心哪个盘上存有他需要的数据。
硬盘数据分段(Disk Striping):数据分散存储在几个盘上。数据的第一段放在盘0,第2段放在盘1,……直至达到硬盘链中的最后一个盘,然后下一个逻辑段将放在硬盘0,再下一个逻辑段放在盘1,如此循环直至完成写操作。
双控(Duplexing):这里指的是用二个控制器来驱动一个硬盘子系统。一个控制器发生故障,另一个控制器马上控制硬盘操作。此外,如果编写恰当的控制器软件,可实现不同的硬盘驱动器同时工作。
容错(Fault Tolerant):具有容错功能的机器有抗故障的能力。例如RAID 1镜像系统是容错的,镜像盘中的一个出故障,硬盘子系统仍能正常工作。
主机控制器(Host Adapter):这里指的是使主机和外设进行数据交换的控制部件(如SCSI控制器)。
热修复(Hot Fix):指用一个硬盘热备份来替换发生的故障的硬盘。要注意故障盘并不是真正地被物理替换了。用作热备份的盘被加载上故障盘原来的数据,然后系统恢复工作。
热补(Hot Patch):具有硬盘热备份,可随时替换故障盘的系统。

热备份(Hot Spare):与CPU系统电连接的硬盘,它能替换下系统中的故障盘。与冷备份的区别是,冷备份盘平时与机器不相连接,硬盘故障时才换下故障盘。
平均数据丢失时间(MTBDL-Mean Time Between Data Loss):发生数据丢失的事件间的平均时间。 平均无故障工作时间(MTBF-Mean Time Between Failure或MTIF):设备平均无故障运行时间。
廉价冗余磁盘阵列(RAID-Redundant Array of Inexpensive Drives):一种将多个廉价硬盘组合成快速,有容错功能的硬盘子系统的技术。
系统重建(Reconstruction or Rebuild):一个硬盘发生故障后,从其它正确的硬盘数据和奇偶信息恢复故障盘数据的过程。
恢复时间(Reconstruction Time):为故障盘重建数据所需要的时间。
单个大容量硬盘(SLED-Singe Expensive Drive)。
传输速率(Transfer Rate):指在不同条件下存取数据的速度。
虚拟盘(Virtual Disk):与虚拟存储器类似,虚拟盘是一个概念盘,用户不必关心他的数据写在哪个物理盘上。虚拟盘一般跨越几个物理盘,但用户看到的只是一个盘。

 

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