|
RAID通過為數據提供校驗的方式提高了可用性，在如今各類存儲系統中，RAID已經成為不可或缺的重要組成部分，為保護數據發揮重要作用。
RAID的形式是多種多樣的，它們都是高可用性和高性能存儲的骨干力量。RAID設備的最初應用可以追溯到上世紀80年代末，而在今天，RAID已經成為我們IT生活中一個應用廣泛且非常重要部分，以至于很多人已經忘記RAID這個縮寫到底是什么意思。 RAID是由美國加州大學伯克利分校的D.A. Patterson教授在1988年提出的。RAID是Redundent Array of Inexpensive Disks的縮寫，直譯為“廉價冗余磁盤陣列”，也簡稱為“磁盤陣列”。后來RAID中的字母I被改作了Independent，RAID就成了“獨立冗余磁盤陣列”，但這只是名稱的變化，實質性的內容并沒有改變。簡單地講，RAID技術就是利用多個硬盤的組合提供高效率及冗余的功能。 RAID 的優點 RAID的采用為存儲系統（或者服務器的內置存儲）帶來巨大利益，其中提高傳輸速率和提供容錯功能是最大的優點。 RAID通過同時使用多個磁盤，提高了傳輸速率。RAID通過在多個磁盤上同時存儲和讀取數據來大幅提高存儲系統的數據吞吐量（Throughput）。在RAID中，可以讓很多磁盤驅動器同時傳輸數據，而這些磁盤驅動器在邏輯上又是一個磁盤驅動器，所以使用RAID可以達到單個磁盤驅動器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率。這也是RAID最初想要解決的問題。因為當時CPU的速度增長很快，而磁盤驅動器的數據傳輸速率無法大幅提高，所以需要有一種方案解決二者之間的矛盾。RAID最后成功了。 通過數據校驗，RAID可以提供容錯功能。這是使用RAID的第二個原因，因為普通磁盤驅動器無法提供容錯功能，如果不包括寫在磁盤上的CRC(循環冗余校驗)碼的話。RAID容錯是建立在每個磁盤驅動器的硬件容錯功能之上的，所以它提供更高的安全性。在很多RAID模式中都有較為完備的相互校驗/恢復的措施，甚至是直接相互的鏡像備份，從而大大提高了RAID系統的容錯度，提高了系統的穩定冗余性。 RAID方案有兩種，一種是硬件RAID解決方案，一種是軟RAID解決方案。硬件RAID解決方案速度快、穩定性好，可以有效地提供高水平的硬盤可用性和冗余度，但是居高不下的價格實在令人可畏。Windows 2003提供了內嵌的軟件RAID功能可以實現RAID－0、RAID－1、RAID－5。軟RAID不僅實現上非常方便，而且還大量地節約了寶貴的資金，確實是Windows 2003 Server的一個很實用的新功能。當然，軟RAID的性能和效率是不能與硬RAID相提并論的。 下面我們就來分別介紹一下硬件RAID和軟RAID組建的詳細過程： 硬件RAID解決方案 一、硬件RAID的三種工作模式 1、RAID 0 RAID 0是最早出現的RAID模式，即Data Stripping數據分條技術。RAID 0是組建磁盤陣列中最簡單的一種形式，只需要2塊以上的硬盤即可，成本低，可以提高整個磁盤的性能和吞吐量。RAID 0沒有提供冗余或錯誤修復能力，是實現成本是最低的。 RAID 0最簡單的實現方式就是把N塊同樣的硬盤用硬件的形式通過智能磁盤控制器或用 操作系統中的磁盤驅動程序以軟件的方式串聯在一起創建一個大的卷集。在使用中電腦數據依次寫入到各塊硬盤中，它的最大優點就是可以整倍的提高硬盤的容量。如使用了三塊80GB的硬盤組建成RAID 0模式，那么磁盤容量就會是240GB。其速度方面，各單獨一塊硬盤的速度完全相同。最大的缺點在于任何一塊硬盤出現故障，整個系統將會受到破壞，可靠性僅為單獨一塊硬盤的1/N。 為了解決這一問題，便出一了RAID 0的另一種模式。即在N塊硬盤上選擇合理的帶區來創建帶區集。其原理就是將原先順序寫入的數據被分散到所有的四塊硬盤中同時進行讀寫。四塊硬盤的并行操作使同一時間內磁盤讀寫的速度提升了4倍。 在創建帶區集時，合理的選擇帶區的大小非常重要。如果帶區過大，可能一塊磁盤上的帶區空間就可以滿足大部分的I/O操作，使數據的讀寫仍然只局限在少數的一、兩塊硬盤上，不能充分的發揮出并行操作的優勢。另一方面，如果帶區過小，任何I/O指令都可能引發大量的讀寫操作，占用過多的控制器總線帶寬。因此，在創建帶區集時，我們應當根據實際應用的需要，慎重的選擇帶區的大小。 帶區集雖然可以把數據均勻的分配到所有的磁盤上進行讀寫。但如果我們把所有的硬盤都連接到一個控制器上的話，可能會帶來潛在的危害。這是因為當我們頻繁進行讀寫操作時，很容易使控制器或總線的負荷 超載。為了避免出現上述問題，建議用戶可以使用多個磁盤控制器。最好解決方法還是為每一塊硬盤都配備一個專門的磁盤控制器。 雖然RAID 0可以提供更多的空間和更好的性能，但是整個系統是非常不可靠的，如果出現故障，無法進行任何補救。所以，RAID 0一般只是在那些對數據安全性要求不高的情況下才被人們使用。 2、RAID 1 RAID 1稱為磁盤鏡像，原理是把一個磁盤的數據鏡像到另一個磁盤上，也就是說數據在寫入一塊磁盤的同時，會在另一塊閑置的磁盤上生成鏡像文件，在不影響性能情況下最大限度的保證系統的可靠性和可修復性上，只要系統中任何一對鏡像盤中至少有一塊磁盤可以使用，甚至可以在一半數量的硬盤出現問題時系統都可以正常運行,當一塊硬盤失效時，系統會忽略該硬盤，轉而使用剩余的鏡像盤讀寫數據，具備很好的磁盤冗余能力。雖然這樣對數據來講絕對安全，但是成本也會明顯增加，磁盤利用率為50%，以四塊80GB容量的硬盤來講，可利用的磁盤空間僅為160GB。另外，出現硬盤故障的RAID系統不再可靠，應當及時的更換損壞的硬盤，否則剩余的鏡像盤也出現問題，那么整個系統就會崩潰。更換新盤后原有數據會需要很長時間同步鏡像，外界對數據的訪問不會受到影響，只是這時整個系統的性能有所下降。因此，RAID 1多用在保存關鍵性的重要數據的場合。 RAID 1主要是通過二次讀寫實現磁盤鏡像，所以磁盤控制器的負載也相當大，尤其是在需要頻繁寫入數據的環境中。為了避免出現性能瓶頸，使用多個磁盤控制器就顯得很有必要。 3、RAID0+1 從RAID 0+1名稱上我們便可以看出是RAID0與RAID1的結合體。在我們單獨使用RAID 1也會出現類似單獨使用RAID 0那樣的問題，即在同一時間內只能向一塊磁盤寫入數據，不能充分利用所有的資源。為了解決這一問題，我們可以在磁盤鏡像中建立帶區集。因為這種配置方式綜合了帶區集和鏡像的優勢，所以被稱為RAID 0+1。把RAID0和RAID1技術結合起來，數據除分布在多個盤上外，每個盤都有其物理鏡像盤，提供全冗余能力，允許一個以下磁盤故障，而不影響數據可用性，并具有快速讀/寫能力。RAID0+1要在磁盤鏡像中建立帶區集至少4個硬盤。
二、如何組建RAID系統
如果你有兩塊硬盤，并且主板的南橋芯片支持RAID功能，或者主板集成了第三方的RAID控制芯片，那么就可以組建RAID系統了。 1、支持RAID功能的芯片 目前支持RAID功能的南橋芯片主要有Intel的ICH5R(常見于一些高端的i865PE、i875P主板上)、ICH6R和ICH6RW(用于i915和i925系列主板)，以及VIA的VT8237。這些芯片均支持SATA RAID功能，即利用兩塊SATA硬盤來組建RAID 0或RAID 1系統，而且它們的設置方法也大致相同。 注意：在構建RAID系統時，最好購買同容量、同品牌的同型號硬盤，這樣可以最大程度地保護投資，避免資源浪費。 下面，我們就以Intel的ICH5R芯片為例，講解如何利用兩塊硬盤來組建RAID 0或RAID 1系統。 2、在BIOS中打開RAID功能 安裝好SATA硬盤之后，就要進入BIOS中打開南橋芯片的RAID功能。具體方法是：進入BIOS設置程序的“OnChip IDE Device”窗口，找到一個名為“SATA Mode”的選項，將它設置為“RAID”，然后保存BIOS設置并重新啟動電腦。 3、組建RAID系統 在BIOS中啟動了RAID功能后，ICH5R南橋芯片內置的“Intel RAID Option ROM”便開始啟動，該軟件是Intel RAID應用程序，提供BIOS和DOS服務。在系統啟動POST(加電自檢)時，屏幕上會有一些提示信息，按“Ctrl+I”鍵便可進入Intel RAID Configuration Utility窗口 在該窗口中，窗口上半部分是主菜單，下半部分顯示的是已經安裝好的兩個硬盤的信息，例如硬盤型號、容量、是否已經組建RAID系統等。將光標移動到主菜單的“1.Create RAID Volume”上，然后按回車鍵，此時便進入創建RAID系統的主界面。 首先將光標移動到“Name”選項上，在此輸入一個RAID卷的名稱，一般用默認的名稱即可；按“TAB”鍵，將光標停留在“RAID Level”選項上，在此按向上或向下的箭頭按鍵，可以選擇RAID的類型——RAID 0或者RAID 1；根據自己的實際需要選擇RAID類型后，按“TAB”鍵將光標移動到“Strip Size”選項上，選擇串列值，一般選擇“128KB”。完成上述設置后，按“TAB”鍵，使光標停留在“Create Volume”上。 按下回車鍵，此時會出現一條提示信息，詢問是否確認創建RAID系統。 小提示： 注意，如果是創建RAID 0這種類型的RAID系統，必須在創建前備份硬盤上的數據，否則一旦創建RAID 0系統，則硬盤上的所有數據及分區都會被刪除。 按“Y”鍵確認創建RAID，此時會回到主界面，在窗口的下方會發現硬盤的信息已經發生改變，顯示已經創建了一個RAID卷。 按“Esc”鍵，此時會出現確認是否退出的提示信息，按“Y”鍵退出RAID配置程序，此時系統重新啟動。 4、硬盤分區及安裝系統 如果創建的RAID系統是RAID 1，那么系統會自動將主盤上的數據備份到從盤上，此時如果主盤上已經安裝了操作系統，則可以直接進入Windows，只要在進入Windows后安裝Intel的ICH5R RAID驅動程序即可。 如果創建的是RAID 0，那么兩塊硬盤上的數據會全部被刪除，此時要在DOS下對硬盤重新進行分區。分區的方法與常規的硬盤分區沒有什么區別。分區完成后，在安裝操作系統時，如果是安裝Windows 2000/XP等NT核心的系統，則必須在出現“Press F6 if you need to install a third party SCSI or RAID driver……”這樣一段提示語的時候按“F6”鍵，然后插入ICH5R的RAID驅動程序軟盤，按“S”鍵裝載該驅動。具體的操作方法與其他SATA控制芯片在安裝Windows2000/XP時加載SATA控制器驅動時一樣。 SATA接口BIOS設置解析 SATA硬盤和傳統IDE接口硬盤在應用設置上有諸多的不同，很多電腦用戶抱怨，具備SATA接口的主板在BIOS中的相關設置非常復雜，映射關系常常讓人摸不著頭腦，因此本篇對常見的問題做一些解析，希望能有助大家用好SATA硬盤。 ICH5 南橋、Award BIOS的設置 ICH5、ICH5R系列南橋是搭配i865PE/i875芯片組的，是第一代正式在南橋中集成SATA功能的芯片，也是目前較為成熟和兼容性較好的產品。它支持2個ATA100接口和2個SATA150接口，一共支持4個IDE設備和2個SATA設備，其中ICH5R還支持SATA RAID0和RAID1。我們測試用的主板是一塊升技的IS7，這款主板采用i865PE/ICH5R芯片組，BIOS是我們平時用得最多的AWARD6.0版。 在“系統周邊設備”選項里，可以看到IDE和SATA的設置。 對于OnChip Serial ATA來說一共有5項可修改值： Disable(禁止)、Auto(自動)、Enhanced Mode(增強模式)、Combine Mode(組合模式)、SATA Only(僅僅為SATA模式)。 Disable和Auto的意思一目了然，就不用說了，但是下面3種呢？看下面的表格。 是不是有點復雜？其實采用默認的Auto設置實質上和Enhanced Mode一樣，一般BIOS里的默認設置也都是Enhanced Mode，因為只有Enhanced Mode 才能完全啟用6個設備，這時候會開啟4個IDE通道，其中傳統的IDE在一、二通道，SATA在三、四通道。 那么Combine Mode是起什么作用的？一會禁用這個，一會禁用那個的，用得著這么麻煩嗎？其實這個模式主要是為了解決某些老型號的硬盤和光驅對ICH5的兼容性問題，所以實際用到的情況極少。 如果只有SATA設備(SATA接口的刻錄機已經有上市產品了)，也可以避免麻煩的設置，只用SATA Only。
軟RAID解決方案
一、創建動態磁盤 在安裝Windows 2003 Server時，硬盤將自動初始化為基本磁盤。我們不能在基本磁盤分區中創建新卷集、條帶集或者RAID－5組，而只能在動態磁盤上創建類似的磁盤配置。也就是說，如果想創建RAID－0、RAID－1或RAID－5卷，就必須使用動態磁盤。在Windows 2003 Server安裝完成后，可使用升級向導將它們轉換為動態磁盤。 在將一個磁盤從基本磁盤轉換為動態磁盤后，磁盤上包含的將是卷，而不再是磁盤分區。其中的每個卷是硬盤驅動器上的一個邏輯部分，還可以為每個卷指定一個驅動器字母或者掛接點。但是要注意的是只能在動態磁盤上創建卷。動態磁盤有以下幾個優于基本磁盤的特點： 卷可以擴展到包含非鄰接的空間，這些空間可以在任何可用的磁盤上。 對每個磁盤上可以創建的卷的數目沒有任何限制。 Windows 2003將動態磁盤配置信息存儲在磁盤上，而不是存儲在注冊表中或者其他位置。同時，這些信息不能被準確地更新。Windows 2003將這些磁盤配置信息復制到所有其他動態磁盤中。因此，單個磁盤的損壞將不會影響到訪問其他磁盤上的數據。 一個硬盤既可以是基本的磁盤，也可以是動態的磁盤，但不能二者兼是，因為在同一磁盤上不能組合多種存儲類型。但是，如果計算機有多個硬盤，就可以將各個硬盤分別配置為基本的或動態的。 1、從基本磁盤升級到動態磁盤： ①依次單擊“開始”－＞“所有程序”－＞“管理工具”－＞“計算機管理”選項，顯示“計算機管理”窗口。 ②在左側控制臺中依次展開“存儲”－＞“磁盤管理”選項，以顯示計算機中安裝的所有磁盤。 ③右擊要設置為動態磁盤的硬盤，并在彈出的快捷菜單中選擇“升級到動態磁盤”選項，將顯示“升級到動態磁盤”對話框。 ④選中要升級的磁盤，然后單擊“確定”：按鈕，將顯示“要升級的磁盤”對話框，在這里要求用戶對要升級為動態磁盤的硬盤進行確認。這樣做的原因很簡單，因為這一升級操作是不可逆的。也就是說，基本磁盤可以升級為動態磁盤，但動態磁盤卻不能恢復為基本磁盤。 ⑤單擊“升級”按鈕，將顯示“磁盤管理”提示框，系統再次要求用戶對磁盤升級予以確認。當將該磁盤升級為動態磁盤后，Windows98／Me等操作系統將不能再從該磁盤引導啟動。 ⑥單擊“是”按鈕，將顯示“升級磁盤”警告框。在這里提示要升級磁盤上的文件系統將被強制卸下，并要求用戶對該操作進一步予以確認。 ⑦單擊“是”按鈕，系統將開始磁盤的升級過程。當升級完成后，將顯示 “確認”警告框，單擊“確定”按鈕將重新啟動計算機，以完成磁盤的升級過程。 在升級到動態磁盤時，應該注意以下幾個方面的問題： 必須以管理員或管理組成員的身份登錄才能完成該過程。如果計算機與網絡連接，則網絡策略設置也可能阻止我們完成此步驟。 將基本磁盤升級到動態磁盤后，就再也不能將動態卷改回到基本分區。這時惟一的方法就是，必須刪除磁盤上的所有動態卷，然后使用“還原為基本磁盤”命令。 在升級磁盤之前，應該關閉在那些磁盤上運行的程序。 為保證升級成功，任何要升級的磁盤都必須至少包含1MB的未分配空間。在磁盤上創建分區或卷時，“磁盤管理”工具將自動保留這個空間，但是帶有其他操作系統創建的分區或卷的磁盤上可能就沒有這個空間。 扇區大小超過512字節的磁盤，不能從基本磁盤升級為動態磁盤。 一旦升級完成，動態磁盤就不能包含分區或邏輯驅動器，也不能被非Windows 2003的其他操作系統所訪問。 2、將新磁盤設置為動態磁盤 ①計算機安裝新硬盤后，當第一次訪問“計算機管理”中的“磁盤管理”工具時，將自動運行“寫入簽名和升級磁盤向導”窗口。 ②單擊“下一步”按鈕，將顯示“選擇要寫入簽名的磁盤”頁面，在該列表中選擇要寫入簽名的磁盤。需要注意的是，磁盤在安裝到系統前必須進行簽名。 ③單擊“下一步”按鈕，將顯示“選擇要升級的磁盤”頁面，選擇要升級為動態磁盤的磁盤。 ④單擊“下一步”按鈕，將顯示“完成寫入簽名和升級磁盤向導”頁面，在這里要求確認簽名并升級的磁盤。如果有任何不妥，可單擊“上一步”按鈕返回并重新進行設置。 ⑤單擊“完成”按鈕，動態磁盤升級過程完成。
二、實現軟RAID
軟RAID也必須在多磁盤系統中才能實現。實現RAID－1最少要擁有兩塊硬盤，而實現RAID－5則最少要擁有三塊硬盤。通常情況下，操作系統所在磁盤采用RAID－1，而數據所在磁盤采用RAID－5。 1、卷的類型 ①簡單卷 簡單卷由單個物理磁盤上的磁盤空間組成，它可以由磁盤上的單個區域或鏈接在一起的相同磁盤上的多個區域組成。可以在同一磁盤中擴展簡單卷或把簡單卷擴展到其他磁盤。如果跨多個磁盤擴展簡單卷，則該卷就是跨區卷。 只能在動態磁盤上創建簡單卷。簡單卷不能包含分區或邏輯驅動器，也不能由MS－DOS 或Windows 2003以外的其他Windows操作系統訪問。如果網絡中的計算機還在運行Windows98或更早版本，那么應該創建分區而不是動態卷。 如果想在創建簡單卷后增加它的容量，則可通過磁盤上剩余的未分配空間來擴展這個卷。要擴展一個簡單卷，則該卷必須使用Windows 2003中所用的NTFS版本格式化。同時不能擴展基本磁盤上作為以前分區的簡單卷。也可將簡單卷擴展到同一計算機的其他磁盤的區域中。當將簡單卷擴展到一個或多個其他磁盤時，它會變成為一個跨區卷。在擴展跨區卷之后，不刪除整個跨區卷便不能將它的任何部分刪除。要注意的是跨區卷不能是鏡像卷或帶區卷。 ②條帶卷 利用條帶卷，可以將兩個或者更多磁盤（最多為32塊硬盤）的空余空間組成為一個卷。在向條帶卷中寫入數據時，數據被分割為64KB的塊，并均衡地分布在陣列中的所有磁盤上。一個陣列是兩個或者多個磁盤的集合。條帶卷可以有效地提高磁盤的讀取性能，但是它并不提供容錯功能，任何一塊硬盤的損壞都會導致全部數據的丟失。條帶卷類似于RAID－0。 ③跨越卷 利用跨越卷，也可以將來自兩個或者更多磁盤（最多為 32塊硬盤）的空余磁盤空間組成為一個卷。與條帶卷所不同的是，將數據寫入跨越卷時，首先填滿第一個磁盤上的空余部分，然后再將數據寫入下一個磁盤，依次類推。雖然利用跨越卷可以快速增加卷的空量，但是跨越卷既不能提高對磁盤數據的讀取性能，也不提供任何容錯功能。當跨越卷中的某個磁盤出現故障時，存儲在該磁盤上的所有數據將全部丟失。 ④鏡像卷 利用鏡像卷即RAID－1卷，可以將用戶的相同數據同時復制到兩個物理磁盤中。如果其中的一個物理磁盤出現故障，雖然該磁盤上的數據將無法使用，但系統能夠繼續使用尚未損壞而仍繼續正常運轉的磁盤進行數據的讀寫操作，從而通過另一磁盤上保留完全冗余的副本，保護磁盤上的數據免受介質故障的影響。由此可見，鏡像卷的磁盤空間利用率只有50％（即每組數據有兩個成員），所以鏡像卷的成本相對較高。要創建一個鏡像卷，必須使用另一磁盤上的可用空間。動態磁盤中現有的任何卷（甚至是系統卷和引導卷），都可以使用相同的或不同的控制器鏡像到其他磁盤上大小相同或更大的另一個卷。最好使用大小、型號和制造廠家都相同的磁盤作鏡像卷，以避免可能產生的兼容性錯誤。 鏡像卷可以大大地增強讀性能，因為容錯驅動程序同時從兩個磁盤成員中同時讀取數據，所以讀取數據的速度會有所增加。當然，由于容錯驅動程序必須同時向兩個成員寫數據，所以它的寫性能會略有降低。鏡像卷可包含任何分區（包括啟動分區或系統分區），但是鏡像卷中的兩個硬盤都必須是Windows 2003動態磁盤。 ⑤RAID－5卷 在RAID－5卷中，Windows 2003通過給該卷的每個硬盤分區中添加奇偶校驗信息帶區來實現容錯。如果某個硬盤出現故障，Windows 2003便可以用其余硬盤上的數據和奇偶校驗信息重建發生故障的硬盤上的數據。 由于要計算奇偶校驗信息，所以RAID－5卷上的寫操作要比鏡像卷上的寫操作慢一些。但是，RAID－5卷比鏡像卷提供更好的讀性能。其中的原因很簡單，Windows 2003可以從多個磁盤上同時讀取數據。與鏡像卷相比RAID－5卷的性價比較高，而且RAID－5卷中的硬盤數量越多，冗余數據帶區的成本越低。 |
|
|
