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板载RAID

发布日期:2008/7/6         点击数:1274
RAID是英文Redundant Array of Inexpensive Disks的缩写,中文简称为廉价磁盘冗余阵列。RAID就是一种由多块硬盘构成的冗余阵列。虽然RAID包含多块硬盘,但是在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。利用RAID技术于存储系统的好处主要有以下三种:

通过把多个磁盘组织在一起作为一个逻辑卷提供磁盘跨越功能
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
通过镜像或校验操作提供容错能力

最初开发RAID的主要目的是节省成本,当时几块小容量硬盘的价格总和要低于大容量的硬盘。目前来看RAID在节省成本方面的作用并不明显,但是RAID可以充分发挥出多块硬盘的优势,实现远远超出任何一块单独硬盘的速度和吞吐量。除了性能上的提高之外,RAID还可以提供良好的容错能力,在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作,不会受到损坏硬盘的影响。

RAID技术分为几种不同的等级,分别可以提供不同的速度,安全性和性价比。根据实际情况选择适当的RAID级别可以满足用户对存储系统可用性、性能和容量的要求。常用的RAID级别有以下几种:NRAID,JBOD,RAID0,RAID1,RAID0+1,RAID3,RAID5等。目前经常使用的是RAID5和RAID(0+1)。

NRAID
NRAID即Non-RAID,所有磁盘的容量组合成一个逻辑盘,没有数据块分条(no block stripping)。NRAID不提供数据冗余。要求至少一个磁盘。

JBOD
JBOD代表Just a Bunch of Drives,磁盘控制器把每个物理磁盘看作独立的磁盘,因此每个磁盘都是独立的逻辑盘。JBOD也不提供数据冗余。要求至少一个磁盘。

RAID 0
RAID 0即Data Stripping(数据分条技术)。整个逻辑盘的数据是被分条(stripped)分布在多个物理磁盘上,可以并行读/写,提供最快的速度,但没有冗余能力。要求至少两个磁盘。我们通过RAID 0可以获得更大的单个逻辑盘的容量,且通过对多个磁盘的同时读取获得更高的存取速度。RAID 0首先考虑的是磁盘的速度和容量,忽略了安全,只要其中一个磁盘出了问题,那么整个阵列的数据都会不保了。

RAID 1
RAID 1,又称镜像方式,也就是数据的冗余。在整个镜像过程中,只有一半的磁盘容量是有效的(另一半磁盘容量用来存放同样的数据)。同RAID 0相比,RAID 1首先考虑的是安全性,容量减半、速度不变。

RAID 0+1
为了达到既高速又安全,出现了RAID 10(或者叫RAID 0+1),可以把RAID 10简单地理解成由多个磁盘组成的RAID 0阵列再进行镜像。

RAID 3和RAID 5
RAID 3和RAID 5都是校验方式。RAID 3的工作方式是用一块磁盘存放校验数据。由于任何数据的改变都要修改相应的数据校验信息,存放数据的磁盘有好几个且并行工作,而存放校验数据的磁盘只有一个,这就带来了校验数据存放时的瓶颈。RAID 5的工作方式是将各个磁盘生成的数据校验切成块,分别存放到组成阵列的各个磁盘中去,这样就缓解了校验数据存放时所产生的瓶颈问题,但是分割数据及控制存放都要付出速度上的代价。

按照硬盘接口的不同,RAID分为SCSI RAID,IDE RAID和SATA RAID。其中,SCSI RAID主要用于要求高性能和高可靠性的服务器/工作站,而台式机中主要采用IDE RAID和SATA RAID。

以前RAID功能主要依靠在主板上插接RAID控制卡实现,而现在越来越多的主板都添加了板载RAID芯片直接实现RAID功能,目前主流的RAID芯片有HighPoint的HTP372和Promise的PDC20265R,而英特尔更进一步,直接在主板芯片组中支持RAID,其ICH5R南桥芯片中就内置了SATA RAID功能,这也代表着未来板载RAID的发展方向---芯片组集成RAID。

Matrix RAID:

Matrix RAID即所谓的“矩阵RAID”,是ICH6R南桥所支持的一种廉价的磁盘冗余技术,是一种经济性高的新颖RAID解决方案。Matrix RAID技术的原理相当简单,只需要两块硬盘就能实现了RAID 0和RAID 1磁盘阵列,并且不需要添加额外的RAID控制器,这正是我们普通用户所期望的。Matrix RAID需要硬件层和软件层同时支持才能实现,硬件方面目前就是ICH6R南桥以及更高阶的ICH6RW南桥,而Intel Application Acclerator软件和Windows操作系统均对软件层提供了支持。

Matrix RAID的原理就是将每个硬盘容量各分成两部分(即:将一个硬盘虚拟成两个子硬盘,这时子硬盘总数为4个),其中用两个虚拟子硬盘来创建RAID0模式以提高效能,而其它两个虚拟子硬盘则透过镜像备份组成RAID 1用来备份数据。在Matrix RAID模式中数据存储模式如下:两个磁盘驱动器的第一部分被用来创建RAID 0阵列,主要用来存储操作系统、应用程序和交换文件,这是因为磁盘开始的区域拥有较高的存取速度,Matrix RAID将RAID 0逻辑分割区置于硬盘前端(外圈)的主因,是可以让需要效能的模块得到最好的效能表现;而两个磁盘驱动器的第二部分用来创建RAID1模式,主要用来存储用户个人的文件和数据。

例如,使用两块120GB的硬盘,可以将两块硬盘的前60GB组成120GB的逻辑分割区,然后剩下两个60GB区块组成一个60GB的数据备份分割区。像需要高效能、却不需要安全性的应用,就可以安装在RAID 0分割区,而需要安全性备分的数据,则可安装在RAID 1分割区。换言之,使用者得到的总硬盘空间是180GB,和传统的RAID 0+1相比,容量使用的效益非常的高,而且在容量配置上有着更高的弹性。如果发生硬盘损毁,RAID 0分割区数据自然无法复原,但是RAID 1分割区的数据却会得到保全。

可以说,利用Matrix RAID技术,我们只需要2个硬盘就可以在获取高效数据存取的同时又能确保数据安全性。这意味着普通用户也可以低成本享受到RAID 0+1应用模式。


NV RAID:
NV RAID是nVidia自行开发的RAID技术,随着nForce各系列芯片组的发展也不断推陈出新。相对于其它RAID技术而言,目前最新的nForce4系列芯片组的NV RAID具有自己的鲜明特点,主要是以下几点:

(1)交错式RAID(Cross-Controller RAID):交错式RAID即俗称的混合式RAID,也就是将SATA接口的硬盘与IDE接口的硬盘联合起来组成一个RAID模式。交错式RAID在nForce3 250系列芯片组中便已经出现,在nForce 4系列芯片组身上该功能得到延续和增强。
(2)热冗余备份功能:在nForce 4系列芯片组中,因支持Serial ATA 2.0的热插拔功能,用户可以在使用过程中更换损坏的硬盘,并在运行状态下重新建立一个新的镜像,确保重要数据的安全性。更为可喜的是,nForce 4的nVIDIA RAID控制器还允许用户为运行中的RAID系统增加一个冗余备份特性,而不必理会系统采用哪一种RAID模式,用户可以在驱动程序提供的“管理工具”中指派任何一个多余的硬盘用作RAID系统的热备份。该热冗余硬盘可以让多个RAID系统(如一个RAID 0和一个RAID1)共享,也可以为其中一个RAID系统所独自占有,功能类似于时下的高端RAID系统。
(3)简易的RAID模式迁移:nForce 4系列芯片组的NV RAID模块新增了一个名为“Morphing”的新功能,用户只需要选择转换之后的RAID模式,而后执行“Morphing”操作,RAID删除和模式重设的工作可以自动完成,无需人为干预,易用性明显提高。

 

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