DISK RAID(磁碟陣列)介紹
DISK RAID(磁碟陣列)介紹
RAID的來源:
在美國有一群研究學者University of California - Berkeley 於1987年發表了一篇文章: A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks",這篇文章, 介紹了一個新的 "硬碟組觀念" - R A I D.並且也定義了五種不同方式與效能的 RAID 代號 - RAID level. 所謂R A I D就是由數顆硬碟機組成一個容錯(或非容錯)陣列系統,他可以提供磁碟機串接或並接，將所有連接的硬碟機組成一個虛擬的大硬碟機。可將資料切割成許多區 塊，當讀取或寫入資料時以並行的方式對多顆硬碟同時進行存取動作，當硬碟機顆數愈多時，愈能增加存取速度。並且能夠提供硬碟機容錯功能，可藉 Mirroring或Parity的方式進行。
RAID 的好處:
1. 在不同應用環境下，可提昇系統 I/O之存取效能。
2. 增加資料保存的安全性。
3. 可以增加每個系統可連結硬碟機數量與容量 ─ IDE RAID CARD 3WARE-7810可以連接8顆硬碟，當設定為RAID 0時系統看成是一顆大容量的虛擬硬碟機。
4. 經由磁碟陣列卡RAID level的設定控制，可以得到不同運用需求的彈性選擇。
RAID的特徵:
由於現今RAID的技術愈來愈成熟，產品在市場上也愈來愈多，一些基本的功能就變成是一種標準，不會因為廠牌不同而有所不同。這些特徵包括：
1. 提供相互備援、可熱抽換的冷卻風扇 (Hot Swappable Fan)。
2. 提供相互備援、可熱抽換的電源供應器 (Hot Swappable Power)。
3. 與主機、作業系統獨立 (Host Independent)。
4. 支援熱抽換與熱備援用硬碟機並且線上自動資料重建 (Automatic Rebuilding)。
RAID的基本觀念:
****RAID (Redundant Array of Independent Disks) 把許多顆硬碟機放在一起，由一個智慧型的控制器來統一操控，使電腦的主系統把全部硬碟看成是一顆虛擬的硬碟機，其主要功能是增加資料的儲存總容量 (Storage) ,安全性 (Safety) 與硬碟機的執行效率 (Performance)，並且藉由RAID的劃分方式將資料分散儲存在多顆硬碟機內，來提供與改良在不同應用環境下的資料存取彈性、效能與安全性。
****資料的安全性 ─ 當系統的硬碟機數目增加時，發生硬碟機損壞的可能性也隨之增加，因此一個磁碟陣列系統，應該不能受單一硬碟損壞的影響，而造成資料的流失或系統的損毀。磁碟機鏡像 (Disk Mirroring-把一顆硬碟機資料拷貝到另外一顆) 是最早出現也是最簡單的方法，但是需要多一倍的硬碟容量，因此造成使用者投資成本的增加，於是磁碟陣列就出現了使用各種不同的編碼方式(Encoding Schemes)來增加硬碟的使用率及資料的安全性。
****硬碟的執行效率─ 使用者存取資料時，因資料分散在多顆硬碟中同時讀取，平行操作來增加存取效能，也就是說當有一筆資料進出時，多顆硬碟能同時作用，來增加硬碟的執行速度。
RAID level 0
這是被定義為非容錯的硬碟群組. 而組構的多顆硬碟機, 被依一定的切割區段, 連貫成一顆大容量的陣列硬碟.容量大小等於全部硬碟機總和,它沒有同位檢核的位元, 所以無法救回因其中任一硬碟故障而毀損的整個資料.這是最有效率的一種陣列類別, 因為資料可以多個區段方式, 在同一時間, 將之分別存放在該群所有陣列硬碟裡. 在讀取資料時, 亦可在同一時間, 由該群所有陣列硬碟送出資料至陣列控制器. 換言之, 此種陣列類型的效率, 是與該群內陣列硬碟數成正比. 所以在讀寫強而集中的應用領域 (如: 非線性剪輯、mpeg影音播放系統、美工製作、mpeg壓縮製作、3D動畫), 可藉 RAID level 0 得到較佳的輸出效率及品質.是RAID等級中效能最高的等級。
讀取資料 - 容易處理許多個同時讀取。
寫入資料 - 容易處理多個同時寫入。
備份功能 – 無 。
費 用 – 非常合理(空間完全利用)。
RAID level 1
就是 "磁碟鏡像" Disk Mirroring. 它可將兩顆硬碟機為一組, 在有資料欲寫入時, 在同一時間將之存放在系統的兩顆硬碟利用"鏡像對映" Mirrored Pair 直接同時寫入兩硬碟機,其內部資料是完全一樣的.而在讀取資料時,則可自兩顆硬碟機同時讀出,即使是來自不同的用戶端所提出之不同讀取要求.這一型式的磁碟陣列,不但不會降低寫入的速度,更能提高讀取的效率.事實上,它是容錯型式的磁碟陣列中,效率最高的.不過其硬碟機的容量利用率,則只有實際容量的一半. 所以,RAID level 1 常應用於高安全要求的多人使用環境, 例如: 作業系統磁碟 OS Disk。
讀取資料 – 較快，因為其中的任何一個硬碟都有資料。
寫入資料 – 較慢，因為需要寫入多顆硬碟。
備份功能 –安全性最高 。
費 用 – 較高，由於硬碟機使用率只有 50%。
RAID level 0+1 (10)
這是一種 Dual Level RAID, 也有人稱之為RAID level 10. 這可不是 "十", 它是 "零加一", 亦即是兩組依一定的切割區段, 連貫成不同的兩顆大容量的陣列硬碟, 互相為 "鏡像". 在每次寫入資料, 磁碟陣列控制器會將資料同時寫入該兩組 "大容量陣列硬碟組"內.同 RAID level 1 一樣, 雖然其硬碟使用率亦只有 50%, 但它卻是最具高效率的規劃方式.
RAID level 3 -
這種規劃方式, 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. 它由陣列控制器內建的 XOR 邏輯, 根據切割之區段大小, 計算出同位檢核位元或位元組. 這項功能, 提供了資料容錯效果. 而這個區段的大小, 是以bit 或 byte 為單位.
每項資料中的同位檢核資料, 統一存放在一特定的同位碟 (Parity Disk)上. 而資料則是分別散存在各資料碟 Data Disk內. 單從少部份的資料碟, 是無法取得完整原資料的.
讀取資料 – 正常速度（也就是說，與一顆的速度一樣）。
寫入資料 – 較慢，由於Parity編碼的運算包含從其他硬碟機內讀取與寫入Parity
編碼所需要的時間。
備份功能– 很好。
費 用 –合理，硬碟機使用率為 n-1 顆。
RAID level 4 -
跟上述的 level 3 大部份相同. 不過其支援的區段大小相當多樣, 是以 block 為單位計算的. 它可以是單一 block 為區段, 也有以多個 block 為區段大小. 所以有些資料是可以從某資料碟中取得, 這促成一個較 RAID level 3 優勢的功能是: 允許 "重疊讀取" Overlapped Read Operation.
但是在作寫入時, 因為需同時更新 "同位碟" 的資訊, 所以不具有 "重疊寫入" 的能力. 換言之, 在同時間中多筆資料要求寫入時, 因為每筆資料之同位資訊需寫在同一顆 "同位碟" 中, 所以並不會有任何速度的優勢.
所以在一般使用多人資料庫 (如: 醫院掛號系統, 多櫃檯大型賣場, ...), RAID level 4 是較不適合的規劃.
RAID level 5 -
通常亦稱為 "輪轉同位型陣列" Rotating Parity Array. 它和 RAID level 4 一樣的, 在每次的寫入前, 由陣列控制器內建的 XOR 邏輯, 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, 沒有特定同位碟. 相較於上述 RAID level 4, 這個型式可允許多個寫入, 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, 每項資料可能是直接來自各具該項資料的硬碟中, 但也可能是會讀入同位資訊, 而必需經由 XOR 的計算. 在連續大型檔案要求輸出時, 它顯然稍有不利
讀取資料 – 正常速度。
寫入資料 – 較慢，由於Parity的計算（包含讀與寫）。
備份功能 – 很好。
費 用 – 合理，硬碟機使用率為 n-1 顆 (同 RAID 3)。
RAID level 5 -
通常亦稱為 "輪轉同位型陣列" Rotating Parity Array. 它和 RAID level 4 一樣的, 在每次的寫入前, 由陣列控制器內建的 XOR 邏輯, 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, 沒有特定同位碟. 相較於上述 RAID level 4, 這個型式可允許多個寫入, 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, 每項資料可能是直接來自各具該項資料的硬碟中, 但也可能是會讀入同位資訊, 而必需經由 XOR 的計算. 在連續大型檔案要求輸出時, 它顯然稍有不利
讀取資料 – 正常速度。
寫入資料 – 較慢，由於Parity的計算（包含讀與寫）。
備份功能 – 很好。
費 用 – 合理，硬碟機使用率為 n-1 顆 (同 RAID 3)
以下就幾項基本的名詞作一分項解釋
| 陣列種類 | 英文簡述 | 硬碟容錯嗎 ? | N 顆硬碟 可用容量 |
| RAID level 0 | Stripe / Span | No | N |
| RAID level 1 | Mirror | Yes | N/2 |
| RAID level 3 | Parallel with Parity | Yes | N-1 |
| RAID level 4 | Parallel with Parity | Yes | N-1 |
| RAID level 5 | Striped with Rotating Parity | Yes | N-1 |
| RAID level 0+1(10 ) | Mirror + Stripe | Yes | N/2 |
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