磁碟陣列控制卡的相關設定

一、磁碟陣列充分利用硬碟的資料傳輸速率（Data Transfer Rate）

在沒有開始談陣列控制卡的相關設定前，我想先談一下硬碟的資料傳輸速率（Data Transfer Rate）。資料傳輸速率是硬碟機相當重要的技術指標，有最大瞬間（Burst）資料傳輸速率、內部（Internal）資料傳輸速率，以及持續（Sustain）資料傳輸速率等不同的數值。其中，「持續資料傳輸速率」直接影響硬碟機進行大量資料傳送時的效能表現。

由於「最大瞬間資料傳輸速率」等同於「介面（Interface）」的資料傳輸速率，而這個特性限制了數個硬碟機所組成的磁碟陣列的最高效能表現。

舉例來說，希捷（Seagate）的ST39103LW（Cheetah系列硬碟）Ultra 2 SCSI硬碟機，其介面資料傳輸速率為80MB/sec。外部平均資料傳輸速率為24.5MB/sec。也就是在使用四個硬碟機同時讀取資料時，其資料傳送就會到達介面的飽和點了。

由於內部資料傳輸速率取決於硬碟機各個主要組件如磁頭、碟片、主軸馬達等的技術能力，因此內部資料傳輸速率便是硬碟機從碟片讀出資料的速率。

談這些，可以回答大夥較常問的問題：IDE硬碟還是SCSI硬碟比較快。哪一種硬碟比較好？就硬碟設計來看，因為SCSI硬碟大部分都應用在較高階的環境中，所以預設的使用年限也較長；又因為要求較高的效能表現，所以會使用較新的技術。當然，售價也會較高。

可是，如果你大部分的工作是在Windows95/98或是DOS的環境下執行，使用SCSI硬碟，就有一點浪費了。比較單一顆SCSI與IDE硬碟的效能，也會讓人覺得SCSI硬碟並沒有快很多。原因無它，就在於兩款硬碟機持續資料傳輸速率的數值並沒有差太多。

如何才能讓SCSI硬碟機發揮長處呢？關鍵點在於作業系統是否支援多工功能，其可否讓數個硬碟機同時傳送資料。而磁碟陣列系統（RAID）就是可以讓SCSI硬碟機發揮其效能的一種方式。

二、磁碟陣列卡的設定

前一次的技術開講中，簡介了各個RAID組態（RAID Level）的構成及應用領域。這次，主要是談談RAID在實務中的一些設定方式。在這篇文章中，並不會提到磁碟控制卡如何設定，這部分請參照控制卡的使用手冊。

（一）毀損資料重建（Data Rebuild）

在RAID level 3、5的設定下，資料是經過計算，得出同位元檢查資料後，再分散儲存在各個硬碟上。磁碟陣列中只容許有一顆硬碟故障。如果在硬碟故障到系統重建完成之間，有第二顆硬碟故障，則整個磁碟陣列的資料都將流失。因此，磁碟陣列的管理者，必須儘量在很短的時間內排除故障，重建系統，以確保資料的安全。

（二）磁碟陣列卡的故障管理能力

1.故障硬碟的偵測及通知

在整個系統運作時，如果沒有對磁碟陣列有「讀/寫（R/W）」的動作，就算有硬碟機故障，磁碟陣列卡（以下簡稱為陣列控制卡）也不會立即知道硬碟機已經離線，必須等到要讀/寫資料時，才會發現硬碟機離線，進而發出警告。我們知道，磁碟陣列在硬碟故障時，是最脆弱的。如果無法立即知道硬碟機故障，將增加整個磁碟陣列的風險。

設定陣列控制卡定時掃描匯流排上的硬碟機，以確認硬碟機是否正常工作，可以避免前述的狀況，而且定時檢查硬碟的時間間隔，是可以調整的。如果有硬碟機故障，控制卡可以在硬碟機故障的第一時間點就通知管理者；但是，這樣也會佔用陣列控制卡上「控製晶片」的時間，所以管理者必須在兼顧安全性與效率之間，自行取得一個平衡點。

在故障發生時，控制卡可以有數種不同的方式通知管理者：

（1）蜂鳴器告警：這是最基本的配備，但是伺服器有可能不是放置在管理者身邊，所以其他的通知方式也有其需要。

（2）傳真與呼叫器：利用控制卡內建的RS-232埠，在事件發生時，控制外接的數據機（MODEM），將警告訊息傳送出去。

（3）電子郵件：透過RAID管理程式，使用作業系統的網際網路（Internet）架構，發送電子郵件。當然，系統中一定要有通訊錄，而且包括有被通知者的電子信箱（E-mail）位址。

（4）事件檢視：陣列控制卡大都有記錄資料可以查看事件發生的時間及內容。

在確知有故障硬碟時，如何正確的將故障硬碟機取下，再更換正常硬碟，也是在實務上必須考量的事情。

陣列控制卡大都提供某些工具程式，讓硬碟機LED（在硬碟機上的二極體小燈）依照設定的模式閃爍，藉以辨認硬碟機。或是以不同的LED燈號顯示硬碟機的狀態。讓維修人員或管理者很容易分辨故障硬碟。

確認故障硬碟機後，我們就可以將硬碟機取下。幾乎所有的陣列控制卡均提供硬碟機熱抽換（Hot Swap）的功能。也就是可以在系統不關機的狀況下，直接將硬碟取下。

2.資料重建

磁碟陣列中如果有一個硬碟故障，管理者須立即將故障硬碟機換下，並進行資料重建。在資料重建完成前，磁碟陣列系統是相當脆弱的。如何縮短整個重建的時程，是陣列控制卡非常重要的課題。

如果依照傳統維修流程，在發現有硬碟故障時才通知維修人員到場，並進行更換硬碟、做資料重整。這樣的程序，其實並不符合實際上的需求，磁碟陣列曝露在風險中的時間太長了。

實務上，整個資料重建的過程可以更有效率。目前的做法已趨向使用備援磁碟機，達到資料自動重建的功能。調整後的資料重建程序如下：

安裝備援磁碟機→陣列控制卡定時偵測硬碟機→有硬碟機故障時→系統自動啟動重建。

3.備援磁碟機（Spare Drive）

備援磁碟機的主要功能，是讓磁碟陣列發生某顆硬碟機故障時，可立即取代故障磁碟機，並讓陣列控制卡可以啟動資料重建，以縮短整體重建時間。

備援磁碟機平時是沒有動作的，其功能類似磁碟陣列的保險。一個磁碟陣列可以有不只一個備援磁碟機，端視整體的設計而定。備援磁碟機一但加入磁碟陣列中，就成為磁碟陣列的硬碟機成員。原先故障硬碟機更換後，可以再指定成為備援磁碟機。

備援磁碟機依照用途可以分為本地（Local）備援機及公用（Global）備援機，
本地備援磁碟機指定給特定的邏輯磁碟機使用。如圖

公用備援磁碟機則是指定給一組邏輯磁碟機使用。這些邏輯磁碟機組中，如果有任一個硬碟機故障，備援磁碟機就會加入邏輯磁碟機組中，並開始重建。以或然率來看，不會同時有好幾個硬碟機損壞，所以這種模式是較節省成本的。如圖：



我們可以在陣列的組合方式上，使用複合的模式，同時使用公用與本地備援磁碟機。以增加系統的安全性！

說明：

邏輯磁碟機0中的成員是9GB磁碟機，邏輯磁碟機1、2的成員是4GB。因為其容量不夠，4 GB的公用備援磁碟機不能使用在邏輯磁碟機0；如果使用9GB的硬碟當作公用備援磁碟機。對邏輯磁碟機1、2來說，又太浪費了。

將9GB設定為邏輯磁碟機0的本地備援磁碟機，4GB設定為邏輯磁碟機1、2的公用備援磁碟機。這樣，邏輯磁碟機中有任一個磁碟故障時，皆可以得到備援磁碟機的協助。

4.重建優先權（Rebuild Priority）

資料重建時，可能系統仍在運作。這時陣列控制卡一方面要讀出殘存的資料，計算出正確資料後寫入磁碟機組；一方面又要回應作業系統存取資料的要求，其工作負荷量是相當大的。

管理者在這樣的狀況下，可以有幾個選擇：現在的作業最重要，資料重建先緩一緩吧，此時資料重建屬於「最低優先」；資料重建最重要，沒資料，什麼都沒啦此時資料重建屬於「最高優先」；平常心看待啦，此時資料重建屬「平常模式」。

我們可以在重建優先權中設定資料重建的緊急性。當然，安全性與效率仍然是管理者判斷的依據。

5.開機的順序

某些主機板內建了SCSI介面，或是系統中安裝了SCSI控制卡，而陣列控制卡也是SCSI介面。因此在使用者的管理角度而言，指定由哪一片控制卡上的裝置來開機，是有其必要的。

在SCSI控制卡的BIOS設定選項中，有一項是開啟或關閉（Enable/Disable）SCSI BIOS，關閉這個選項，系統就不會從這片控制卡所連結的裝置開機。

6.邏輯磁碟機的設定

在陣列控制卡下，我們將數個硬碟機合併成一個大容量的單一硬碟。這個單一硬碟，我們稱為邏輯磁碟機（Logic Drive）。以作業系統來看，是將此一邏輯磁碟機當作一個實體的硬碟。邏輯磁碟機中資料的存取與運作，是陣列控制卡所負責的事。

談到這裡，我們要提醒讀者諸君：在SCSI匯流排上，每一個裝置都必須指定一個唯一的ID號碼，作為識別與存取的依據。否則SCSI控制卡是無法看到，也無法存取這個裝置。

邏輯磁碟機是陣列控制卡做出來的，所以控制卡也必須賦予邏輯磁碟機一個ID號碼。這也是陣列控制卡的設定選項裡，有所謂的「Edit and Map SCSI ID」選項的原因。如果我們在陣列控制卡下，將邏輯磁碟機分為兩個區段（Partition），我們就必須指定兩個ID給每一個區段。而在作業系統角度來看，就變成有兩個硬碟連接在陣列控制卡之下了。整個邏輯磁碟機的設定程序如下：
（1）選擇硬碟組成邏輯磁碟機
（2）分割區段（如果有必要的話）
（3）指定ID給區段使用
指定ID號碼給邏輯磁碟機的動作與RAID的控制比較沒有關聯。也就是說，當我們更改SCSI ID號碼時，邏輯磁碟機內的資料並不會消失。我們可以想像成，當我們更改房屋的門牌號碼時，並不會對房屋的結構有任何影響。

7.快取（Cache）記憶體的設定

陣列控制卡中都配備有快取記憶體以增快資料處理的效率。值得注意的是，如果設定為「Write Back」，則整體效率雖然比「Write Through」快，但是，在資料還沒有寫入硬碟前，如果遭遇到電源中斷或是系統當機的意外，資料可能會遺失。在要求高安全係數時，將快取記憶體關閉是較適合的。

8.I/O最佳化

陣列控制卡可以依照使用的環境的需求，設定其I/O區段的大小。在資料庫的應用環境中，其特性是檔案數目多而小；而在影音環境的應用下，對於I/O的需求，就希望是一個連續性的大區段資料輸出了。這個部分的設定如果更改，現有的資料就會無法讀取。所以我們在初始化RAID邏輯磁碟機時就必須先設定其I/O特性。一定要更改時，就只能重新初始化邏輯磁碟機了。

9.RAID的擴充

磁碟陣列系統使用一陣子之後，無可避免會遭遇擴充的問題。大部分陣列控制卡提供線上擴充的能力。也就是可以在系統不關機的狀況下，增加硬碟機到現有的邏輯磁碟機中。

當然，線上擴充所耗用的時間相當長，陣列控制卡將資料從原先的陣列中讀出，重新計算，再寫回新的陣列中。由於容量增加，這個程序所花的時間，要比資料重建更多一些。整個的過程是不可逆向操作的，換句話說就是增加的硬碟不能取消。

在某些陣列控制卡上，提供了線上RAID Level轉移（Migration）功能，可以做模式的更換，如RAID 0換成RAID 5，RAID 3換成RAID 5，RAID 5換成RAID 1。

在RAID 3、5的組態中，新增加的硬碟機容量可以完全的被使用到。這也是RAID 3、5在容量擴充時所擁有的優勢。而RAID 1在硬碟擴充時一次要增加兩個硬碟，其成本是較高的。

10.韌體（Firmware）的升級

在RAID控制卡之上，有數個韌體（Firmware）存在，分別是RAID BIOS， SCSI BIOS，以及BOOT record。RAID BIOS與RAID控制有關，前面提到的一些相關設定幾乎都是RAID BIOS在控制，而SCSI BIOS則是負責與主機板之間的溝通。功能就如同一般SCSI控制卡上的BIOS。

BOOT Record主要在記錄邏輯磁碟機的相關組態，如哪幾顆硬碟組成邏輯磁碟機等資訊。

以目前使用的快閃記憶體（Flash Memory）技術而言，使用者都可以自行升級。當然，在升級時需注意過程的安全性，不要有不正常的關機動作。否則，快閃記憶體中的資料損毀，可是會讓控制卡無法工作的。

三、結論

無論陣列控制卡提供多強大、多方便的功能以增進資料安全性及重建的效率，硬碟機仍然是非常脆弱的裝置，RAID系統需要定時作備份以確保資料安全性，有備無患，才是資料安全最高指導原則。國內有些單位的管理者，以為安裝了RAID系統，資料就可以高枕無憂了，卻忽略了備份的動作，結果卻造成更大的資料損失。

文章來自: Tank部落格
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