磁碟陣列（Disk Array）簡介
一、源起

由於伺服器的大量運用，專業影音對大容量，高速儲存設備的需求，網路應用環境的普及，磁碟陣列系統遂成為近來中低階儲存設備的最佳選擇。

目前市面上磁碟陣列系統的組成，幾乎都是依循RAID Advisory Board所定義的RAID規格而製造。不同的RAID Level有其不同的應用環境，不過大體而言，磁碟陣列系統是在提供大容量及高效能的儲存設備，同時可以提高資料的妥善性。

二、RAID

RAID是Redundant Array of Inexpensive Drives的縮寫。1988年，由David A. Patterson、Randy H.Katz及Garth Gibson等加大伯克萊分校的研究學者，發表了一篇文章："A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks"，這篇文章， 產生了一個新的名詞－「RAID」，同時，定義了RAID的五種模式：RAID Level 1-5。

在發表當時，這些學者研究的目標，主要是在為系統尋找一個較便宜的解決方案-可以用較低容量而且較便宜的硬碟機，組合成大容量，較佳效率的磁碟機次系統，以取代昂貴的大容量硬碟，資料安全性在當時倒不是最重要的著眼點。

在現在的使用環境中，磁碟機的價格快速滑落，效能也有明顯提昇。RAID的磁碟機系統，由於具備容錯能力，可以提高資料信賴性；整合各個磁碟機後，整體的效能也能提昇，遂成為中高階應用環境中的必要配備了

一般來說，RAID磁碟陣列具備以下的優點：

（一）集合數個硬碟機成為一個虛擬的大容量硬碟
（二）將資料分成數個區段，同步的對數個磁碟機做讀/寫，增加磁碟存取時的速度。在RAID 3/5系統中，磁碟機數目越多，其儲存的速度愈快。
（三）鏡射或同位元檢測模式能提供容錯功能。

RAID在定義時，共設定了5個不同的組態，分為Level 1-5，Level 0為Disk Stripe，並不在當初的定義模式中，可能是為了描述方便起見，目前所見的文章，仍然將Level 0列為RAID的組態之中。

市面上的產品，大多支援RAID Level 0、1、3、5。Level 2、4的產品較少見。另外，Level 10、30、50，則是兩種RAID Level的合成模式。

針對其優異的I/O表現，RAID 0適合在以下的環境中使用：

（一）要求資料快速傳送的影像撥放系統，資料從可靠度較高的媒體載入此硬碟系統中，以供其他裝置抓取資料
（二）儲存大型表格，或是其他唯讀形式的資料，使用者可以使用此資料。如果資料損毀，可以再從其他的儲存媒體中載入。

在做寫入動作時，由於需對兩顆硬碟機執行寫入指令，其資料傳輸量是一般的兩倍，所以會比單一硬碟機所耗用的時間多一些些，對某些需要做密集寫入動作的應用程式而言，有可能會有影響。而在讀取時，則可以提供較單一硬碟機接近兩倍的I/O效能。事實上， 它是容錯型式的磁碟陣列中， 效率最高的一種模式。

RAID Level 1提供非常高的資料信賴度，磁碟系統中，一個硬碟故障時，另外一個硬碟可以完全的接替工作，而不會有任何錯誤發生。相對的，其成本也相對較高。磁碟機使用率只有50%。網路作業系統中，如WindowsNT和Novell都支援軟體Mirror功能，使用者可以很容易的設定。

RAID Level 1常應用於高安全要求的多人使用環境，例如：作業系統的開機磁碟。

目前大部分的RAID 控制卡中，都支援RAID 10的功能。如果系統中存在4個硬碟，就可以選擇RAID 10。

RAID（0+1）可以容許邏輯磁碟機中不只一顆硬碟故障。因為其提供完整的容錯能力。

RAID 10如同RAID Level 1一樣， 其硬碟使用率亦只有50%， 但它卻是最具高效率的規劃方式。兼具 RAID 1的「安全性」與RAID 0的「速度」。可是成本也最高的。

資料在從主機寫入磁碟陣列時，RAID控制卡會先將資料分成許多段（Chunk），並產生同位元檢測資料，再同時寫入硬碟機組中。讀取時，控制卡將虛擬磁碟機的區塊位址轉換成相對的資料塊（Chunk）位址，再對磁碟陣列發出讀取指令，等資料全部讀取後，才回應系統。

RAID 3常用在繪圖、影像處理等，對資料進行大量讀或寫的應用領域，以及處理大量順序檔案的非互動式應用環境。為了使RAID 3的磁碟陣列更有效率，其每次I/O區塊，應該設定為32KB或更大。

在每次從系統寫入資料前， 由RAID控制卡內部的邏輯電路，根據切割之區段大小（單一或多個Block為單位），計算出同位檢核資訊。每項資料中（以 Stripe 為單位）的同位檢核資料，隨著資料分別散存在各陣列硬碟內。這種RAID的模式，可允許多個寫入（Write Overlay），因為這多個寫入動作時，同位資訊是置在不同的陣列硬碟中。

但是在讀取資料時，讀取的資料可能是資料，但也可能是同位元資料，必需經由RAID控制卡的計算才能整合。在連續性大型檔案輸出時，是較不利的。因此，RAID 5並不適用於需要持續更新資料的應用環境。

磁碟陣列中，如果有硬碟發生故障，控制卡可以從其他好的硬碟機中讀取資料以重建系統。

資料來源：聯強國際

文章來自: Tank部落格
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