RAID1

 

RAID1是使用磁盤鏡像(diskmirroring)的技術。磁盤鏡像應用在RAID1之前就在很多系統中使用,它的方式是在工作磁盤(workingdisk)之外再加一額外的備份磁盤(backupdisk),兩個磁盤所儲存的數據完全一樣,數據寫入工作磁盤的同時亦寫入備份磁盤。磁盤鏡像不見得就是RAID1,如NovellNetware亦有提供磁盤鏡像的功能,但并不表示Netware有了RAID1的功能。一般磁盤鏡像和RAID1有二點最大的不同:

 

RAID1無工作磁盤和備份磁盤之分,多個磁盤可同時動作而有重疊(overlaping)讀取的功能,甚至不同的鏡像磁盤可同時作寫入的動作,這是一種最佳化的方式,稱為負載平衡(load-balance)。例如有多個用戶在同一時間要讀取數據,系統能同時驅動互相鏡像的磁盤,同時讀取數據,以減輕系統的負載,增加I/O的性能。

 

RAID1的磁盤是以磁盤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,它幾乎和RAID0有同樣的性能。從RAID的結構就可以很清楚的看出RAID1和一般磁盤鏡像的不同。

 

為RAID1,每一筆數據都儲存兩份:

R:N(可同時讀取所有磁盤)

W:N/2(同時寫入磁盤數)

S:N/2(利用率)

 

讀取數據時可用到所有的磁盤,充分發揮數據分段的優點;寫入數據時,因為有備份,所以要寫入兩個磁盤,其效率是N/2,磁盤空間的使用率也只有全部磁盤的一半。

 

很多人以為RAID1要加一個額外的磁盤,形成浪費而不看好RAID1,事實上磁盤越來越便宜,并不見得造成負擔,況且RAID1有最好的容錯(faulttolerence)能力,其效率也是除RAID0之外最好的。

 

在磁盤陣列的技術上,從RAID1到RAID5,不停機的意思表示在工作時如發生磁盤故障,系統能持續工作而不停頓,仍然可作磁盤的存取,正常的讀寫數據;而容錯則表示即使磁

 

盤故障,數據仍能保持完整,可讓系統存取到正確的數據,而SCSI的磁盤陣列更可在工作中抽換磁盤,并可自動重建故障磁盤的數據。磁盤陣列之所以能做到容錯及不停機,

 

是因為它有冗余的磁盤空間可資利用,這也就是Redundant的意義。

 

RAID2

 

RAID2是把數據分散為位(bit)或塊(block),加入海明碼HammingCode,在磁盤陣列中作間隔寫入(interleaving)到每個磁盤中,而且地址(address)都一樣,也就是在各個磁盤中,其數據都在相同的磁道(cylinderortrack)及扇區中。RAID2的設計是使用共軸同步(spindlesynchronize)的技術,存取數據時,整個磁盤陣列一起動作,在各作磁盤的相同位置作平行存取,所以有最好的存取時間(accesstime),其總線(bus)是特別的設計,以大帶寬(bandwide)并行傳輸所存取的數據,所以有最好的傳輸時間(transfertime)。在大型檔案的存取應用,RAID2有最好的性能,但如果檔案太小,會將其性能拉下來,因為磁盤的存取是以扇區為單位,而RAID2的存取是所有磁盤平行動作,而且是作單位元的存取,故小于一個扇區的數據量會使其性能大打折扣。RAID2是設計給需要連續且大量數據的電腦使用的,如大型電腦(mainframetosupercomputer)、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環境、網絡服務器(networkserver),小型機或PC。

 

RAID2的安全采用內存陣列(memoryarray)的技術,使用多個額外的磁盤作單位錯誤校正(single-bitcorrection)及雙位錯誤檢測(double-bitdetection);至于需要多少個額外的磁盤,則視其所采用的方法及結構而定,例如八個數據磁盤的陣列可能需要三個額外的磁盤,有三十二個數據磁盤的高檔陣列可能需要七個額外的磁盤。

 

RAID3

 

RAID3的數據儲存及存取方式都和RAID2一樣,但在安全方面以奇偶校驗(paritycheck)取代海明碼做錯誤校正及檢測,所以只需要一個額外的校檢磁盤(paritydisk)。

 

奇偶校驗值的計算是以各個磁盤的相對應位作XOR的邏輯運算,然后將結果寫入奇偶校驗磁盤,任何數據的修改都要做奇偶校驗計算,如某一磁盤故障,換上新的磁盤后,整個磁盤陣列(包括奇偶校驗磁盤)需重新計算一次,將故障磁盤的數據恢復并寫入新磁盤中;如奇偶校驗磁盤故障,則重新計算奇偶校驗值,以達容錯的要求.

 

較之RAID1及RAID2,RAID3有85的磁盤空間利用率,其性能比RAID2稍差,因為要做奇偶校驗計算;共軸同步的平行存取在讀檔案時有很好的性能,但在寫入時較慢,需要重新計算及修改奇偶校驗磁盤的內容。RAID3和RAID2有同樣的應用方式,適用大檔案及大量數據輸出入的應用,并不適用于PC及網絡服務器。

 

RAID4

 

RAID4也使用一個校驗磁盤,但和RAID3不一樣

 

RAID4是以扇區作數據分段,各磁盤相同位置的分段形成一個校驗磁盤分段(parityblock),放在校驗磁盤。這種方式可在不同的磁盤平行執行不同的讀取命今,大幅提高磁盤陣列的讀取性能;但寫入數據時,因受限于校驗磁盤,同一時間只能作一次,啟動所有磁盤讀取數據形成同一校驗分段的所有數據分段,與要寫入的數據做好校驗計算再寫入。即使如此,小型檔案的寫入仍然比RAID3要快,因其校驗計算較簡單而非作位(bitlevel)的計算;但校驗磁盤形成RAID4的瓶頸,降低了性能,因有RAID5而使得RAID4較少使用。