磁盘阵列在校园网服务器中的应用

摘要：学校网络中心集中了校园网各种类型的服务器，服务器存放各种资源和提供各种服务，在校园网中起到举足轻重的作用。服务器对硬件的各方面性能要求比较高，磁盘阵列的出现正是为了满足该需要而产生的。该文介绍RAID的类型，阐述不同服务器应如何根据不同需求选择最适合自己的磁盘阵列。

关键词：磁盘阵列；服务器；磁盘控制器

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)01-0031-02

The Apply of the Disk Array in Campus Network Servers

JIN Xin-sheng

(Henan Finance and Econimics Shool, Zhengzhou 450012, China)

Abstract: Various types of the server is concentrated in the school network center, and servers stores various resources and provides service,which is a very important role in campus network. Servers demands highly with hardware every aspect of performance,disk array exists to meet the needs of this.This article introduces the type of RAID, and clarify that how different servers choose the most suitable disk arrayunder different needs.

Key words: disk array; server; disk controller

1 概述

随着计算机和网络技术的迅速发展，人们对计算机和网络的要求越来越高，海量存储、快速存储和数据安全问题日益突出，而磁盘是涉及这些问题的设备之一。磁盘阵列(Disk Array)技术的出现就是为了缩小日益扩大的CPU速度和磁盘存储器速度之间的差距。其策略是用多个较小的磁盘驱动器替换单一的大容量磁盘驱动器，同时合理地在多个磁盘上分布存放数据以支持同时从多个磁盘进行读写，从而改善系统的I/O性能。小容量驱动器阵列比大容量驱动器阵列具有成本低、功耗小、性能好等优势。低代价的编码容错方案在保持阵列的速度与容量优势的同时保证了极高的可靠性，同时也较为容易扩展容量。

2 独立磁盘冗余阵列

2.1 磁盘阵列的特点

RAID（Redundant Array of Inexpensive Disk，独立磁盘冗余阵列）有时也简称磁盘阵列(Disk Array)。磁盘阵列是由一个硬盘控制器来控制多个硬盘相互连接，使多个硬盘的读写同步，减少错误，增加效率和可靠度的技术。

简单的说，RAID就是一种把多块独立的物理硬盘按不同的方式组合起来形成一个逻辑硬盘，提供比单个硬盘更高的存储性能和数据备份的技术。对用户来说，组成的磁盘组就像是一个硬盘，用户可以对它像单个硬盘一样进行分区、格式化等。通常把组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别。

RAID的工作原理决定了RAID技术具有两大特点：一是RAID具有较高的读写速度；二是安全，RAID提供数据备份技术，保证了数据的安全性。

2.2 RAID技术分类

磁盘阵列分为全软阵列、半软阵列和全硬阵列三种。

1) 全软阵列。指RAID的所有功能都是由主机的CPU来完成，没有第三方的控制/处理芯片，这是一种较低效的RAID。

2) 半软半硬阵列。该阵列主要缺乏自己的I/O处理芯片，所以这方面的工作仍需要由CPU和驱动程序来完成。而且，这种阵列所采用的RAID控制/处理芯片的能力一般都较弱，不能支持高的RAID。

3) 全硬阵列。该阵列具备了自己的RAID控制/处理芯片和I/O处理芯片，甚至还有阵列缓存,是一个完整的系统，所有需要的功能均可以做进去，所以，硬阵列所提供的功能和性能均比软阵列好。全硬阵列主要有两种方式。第一种是RAID适配卡，通过RAID适配卡插入PCI插槽再接上硬盘实现硬盘的RAID功能。第二种方式是直接在主板上集成RAID控制/处理芯片，让主板能直接实现磁盘RAID,这种方式成本低于专用的RAID适配卡。

2.3 RAID的基本工作模式

RAID技术经过不断的发展，现在已拥有了从RAID0到6这7种基本的RAID级别。另外，根据实际需求，人们将一些基本的RAID级别组合在一起，形成了一些基本RAID级别的组合，如RAID10（RAID0和RAID1的组合）、RAID50（RAID0和RAID5的组合）等。不同RAID级别分别代表着不同的数据安全性、存储性能和存储成本。

1) RAID0：RAID0又称Stripe（条带化）或Striping ，它代表所有RAID级别中最高的存储性能。它采用了数据分割技术，将所有硬盘组成一个磁盘阵列，同时读写多个硬盘，这种并行操作充分利用了总线的带宽，大大提高了磁盘的整体存取性能。但不提供数据冗余功能，所以当一块硬盘损坏时，所有的数据都会出错。RAID0具有的特点，使其特别适用于对性能要求较高，而对数据安全性要求低的领域，如图形工作站等。

2) RAID1：RAID1又称为Mirror或Mirroring(镜像)，它的操作方式是把写入硬盘的数据全部自动复制到另外一个硬盘上，最大可能的保证用户数据的安全性。因为是对存储的数据进行完全备份，所以RAID1是所有的RAID级别中提供数据安全保障最高的，但是备份数据占了总存储空间的一半,因此RAID1的磁盘空间利用率只有50%，存储成本比较高。

RAID1具有教高的数据安全性，适用于存放重要数据，如数据库存储等。

3) RAID2：RAID2采用了海明码纠错技术，因此用户需要提供校验盘来提供单纠错和双验错功能，对数据的访问要涉及阵列中的每一个磁盘。在大量数据传输的场合中I/O性能较高，不利于小批量数据的传输，因此在实际应用中很少使用。

4) RAID3：RAID3是把数据分成多个“块”，按照一定的容错算法存放在N+1个硬盘上，实际数据存储在前面N个硬盘上，第N+1个硬盘上存储的数据是校验容错信息。当这N+1个硬盘中有任意一个出现故障时，可以从其他N个硬盘中的数据恢复原始数据。

RAID3在读写速度方面相对RAID0较慢。它使用的容错算法和分块大小决定了RAID3适合大文件类型且对安全性要求较高的应用场合，如视频编辑和大型数据库等。

5) RAID5：RAID5是一种兼顾数据安全、存储性能和存储成本的存储解决方案。它把数据和相对应的奇偶校验信息分别存储到组成RAID5的各个不同磁盘上。如果RAID5中的任意一个磁盘数据出现问题后，可以利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息恢复出现问题的数据。

RAID5是RAID0和RAID1的折中方案。RAID5比RAID0数据安全保障性高，和RAID0有近似的数据读取速度，写入速度稍慢一些，但是磁盘利用率要比RAID1高。