磁盘陈列技术

磁盘陈列技术

磁盘陈列技术

磁盘阵列(discarray)是由许多台磁盘机或光盘机按一定的规则，如分条(striping)、分块(declustering)、交叉存取(interleaving)等组成一个快速，超大容量的外存储器子系统。它在阵列控制器的控制和管理下，实现快速，并行或交叉存取，并有较强的容错能力。从用户观点看，磁盘阵列虽然是由几个、几十个甚至上百个盘组成，但仍可认为是一个单一磁盘，其容量可以高达几百～上千千兆字节，因此这一技术广泛为多媒体系统所欢迎。

一、磁盘阵列

磁盘阵列的全称是：redundanarrayofinexpensivedisk，简称raid技术。它是1988年由美国加州大学berkeley分校的davidpatterson教授等人提出来的磁盘冗余技术。从那时起，磁盘阵列技术发展得很快，并逐步走向成熟。现在已基本得到公认的有下面八种系列。

1、raid0(0级盘阵列)

raid0又称数据分块，即把数据分布在多个盘上，没有容错措施。其容量和数据传输率是单机容量的n倍，n为构成盘阵列的磁盘机的总数，i/o传输速率高，但平均无故障时间mttf(meantimetofailure)只有单台磁盘机的n分之一，因此零级盘阵列的可靠性最差。

2、raid1(1级盘阵列)

raid1又称镜像(mirror)盘，采用镜像容错来提高可靠性。即每一个工作盘都有一个镜像盘，每次写数据时必须同时写入镜像盘，读数据时只从工作盘读出。一旦工作盘发生故障立即转入镜像盘，从镜像盘中读出数据，然后由系统再恢复工作盘正确数据。因此这种方式数据可以重构，但工作盘和镜像盘必须保持一一对应关系。这种盘阵列可靠性很高，但其有效容量减小到总容量一半以下。因此raid1常用于对出错率要求极严的应用场合，如财政、金融等领域。

3、raid2(2级盘阵列)

raid2又称位交叉，它采用汉明码作盘错检验，无需在每个扇区之后进行crc(cyclicredundancycheck)检验。汉明码是一种(n,k)线性分组码，n为码字的长度，k为数据的位数，r为用于检验的位数，故有：n=2r－1r=n－k

因此按位交叉存取最有利于作汉明码检验。这种盘适于大数据的读写。但冗余信息开销还是太大，阻止了这类盘的广泛应用。

4、raid3(3级盘阵列)

raid3为单盘容错并行传输阵列盘。它的特点是将检验盘减小为一个(raid2校验盘为多个，daid1检验盘为1比1)，数据以位或字节的方式存于各盘(分散记录在组内相同扇区号的各个磁盘机上)。它的优点是整个阵列的带宽可以充分利用，使批量数据传输时间减小；其缺点是每次读写要牵动整个组，每次只能完成一次i/o。

5、raid4(4级盘阵列)

raid4是一种可独立地对组内各盘进行读写的阵列。其校验盘也只有一个。

raid4和raid3的区别是：raid3是按位或按字节交叉存取，而raid4是按块(扇区)存取，可以单独地对某个盘进行操作，它无需象raid3那样，那怕每一次小i/o操作也要涉及全组，只需涉及组中两台磁盘机(一台数据盘，一台检验盘)即可。从而提高了小量数据的i/o速率。6、raid5(5级盘阵列)

raid5是一种旋转奇偶校验独立存取的阵列。它和raid1、2、3、4各盘阵列的不同点，是它没有固定的校验盘，而是按某种规则把其冗余的奇偶校验信息均匀地分布在阵列所属的所有磁盘上。于是在同一台磁盘机上既有数据信息也有校验信息。这一改变解决了争用校验

盘的问题，因此daid5内允许在同一组内并发进行多个写操作。所以raid5即适于大数据量的操作，也适于各种事务处理。它是一种快速，大容量和容错分布合理的磁盘阵列。

7、raid6(6级盘阵列)

raid6是一种双维奇偶校验独立存取的磁盘阵列。它的冗余的检、纠错信息均匀分布在所有磁盘上，而数据仍以大小可变的块以交叉方式存于各盘。这类盘阵列可容许双盘出错。

8、raid7(7级盘阵列)

raid7是在raid6的基础上，采用了cache技术，它使得传输率和响应速度都有较大的提高。cache是一种高速缓冲存储器，即数据在写入磁盘阵列以前，先写入cache中。一般采用cache分块大小和磁盘阵列中数据分块大小相同，即一块cache分块对应一块磁盘分块。在写入时将数据分别写入两个独立的cache，这样即使其中有一个cache出故障，数据也不会丢失。写操作将直接在cache级响应，然后再转到磁盘阵列。数据从cache写到磁盘阵列时，同一磁道的数据将在一次操作中完成，避免了不少块数据多次写的问题，提高了速度。在读出时，主机也是直接从cache中读出，而不是从阵列盘上读取，减少与磁盘读操作次数，这样比较充分地利用了磁盘带宽。

这样cache和磁盘阵列技术的结合，弥补了磁盘阵列的不足(如分块写请求响应差等缺陷)，从而使整个系统以高效、快速、大容量、高可靠以及灵活、方便的存储系统提供给用户，从而满足了当前的技术发展的需要，尤其是多媒体系统的需要。

二、解析磁盘阵列的关键技术

存储技术在计算机技术中受到广泛关注，服务器存储技术更是业界关心的热点。一谈到服务器存储技术，人们几乎立刻与scsi（small computer systems interface）技术联系在一起。尽管廉价的ide硬盘在性能、容量等关键技术指标上已经大大地提高，可以满足甚至超过原有的服务器存储设备的需求。但由于internet的普及与高速发展，网络服务器的规模也变得越来越大。同时，internet不仅对网络服务器本身，也对服务器存储技术提出了苛刻要求。无止境的市场需求促使服务器存储技术飞速发展。而磁盘阵列是服务器存储技术中比较成熟的一种，也是在市场上比较多见的大容量外设之一。

在高端，传统的存储模式无论在规模上，还是安全上，或是性能上，都无法满足特殊应用日益膨胀的存储需求。诸如存储局域网（san）等新的技术或应用方案不断涌现，新的存储体系结构和解决方案层出不穷，服务器存储技术由直接连接存储（das）向存储网络技术（nas）方面扩展。在中低端，随着硬件技术的不断发展，在强大市场需求的推动下，本地化的、基于直接连接的磁盘阵列存储技术，在速度、性能、存储能力等方面不断地迈上新台阶。并且，为了满足用户对存储数据的安全、存取速度和超大的存储容量的需求，磁盘阵列存储技术也从讲求技术创新、重视系统优化，以技术方案为主导的技术推动期逐渐进入了强调工业标准、着眼市场规模，以成熟产品为主导的产品普及期。

回顾磁盘阵列的发展历程，一直和scsi技术的发展紧密关联，一些厂商推出的专有技术，如ibm的ssa（serial storage architecture）技术等，由于兼容性和升级能力不尽如人意，在市场上的影响都远不及scsi技术广泛。由于scsi技术兼容性好，市场需求旺盛，使得scsi技术发展很快。从最原始5mb/s传输速度的scsi-1，一直发展到现在lvd接口的160mb/s传输速度的ultra 160 scsi，320mb/s传输速度的ultra 320 scsi接口也将在2001年出现（见表1）。从当前市场看，ultra 3 scsi技术和raid（redundant array of inexpensive disks）技术还应是磁盘阵列存储的主流技术。

三、scsi技术

scsi本身是为小型机（区别于微机而言）定制的存储接口，scsi协议的version 1 版本也仅规定了5mb/s传输速度的scsi-1的总线类型、接口定义、电缆规格等技术标准。随着技术的发展，scsi协议的version 2版本作了较大修订，遵循scsi-2协议的16位数据带宽，高主