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RAID原理,磁盘阵列(Disk Array)原理(3)
RAID 2
RAID 2是把数据分散为位(bit)或块(block),加入海明码Hamming Code,在磁盘阵列中 作间隔写入(interleaving)到每个磁盘中,而且地址(address)都一样,也就是在各个磁 盘中,其数据都在相同的磁道(cylinder or track)及扇区中。RAID 2的设计是使用共 轴同步(spindle synchronize)的技术,存取数据时,整个磁盘阵列一起动作,在各作磁 盘的相同位置作平行存取,所以有最好的存取时间(accesstime),其总线(bus)是特别的 设计,以大带宽(band wide)并行传输所存取的数据,所以有最好的传输时间(transfer time)。在大型档案的存取应用,RAID 2有最好的性能,但如果档案太小,会将其性能拉 下来,因为磁盘的存取是以扇区为单位,而RAID 2的存取是所有磁盘平行动作,而且是作 单位元的存取,故小于一个扇区的数据量会使其性能大打折扣。RAID 2是设计给需要连 续且大量数据的电脑使用的,如大型电脑(mainframe to supercomputer)、作影像处理 或CAD/CAM的工作站(workstation)等,并不适用于一般的多用户环境、网络服务器 (network server),小型机或PC。
RAID 2的安全采用内存阵列(memory array)的技术,使用多个额外的磁盘作单位错误校 正(single-bit correction)及双位错误检测(double-bit detection);至于需要多少个 额外的磁盘,则视其所采用的方法及结构而定,例如八个数据磁盘的阵列可能需要三个 额外的磁盘,有三十二个数据磁盘的高档阵列可能需要七个额外的磁盘。
RAID 3
RAID 3的数据储存及存取方式都和RAID 2一样,但在安全方面以奇偶校验(parity check)取代海明码做错误校正及检测,所以只需要一个额外的校检磁盘(parity disk)。 奇偶校验值的计算是以各个磁盘的相对应位作XOR的逻辑运算,然后将结果写入奇偶校 验磁盘,任何数据的修改都要做奇偶校验计算,如图:
如某一磁盘故障,换上新的磁盘后,整个磁盘阵列(包括奇偶校验磁盘)需重新计算一次, 将故障磁盘的数据恢复并写入新磁盘中;如奇偶校验磁盘故障,则重新计算奇偶校验值, 以达容错的要求.
较之RAID 1及RAID 2,RAID 3有85%的磁盘空间利用率,其性能比RAID 2稍差,因为要 做奇偶校验计算;共轴同步的平行存取在读档案时有很好的性能,但在写入时较慢,需要 重新计算及修改奇偶校验磁盘的内容。RAID 3和RAID 2有同样的应用方式,适用大档 案及大量数据输出入的应用,并不适用于PC及网络服务器。
RAID 4
RAID 4也使用一个校验磁盘,但和RAID 3不一样,如图:
RAID 4是以扇区作数据分段,各磁盘相同位置的分段形成一个校验磁盘分段(parity block),放在校验磁盘。这种方式可在不同的磁盘平行执行不同的读取命今,大幅提高磁 盘阵列的读取性能;但写入数据时,因受限于校验磁盘,同一时间只能作一次,启动所有 磁盘读取数据形成同一校验分段的所有数据分段,与要写入的数据做好校验计算再写 入。即使如此,小型档案的写入仍然比RAID 3要快,因其校验计算较简单而非作位(bit level)的计算;但校验磁盘形成RAID 4的瓶颈,降低了性能,因有RAID 5而使得RAID 4 较少使用。
RAID 5 RAID5避免了RAID 4的瓶颈,方法是不用校验磁盘而将校验数据以循环的方式放在每一 个磁盘中,如下图:
磁盘阵列的第一个磁盘分段是校验值,第二个磁盘至后一个磁盘再折回第一个磁盘的分 段是数据,然后第二个磁盘的分段是校验值,从第三个磁盘再折回第二个磁盘的分段是 数据,以此类推,直到放完为止。图中的第一个parity block是由A0,A1...,B1,B2计算 出来,第二个parity block是由B3,B4,...,C4,D0计算出来,也就是校验值是由各磁盘 同一位置的分段的数据所计算出来。这种方式能大幅增加小档案的存取性能,不但可同 时读取,甚至有可能同时执行多个写入的动作,如可写入数据到磁盘1而其parity block在磁盘2,同时写入数据到磁盘4而其parity block在磁盘1,这对联机交易处理 (OLTP,On-Line Transaction Processing)如银行系统、金融、股市等或大型数据库的 处理提供了最佳的解决方案(solution),因为这些应用的每一笔数据量小,磁盘输出入 频繁而且必须容错。
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