硬盤(pán)維修資料2

目前改進(jìn)磁盤(pán)存取速度的的方式主要有兩種。一是磁盤(pán)快取控制(disk cache controller),它將從磁盤(pán)讀取的數據存在快取內存(cache memory)中以減少磁盤(pán)存取的次數,數據的讀寫(xiě)都在快取內存中進(jìn)行,大幅增加存取的速度,如要讀取的數據不在快取內存中,或要寫(xiě)數據到磁盤(pán)時(shí),才做磁盤(pán)的存取動(dòng)作。這種方式在單工環(huán)境(single- tasking envioronment)如DOS之下,對大量數據的存取有很好的性能(量小且頻繁的存取則不然),但在多工(multi-tasking)環(huán)境之下(因為要不停的作數據交換(swapping) 的動(dòng)作)或數據庫(database)的存取(因為每一記錄都很小)就不能顯示其性能。這種方式?jīng)]有任何安全保障。
其二是使用磁盤(pán)陣列的技術(shù)。磁盤(pán)陣列是把多個(gè)磁盤(pán)組成一個(gè)陣列,當作單一磁盤(pán)使用,它將數據以分段(striping)的方式儲存在不同的磁盤(pán)中,存取數據時(shí),陣列中的相關(guān)磁盤(pán)一起動(dòng)作,大幅減低數據的存取時(shí)間,同時(shí)有更佳的空間利用率。磁盤(pán)陣列所利用的不同的技術(shù),稱(chēng)為RAID level,不同的level針對不同的系統及應用,以解決數據安全
的問(wèn)題。
一般高性能的磁盤(pán)陣列都是以硬件的形式來(lái)達成,進(jìn)一步的把磁盤(pán)快取控制及磁盤(pán)陣列結合在一個(gè)控制器(RAID controler或控制卡上,針對不同的用戶(hù)解決人們對磁盤(pán)輸出入系統的四大要求:
(1)增加存取速度,
(2)容錯(fault tolerance),即安全性
(3)有效的利用磁盤(pán)空間;
(4)盡量的平衡CPU,內存及磁盤(pán)的性能差異,提高電腦的整體工作性能。
2.磁盤(pán)陣列原理
磁盤(pán)陣列中針對不同的應用使用的不同技術(shù),稱(chēng)為RAID level,RAID是Redundent Array of Inexpensive Disks的縮寫(xiě),而每一level代表一種技術(shù),目前業(yè)界公認的標準是RAID 0~RAID 5。這個(gè)level并不代表技術(shù)的高低,level 5并不高于level 3,level 1也不低過(guò)level 4,至于要選擇那一種RAID level的產(chǎn)品,純視用戶(hù)的操作環(huán)境(operating environment)及應用(application)而定,與level的高低沒(méi)有必然的關(guān)系。
RAID 0及RAID 1適用于PC及PC相關(guān)的系統如小型的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器(network server)及需要高磁盤(pán)容量與快速磁盤(pán)存取的工作站等,比較便宜;RAID 3及RAID 4適用于大型電腦及影像、CAD/CAM等處理;RAID 5多用于OLTP（在線(xiàn)事務(wù)處理）,因有金融機構及大型數據處理中心的迫切需要,故使用較多而較有名氣, RAID 2較少使用,其他如RAID 6,RAID 7,乃至RAID 10等,都是廠(chǎng)商各做各的,并無(wú)一致的標準,在此不作說(shuō)明。介紹各個(gè)RAID level之前, 先看看形成磁盤(pán)陣列的兩個(gè)基本技術(shù):
磁盤(pán)延伸(Disk Spanning):
譯為磁盤(pán)延伸,能確切的表示disk spanning這種技術(shù)的含義。如圖磁盤(pán)陣列控制器, 聯(lián)接了四個(gè)磁盤(pán),這四個(gè)磁盤(pán)形成一個(gè)陣列(array),而磁盤(pán)陣列的控制器(RAID controller)是將此四個(gè)磁盤(pán)視為單一的磁盤(pán),如DOS環(huán)境下的C:盤(pán)。這是disk spanning的意義,因為把小容量的磁盤(pán)延伸為大容量的單一磁盤(pán),用戶(hù)不必規劃數據在各磁盤(pán)的分布,而且提高了磁盤(pán)空間的使用率。并使磁盤(pán)容量幾乎可作無(wú)限的延伸;而各個(gè)磁盤(pán)一起作取存的動(dòng)作,比單一磁盤(pán)更為快捷。很明顯的,有此陣列的形成而產(chǎn)生RAID的各種技術(shù)。
磁盤(pán)或數據分段(Disk Striping or Data Striping):
因為磁盤(pán)陣列是將同一陣列的多個(gè)磁盤(pán)視為單一的虛擬磁盤(pán)(virtual disk),所以其數據是以分段(block or segment)的方式順序存放在磁盤(pán)陣列中,數據按需要分段,從第一個(gè)磁盤(pán)開(kāi)始放,放到最後一個(gè)磁盤(pán)再回到第一個(gè)磁盤(pán)放起,直到數據分布完畢。至于分段的大小視系統而定,有的系統或以1KB最有效率,或以4KB,或以6KB,甚至是4MB或8MB的,但除非數據小于一個(gè)扇區(sector,即521bytes),否則其分段應是512byte的倍數。因為磁盤(pán)的讀寫(xiě)是以一個(gè)扇區為單位,若數據小于512bytes,系統讀取該扇區后,還要做組合或分組(視讀或寫(xiě)而定)的動(dòng)作,浪費時(shí)間。從上圖我們可以看出,數據以分段于在不同的磁盤(pán),整個(gè)陣列的各個(gè)磁盤(pán)可同時(shí)作讀寫(xiě),故數據分段使數據的存取有最好的效率,理論上本來(lái)讀一個(gè)包含四個(gè)分段的數據所需要的時(shí)間約=(磁盤(pán)的access time+數據的tranfer time)X4次,現在只要一次就可以完成。
若以N表示磁盤(pán)的數目,R表示讀取,W表示寫(xiě)入,S表示可使用空間,則數據分段的性能為:
R:N(可同時(shí)讀取所有磁盤(pán))
W:N(可同時(shí)寫(xiě)入所有磁盤(pán))
S:N(可利用所有的磁盤(pán),并有最佳的使用率)
Disk striping也稱(chēng)為RAID 0,很多人以為RAID 0沒(méi)有甚么,其實(shí)這是非常錯誤的觀(guān)念, 因為RAID 0使磁盤(pán)的輸出入有最高的效率。而磁盤(pán)陣列有更好效率的原因除數據分段外,它可以同時(shí)執行多個(gè)輸出入的要求,因為陣列中的每一個(gè)磁盤(pán)都能獨立動(dòng)作,分段放在不同的磁盤(pán),不同的磁盤(pán)可同時(shí)作讀寫(xiě),而且能在快取內存及磁盤(pán)作并行存取(parallel access)的動(dòng)作,但只有硬件的磁盤(pán)陣列才有此性能表現。
從上面兩點(diǎn)我們可以看出,disk spanning定義了RAID的基本形式,提供了一個(gè)便宜、靈活、高性能的系統結構,而disk striping解決了數據的存取效率和磁盤(pán)的利用率問(wèn)題,RAID 1至RAID 5是在此基礎上提供磁盤(pán)安全的方案。
RAID 1
RAID 1是使用磁盤(pán)鏡像(disk mirroring)的技術(shù)。磁盤(pán)鏡像應用在RAID 1之前就在很多系統中使用,它的方式是在工作磁盤(pán)(working disk)之外再加一額外的備份磁盤(pán)(backup disk),兩個(gè)磁盤(pán)所儲存的數據完全一樣,數據寫(xiě)入工作磁盤(pán)的同時(shí)亦寫(xiě)入備份磁盤(pán)。磁盤(pán)鏡像不見(jiàn)得就是RAID 1,如Novell Netware亦有提供磁盤(pán)鏡像的功能,但并不表示Netware有了RAID 1的功能。一般磁盤(pán)鏡像和RAID 1有二點(diǎn)最大的不同:
RAID 1無(wú)工作磁盤(pán)和備份磁盤(pán)之分,多個(gè)磁盤(pán)可同時(shí)動(dòng)作而有重疊(overlaping)讀取的功能,甚至不同的鏡像磁盤(pán)可同時(shí)作寫(xiě)入的動(dòng)作,這是一種最佳化的方式,稱(chēng)為負載平衡(load-balance)。例如有多個(gè)用戶(hù)在同一時(shí)間要讀取數據,系統能同時(shí)驅動(dòng)互相鏡像的磁盤(pán),同時(shí)讀取數據,以減輕系統的負載,增加I/O的性能。
RAID 1的磁盤(pán)是以磁盤(pán)延伸的方式形成陣列,而數據是以數據分段的方式作儲存,因而在讀取時(shí),它幾乎和RAID 0有同樣的性能。從RAID的結構就可以很清楚的看出RAID 1和一般磁盤(pán)鏡像的不同。
下圖為RAID 1,每一筆數據都儲存兩份:
從圖可以看出:
R:N(可同時(shí)讀取所有磁盤(pán))
W:N/2(同時(shí)寫(xiě)入磁盤(pán)數)
S:N/2(利用率)
讀取數據時(shí)可用到所有的磁盤(pán),充分發(fā)揮數據分段的優(yōu)點(diǎn);寫(xiě)入數據時(shí),因為有備份,所以要寫(xiě)入兩個(gè)磁盤(pán),其效率是N/2,磁盤(pán)空間的使用率也只有全部磁盤(pán)的一半。
很多人以為RAID 1要加一個(gè)額外的磁盤(pán),形成浪費而不看好RAID 1,事實(shí)上磁盤(pán)越來(lái)越便宜,并不見(jiàn)得造成負擔,況且RAID 1有最好的容錯(fault tolerence)能力,其效率也是除RAID 0之外最好的。
在磁盤(pán)陣列的技術(shù)上,從RAID 1到RAID 5,不停機的意思表示在工作時(shí)如發(fā)生磁盤(pán)故障, 系統能持續工作而不停頓,仍然可作磁盤(pán)的存取,正常的讀寫(xiě)數據;而容錯則表示即使磁盤(pán)故障,數據仍能保持完整,可讓系統存取到正確的數據,而SCSI的磁盤(pán)陣列更可在工作中抽換磁盤(pán),并可自動(dòng)重建故障磁盤(pán)的數據。磁盤(pán)陣列之所以能做到容錯及不停機, 是因為它有冗余的磁盤(pán)空間可資利用,這也就是Redundant的意義。
RAID 2
RAID 2是把數據分散為位(bit)或塊(block),加入海明碼Hamming Code,在磁盤(pán)陣列中作間隔寫(xiě)入(interleaving)到每個(gè)磁盤(pán)中,而且地址(address)都一樣,也就是在各個(gè)磁盤(pán)中,其數據都在相同的磁道(cylinder or track)及扇區中。RAID 2的設計是使用共軸同步(spindle synchronize)的技術(shù),存取數據時(shí),整個(gè)磁盤(pán)陣列一起動(dòng)作,在各作磁
盤(pán)的相同位置作平行存取,所以有最好的存取時(shí)間(accesstime),其總線(xiàn)(bus)是特別的設計,以大帶寬(band wide)并行傳輸所存取的數據,所以有最好的傳輸時(shí)間(transfer time)。在大型檔案的存取應用,RAID 2有最好的性能,但如果檔案太小,會(huì )將其性能拉下來(lái),因為磁盤(pán)的存取是以扇區為單位,而RAID 2的存取是所有磁盤(pán)平行動(dòng)作,而且是作
單位元的存取,故小于一個(gè)扇區的數據量會(huì )使其性能大打折扣。RAID 2是設計給需要連續且大量數據的電腦使用的,如大型電腦(mainframe to supercomputer)、作影像處理或CAD/CAM的工作站(workstation)等,并不適用于一般的多用戶(hù)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器 (network server),小型機或PC。
RAID 2的安全采用內存陣列(memory array)的技術(shù),使用多個(gè)額外的磁盤(pán)作單位錯誤校正(single-bit correction)及雙位錯誤檢測(double-bit detection);至于需要多少個(gè)額外的磁盤(pán),則視其所采用的方法及結構而定,例如八個(gè)數據磁盤(pán)的陣列可能需要三個(gè)額外的磁盤(pán),有三十二個(gè)數據磁盤(pán)的高檔陣列可能需要七個(gè)額外的磁盤(pán)。

哎，樓主，正點(diǎn)簡(jiǎn)單易懂的，