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磁盘阵列服务器(服务器磁盘阵列教程)

在计算机发展初期,“大容量”硬盘的价格还是相当高的。解决数据存储安全问题的主要方法是使用磁带机等设备进行备份。这种方法虽然可以保证数据的安全性,但是查阅和备份起来还是比较繁琐的。1987年,帕特森、吉布森和卡茨三位工程师在加州大学伯克利分校发表了题为《A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks(廉价磁盘冗余阵列方案)》的论文。他们的基本想法是有机地结合几个小而相对便宜的硬盘驱动器,使其性能超过昂贵的大硬盘。这个设计理念很快被接受。此后,RAID技术被广泛应用,数据存储进入了更快、更安全、更便宜的新时代。

磁盘阵列对于PC用户来说是陌生而神秘的。印象深刻的磁盘阵列似乎还停留在这样一个场景中:宽阔的大厅里,摆放着无数的磁盘柜,几个表情阴郁、头发早秃的工程师徘徊在其中,不断地拔出一块块沉重的硬盘,插入一块块看似更重的硬盘.最后,随着大容量硬盘价格的不断降低和个人电脑性能的不断提升,IDE-RAID作为提高磁盘性能最廉价的解决方案开始进入普通用户的电脑系统。

1.RAID技术规范介绍

RAID技术主要包括RAID 0~RAID 7等几个规范,侧重点不同。常见规格如下:

RAID 0:RAID 0以位或字节为单位连续划分数据,并行在多个磁盘上读/写,所以数据传输速率高,但没有数据冗余,不能算是真正的RAID结构。RAID 0只是提高了性能,并不能保证数据的可靠性,一个磁盘的故障会影响所有数据。所以RAID 0无法应用于对数据安全性要求高的场合。

RAID 1:通过磁盘数据镜像实现数据冗余,在成对的独立磁盘上产生相互备份的数据。当原始数据繁忙时,可以直接从镜像副本读取数据,因此RAID 1可以提高读取性能。RAID 1是磁盘阵列中单位成本最高的,但它提供了很高的数据安全性和可用性。当一个磁盘出现故障时,系统可以自动切换到镜像磁盘进行读写,而不需要重新组织故障数据。

RAID 1:又称RAID 10标准,实际上是RAID 0和RAID 1标准结合的产物。它以位或字节为单位连续划分数据并并行读写多个磁盘,并为每个磁盘制作磁盘镜像以实现冗余。它的优点是既有RAID 0的非凡速度,又有RAID 1的高数据可靠性,但CPU利用率也更高,磁盘利用率更低。

RAID 2:数据分块分布在不同的硬盘上,块单位为比特或字节,使用一种叫做“加权平均纠错码(汉明码)”的编码技术来提供错误检查和恢复。这种编码技术需要多个磁盘来存储校验与恢复信息,使得RAID 2技术的实现更加复杂,因此在商业环境中很少使用。

RAID 3:它与RAID 2非常相似,因为数据条以块的形式分布在不同的硬盘上。不同之处在于,RAID 3使用简单奇偶校验,并使用单个磁盘来存储奇偶校验信息。如果一个磁盘出现故障,奇偶磁盘和其他数据磁盘可以重新生成数据;如果奇偶校验磁盘出现故障,不会影响数据的使用。RAID可以为大量连续数据提供良好的传输速率,但对于随机数据,奇偶校验磁盘会成为写操作的瓶颈。

RAID 4:RAID 4也将数据分块,分布在不同的磁盘上,但块的单位是块或记录。RAID 4使用一个磁盘作为奇偶校验磁盘,每次写操作都需要访问奇偶校验磁盘。这时候奇偶校验磁盘就会成为写操作的瓶颈,所以RAID 4很少用在商业环境中。

RAID 5:RAID 5不单独指定奇偶校验磁盘,而是交叉访问所有磁盘上的数据和奇偶校验信息。在RAID 5上,读/写指针可以同时操作阵列设备,从而提供更高的数据流量。RAID 5更适合小数据块和随机读写的数据。与RAID 5相比,RAID 3与RAID 5的主要区别在于,RAID 3中的每一次数据传输都涉及所有阵列磁盘;然而,对于RAID 5,大多数数据传输只在一个磁盘上操作,并且可以并行操作。在RAID 5中,存在“写丢失”,即每次写操作会产生四次实际的读/写操作,其中旧数据和奇偶信息被读取两次,新数据和奇偶信息被写入两次。

RAID 6:与RAID 5相比,RAID 6增加了第二个独立的奇偶校验信息块。两个独立的奇偶校验系统使用不同的算法,所以数据的可靠性非常高。即使两个磁盘同时出现故障,也不会影响数据的使用。但RAID 6需要更多分配给奇偶信息的磁盘空间,比RAID 5有更大的“写损耗”,所以“写性能”很差。糟糕的性能和复杂的实现使得RAID 6在实践中很少使用。

RAID 7:这是一种新的RAID标准,自带智能实时操作系统和存储管理的软件工具,可以完全独立于主机运行,不占用主机的CPU资源。RAID 7可以看作是存储计算机,和其他RAID标准有明显的区别。除了上述标准(如表1所示),我们还可以结合RAID 0 1等各种RAID规范来构建所需的RAID阵列。例如,RAID 5 3(RAID 53)是一种广泛使用的阵列形式。通常,用户可以灵活地配置磁盘阵列,以获得更好地满足其要求的磁盘存储系统。

最初RAID方案主要是针对SCSI硬盘系统,系统成本比较贵。1993年,HighPoint公司推出了第一款IDE-RAID控制芯片,可以使用相对便宜的IDE硬盘构建RAID系统,从而大大降低了RAID的“门槛”。此后,个人用户开始关注这项技术,因为硬盘是现代个人电脑中最“慢”也最不安全的设备,用户存储的数据往往远远超过电脑本身的价格。在相对较低的成本下,RAID技术可以让个人用户享受双倍的磁盘速度和更高的数据安全性。目前PC市场的IDE-RAID控制芯片主要来自HighPoint和Promise,也有一部分来自AMI。

面向个人用户的IDE-RAID芯片一般只提供RAID 0、RAID 1、RAID 0 1(RAID 10)等RAID规范的支持。虽然在技术上不能和商业系统相比,但是它们提供的速度提升和安全保障对于普通用户来说已经足够了。随着硬盘接口传输速率的不断提高,IDE-RAID芯片也在不断更新。芯片市场上的主流芯片都已经支持ATA 100标准,而HighPoint公司的新HPT 372芯片和Promise最新的PDC20276芯片甚至可以支持ATA 133标准的IDE硬盘。在主板厂商竞争越来越激烈,PC用户需求越来越大的今天,主板上有RAID芯片的厂商不在少数。用户可以直接组建自己的磁盘阵列,无需购买RAID卡,感受磁盘的飙升速度。

2.硬件控制芯片实现IDE RAID的方法

在RAID系列中,RAID 0和RAID 1在个人计算机上使用最为广泛。毕竟个人用户愿意用4块或者更多的硬盘来搭建RAID 0 1或者其他硬盘阵列的还是很少的。所以这里只解释这两种RAID方式。我们选择支持IDE-RAID功能的升级版KT7A-R AID主板,一步步介绍IDE-RAID的安装。升级KT7A-RAID集成HighPoint 370芯片,支持RAID 0,1,0 1。

硬盘是RAID不可或缺的。RAID 0和RAID 1对磁盘有不同的要求。RAID 1(镜像)磁盘映像一般要求两个(或更多)硬盘具有相同的容量,而RAID 0(条带化)磁盘一般没有此要求。当然,选择容量相近、性能相近甚至完全相同的硬盘是最理想的。为了测试方便,我们选用了两块60GB的希捷Coolfish 硬盘(梭鱼ATA ,编号ST360021A)。系统采用了Duron 750MHz CPU,2128MB柴火金条SDRAM,更胜GeForce2 Pro显卡,应该说是比较常见的配置。我们还希望了解构建RAID所需的系统要求。

1.1的创造。RAID 0

第一步

首先,备份硬盘上的数据。很多用户不重视备份,尤其是一些粗心的个人用户。创建RAID对数据来说是一项危险的操作。如果你不小心,你可能会破坏整个硬盘的数据。我们首先介绍的RAID 0尤其如此。创建RAID 0时,阵列中磁盘上的所有数据,包括硬盘分区表,都将被擦除。因此,准备一张带有Fdisk和Format命令的Windows 98启动盘是很重要的。

第二步

将两块硬盘的跳线设置为Master,分别连接升级KT7A-RAID的IDE3和IDE4端口(由主板上的HighPoint370芯片控制)。由于RAID 0会重建两个硬盘的分区表,所以我们不需要考虑硬盘连接的顺序(下面我们会看到,这个顺序在创建RAID 1时很重要)。

第三步

设置BIOS并打开ATA RAID控制器。我们在升级后的KT7A-RAID主板的BIOS中进入集成外设选项,打开ATA100 RAID IDE控制器。升级技术建议将引导顺序更改为ATA 100 RAID。实际上,我们在系统安装时发现这是不可行的。没有分区的硬盘可以启动吗?所以我们还是把软驱定为首选。

第四步

下一个设置步骤是创建RAID 0的核心内容,我们将以图形方式向您详细介绍:

1.设置好系统BIOS后,重启电脑,开机检测时不会报告硬盘。

2.磁盘的管理将由HighPoint 370芯片接管。

3.以下是HighPoint 370 BIOS的关键设置。在HighPoint 370磁盘扫描界面同时按“Ctrl”和“H”。

4.进入HighPoint 370 BIOS设置界面后第一件事就是选择“创建RAID”来创建RAID。

5.在“阵列模式”中选择RAID模式。这里可以看到RAID 0,RAID 1,RAID 0 1,Span的选项。这里,我们选择了RAID 0。

6.RAID模式选择

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