磁盘阵列技术白皮书Word文档格式.docx
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的能力越高，一般说来，可带来更好的投资保护•
1.1.3磁盘阵列优点
磁盘阵列有许多优点：
首先，提高了存储容量；
其次,多台磁盘驱动器可并行工作，提高了数据
传输率；
第三，由于有校验技术，提高了可靠性：
如果阵列中有一台硬磁盘损坏，利用其它盘可
以重新恢复出损坏盘上原来的数据，而不影响系统的正常工作，并可以在带电状态下更换已损
坏的硬盘（即热插拔功能），阵列控制器会自动把重组数据写入新盘，或写入热备份盘而将新
盘用做新的热备份盘；
另外磁盘阵列通常配有冗余设备，如电源和风扇，以保证磁盘阵列的散
热和系统的可靠性.因其独特的特征和可靠的性能被广泛地应用于多个行业，如:
ISP，医学影
像，银行等在线处理业务部门，影像服务器，石油工业，关键部门的数据中心，多媒体和数据库应用等.
对于磁盘失效的保护通过RAID技术已经成功地实现，但RAID阵列降低数据存储费用的目
的没有达到，实际上，RAID阵列的价格通常比标准的磁盘驱动器更高一些
尽管如此，RAID技术确实提供了比通常的磁盘存储更高的性能指标，数据完整性和数据可用
性，尤其是在当今面临的I/O总是滞后于CPU性能的瓶颈问题越来越突出的情况下，RAID解
决方案能够有效地弥补这个缺口.
1.2SCSI技术
1.2.1概述
SCSI直译为小型计算机系统专用接口（SmallComputerSystemInterface）是一种连结主机和外
围设备的接口，支持包括磁盘驱动器，磁带机，光驱，扫描仪在内的多种设备.它由SCSI控制器进行数据操作,SCSI控制器相当于一块小型CPU,有自己的命令集和缓存要了解SCSI,必须先了解它的类型，以下是STA（SCSITradeAssociation,SCSI同业公会）的标准分类.
1.2.2SCSI接口类型
SCSI连接器分为内置和外置两种，内置数据线的外型和IDE数据线一样，只是针数和规格稍
有差别，主要用于连接光驱和硬盘.40针IDE线有40根导线,40针ATA66有80根导线,SCSI内置则分为50针,68针和80针.至于SCSI外置数据线，就有以多种规格，它们的密度均不相同，千万别弄错了.
1.2.3SCSIID
相信许多SCSI用户都有这种经历，插上设备之后，操作系统怎样也不认，后来检查总线，才发现是终结和ID没有设置好」D（identify）作为SCSI设备在SCSI总线的唯一识别符，绝对不允许重复，可选范围从0到15,SCSI主控制器通常占用id7,即是说我们可以用在设备上的ID号共有15个.
在SCSI总线中,控制器也算一个设备，即实际最大可连接设备数目=理论最大支持设备数
目-1.
1.2.4总线终结器
总线终结器能告诉SCSI主控制器整条总线在何处终结，并发出一个反射信号给控制器，必须在两个物理终端作一个终结信号才能使用|scsi总线.常见的错误是把终结设置在ID号最高或最低的地方，而不是设置在物理终端的SCSI设备上.其实,SCSI设备总是以链形来连接的，按顺序就能分辨出哪一个是终结设备.
终结的方式有三种：
自终结设备，物理总线终结器和自终结电缆.大多数新型SCSI设备都有自
终结跳线，只要把非终结设备的自终结跳线设置成OFF即可避免冲突问题；
物理总线终结器
是一种硬件接头，又分为主动型和被动型两种，主动型使用|电压调整器来进行操作，被动型利用总线上的能源信号来操作，被动型比主动型更为精确；
自终结电缆可以代替物理总线终结器也是一种硬件，它的价格非常昂贵，常用于两个主机连接同一个物理设备，如:
两个服务器存取
同一个物理SCSI硬盘.
通过检查SCSIID和总线终结器，我们可以找出大多数冲突现象的解决方法，这是SCSI设备用
户必须重视的一点.
1.2.5SCSI规格公用的几个标准术语解释
SCSI-1:
它是最早SCSI,特点是：
支持同步和异步SCSI外围设备，支持7台8位的外围设备
SCSI-2:
类似SCSI-1,但是可以支持同时连接7个装置，传输速率为10-20MB/S,目前有
CD-R,CD-ROM在使用.
FastSCSI:
8位的通道宽度，|使用|双倍的频率，传输速率为10MB/S.
WideSCSI:
16位的通道宽度，传输速率为20MB/S.
ULTRASCSI:
8位的通道宽度，传输速率为20MB/S,其允许接口电缆的最大长度为1.5米.
UltraWideSCSI:
16位的通道宽度，传输速率为40MB/S,其允许接口电缆的最大长度为1.5米.
ULTRA2SCSI:
8位的通道宽度，其采用了LVD（LowVoltageDifferential,低电平微分）传输模式，传输速率为40MB/S,允许接口电缆的最长为12米，大大增加了设备的灵活性，支持同时挂接15个装置.
WIDEULTRA2SCSI:
它跟Ultra2SCSI差不多，也是采用LVD传输模式，允许最长接口电缆为12米，可同时挂接15个装置，不同于Ultra2SCSI,它有16位的通道宽度，因此传输速度为80MB/S.
Ultra160SCSI:
支持最高数据传输率为160MB/S.
Ultra320SCSI:
支持最高数据传输达到了320MB/S,是目前最新的SCSI接口类型.
SingleEnded（单终结）:
许多旧式设备都是单终结设备，它们限制于SCSI-1协议的6米长度.注
意:
此距离包括设备内部电缆的距离.
Differential（分差动）:
SCSI总线和设备可借助它来延长传输的距离，附加线的最大长度为25米.
缺点是与单终结设备不兼容.
STA术语
最大总线速度
MB/秒
总线宽度单位:
bit
最大总线长度
单位（米）
最大支持设备设备数目
单终结
LVD
HVD
SCSI-
8
FastSCSI
10
3
25
FastWideSCSI
20
16
UltraSCSI
1.5
4
WideUltraSCSI
40
Ultra2SCSI
12
WideUltra2SCSI
80
Ultra3SCSI
160
1.2.6SCSI的优点与缺点
SCSI接口优点：
适应面广，在一块SCSI控制卡上就可以同时挂接15个设备
高性能（具有很多任务，宽带宽及少CPU占用率等特点）具有外置和内置两种
SCSI接口缺点：
价格较IDE产品昂贵
安装复杂
1.3Fibre技术
1.3.1概述
光纤通道是一种跟SCSI或IDE有很大不同的接口，它很像以太网的转换开头.以前它是专为网络设计得，后来随着存储器对高带宽的需求，慢慢移植到现在的存储系统上来了•光纤通道
通常用于连接一个SCSIRAID（或其它一些比较常用的RAID类型）,以满足高端工作或服务器对高数据传输率的要求•
1.3.2光纤的特点
光纤现在能提供100MBps的实际带宽，而它的理论极限值为1.06GBps.不过现在有一些公司开始推出2.12Gbps的产品，它支持下一代的光纤通道（即FibreChannelII）.不过为了能得到更高的数据传输率，市面的光纤产品有时是使用多光纤通道来达到更高的带宽.
不像SCSI，光纤通道的配线非常柔韧•如果带有光纤光学电缆（FiberOpticCabling），它支持最长的长度超过了10公里，所以可以说SCSI在接口电缆长度的限制上跟光纤是没法比得，因为SCSI最长接口电缆不得超过12米.
Features
FibreChannel
SCSI
NodetoNode
100m
20m
Max.OpticalDistance
10,000m
12m
CurrentSpeed
200MB/s
160MB/s
FutureSpeed
400MB/s
320MB/s
Max.Connections
126（loop）16million（sw）
15
PeripheralsSupported
All
Limitedtypes
CostComparedtoSCSI
Higherbutdecreasing
SerialConnectivity
Yes
No
ProtocolSupported
Universal
ANSIStandard
DualPortedOperation
1.3.3光纤的优点与缺点光纤通道优点:
具有很好的升级性可以用非常长的光纤电缆（带有FiberOpticCabling时,光纤长度可以超过10公里）具有非常宽的带宽（现在一般的光纤都具有1.06GBps,而如果采用多光纤通道可以达到更宽的带宽）
具有很强的通用性光纤通道缺点:
价格非常昂贵
组建复杂
1.4RAID技术
1.4.1概述
RAID,为RedundantArraysofIndependentDisks的简称,中文为廉价冗余磁盘阵列.作为高性能的存储系统,已经得到了越来越广泛的应用.RAID的级别从RAID概念的提出到现在,已经发展了多个级别,有明确标准级别分别是0,1,2,3,4,5等.但是最常用的是0,1,3,5四个级别.其他还有6,7,10,30,50等
RAID技术采用若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体,整个磁盘阵列由阵列控制器
管理.磁盘阵列有许多特点:
首先,提高了存储容量;
其次,多台磁盘驱动器可并行工作,提高了数据传输率;
第三,由于有校验技术,提高了可靠性:
如果阵列中有一台硬磁盘损坏,利用其它盘可以重新恢复出损坏盘上原来的数据,而不影响系统的正常工作,并可以在带电状态下更换
已损坏的硬盘（即热插拔功能）,阵列控制器会自动把重组数据写入新盘,或写入热备份盘而将
新盘用做新的热备份盘;
另外磁盘阵列通常配有冗余设备,如电源和风扇,以保证磁盘阵列的散热和系统的可靠性.
1.4.2RAID类型
1.4.2.1逻辑驱动器（logicaldrives）:
逻辑驱动器:
是一个简单的由独立的物理硬盘组成的队列
1.4.2.2逻辑容量（logicalvolume）:
逻辑容量是由一个或多个逻辑驱动器组成,其成员逻辑驱动器可以是相同RAID集也可以是
不同的RAID集
1.4.2.3RAID的级别
RAIDLevel
Description
Minimum
DataAvailability
PerformanceSequential
PerformanceRandom
NRAID
Non-RAID
1
Drive
RAID0
DiskStriping
N
==NRAID
R:
HighestW:
Highest
High
W:
RAID1（0+1）
MirroringPlus
Striping（ifN>
1）
N+1
>
NRAID
==RAID5
Medium
Low
RAID3
StripingwithParityondedicateddisk
RAID5
Stripingwithinterspersedparity
硬盘连续使用
NRAID意思是不使用|RAID功能•它使用硬盘的总容量组成逻辑碟（不使用|条块读写）•换句话说,它生成的逻辑盘容量就是物理盘容量的总和•此外,NRAID不提供资料的备余•
JBOD
最小需要的硬盘数
容量
备余
JBOD的含意是控制器将机器上每颗硬盘都当作单独的硬盘处理，因此每颗硬盘都被当作单
颗独立的逻辑盘使用•此外,JBOD并不提供资料冗余的功能•
亦称为带区集•可以把多块硬盘（至少2块）连接在一起而组成一个容量更大的存储设备•处理
数据时把数据分块并且同时读写入组成RAID的磁盘，从而大大提高I/O速率•RAIDO设计简
单且实现成本较低，但RAID0没有冗余或错误修复能力，并且只要组成RAID的磁盘中有一块出现故障，整个RAID系统的数据将丢失，无法进行任何补救.RAID0可以提供更多的可用空间和更好的性能，但是整个系统是非常不可靠的，所以，在所有的级别中，RAID0的速度是最快的.但是RAID0没有冗余功能的，如果一个磁盘（物理）损坏,则所有的数据都无法使用•
RAID1
也称为磁盘镜像，至少需要2块硬盘•每一个磁盘都具有一个对应的镜像盘.对任何一个磁盘的数据写入都会被复制到镜像盘中，并且系统可以从一组镜像盘中的任何一个磁盘读取数
据.RAID1下，任何一块硬盘的故障都不会影响到系统的正常运行，而且只要在任何一对镜像
盘中有一块磁盘可以使用I，系统便可以正常运行；
当一块硬盘失效时，系统会忽略该硬盘，转而■相应的镜像盘读写数据，RAID1甚至可以在一半数量的硬盘出现问题时不间断地工作.在RAID1下，我们所能使用的空间只是所有磁盘容量总和的一半，增加了系统的成本，是所有RAID上磁盘利用率最低的一个级别.
最少需要的硬盘数目
2容量
N/2
RAID3使用一个专门的独立磁盘存放所有的校验数据，而在剩余的磁盘中以与RAID0相似
的方式分割并读写数据，即可视为"
RAID3=RAID0+校验盘"
.虽然RAID3具有容错能力，但整个系统会因校验而受到影响，当一块磁盘失效时，该磁盘上的所有数据块必须使用校验信息
重新建立；
当我们更换了损坏的磁盘之后，系统必须一个数据块一个数据块地重建坏盘中的数
据:
整个过程包括读取带区，计算丢失的数据块和向新盘写入新的数据块等；
所以，重建活动
最好是在RAID系统空闲的时候进行，否则整个系统的性能就会受到严重的影响；
鉴于这种原
因，RAID3更加适用于那些写入操作较少，读取操作较多的应用环境，例如数据库和WEB服务
器等.利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安全性高，但是硬盘利用率得到了很大
的提高，为n-1.不过，如果校验盘（物理）损坏的话,则全部数据都无法使用，故为了解决这一缺陷产生了RAID5技术.
N-1备余
在运行机制上，RAID5和RAID3完全相同，也是由几个数据块共享一个校验块.RAID5和
RAID3的最大区别在于RAID5不是把所有的校验块集中保存在一个专门的校验盘中，而是
分散到所有的数据盘中.RAID5使用了一种特殊的算法，可以计算出任何一个校验块的存放位置.这样就可以确保任何对校验块进行的读写操作都会在所有的RAID磁盘中进行均衡，从
而消除了产生瓶颈的可能，并避免了像RAID3那样因校验盘损坏而导致系统失去容错能力的严重故障.硬盘的利用率为n-1.
MinimumDisksrequired
Capacity
N-1
Redundancy
RAID（0+1）
结合了RAID0和RAID1-条块化读写的同时使用|镜像操作.RAID（0+1）允许多个硬盘损坏，因为它完全使用|硬盘来实现资料备余•如果有超过两个硬盘做RAID1,系统会自动实现RAID（0+1）.
RAID30
实施情况同Level0数据条阵列，其中，每一段都是一个RAID3阵列•它的冗余与容错能力同
RAID3.这对需要具有高数据传输率的RAID3配置的IT系统有益，但是它价格较贵•
RAID3RAID3
RAID50
是建立在RAID0与RAID5基础上形成的，先用3块或更多的硬盘做成RAID5,然后将形成的低级阵列做RAID0
RAID5RAID5
其他RAID类型
RAID2是为大型机和超级计算机开发的.它可在工作不中断的情况下纠正数据，但是，RAID2
倾向于较高的数据校验和纠错率.
RAID4包括较大的数据条，这样，就可以从任何驱动器读取记录.由于这种类型缺乏对多种同时写操作的支持，因而，几乎不使用.
RAID6几乎没有进行商用.它使用|一种分配在不同的驱动器上的第二种奇偶方案，它能承受
多个驱动器同时出现故障，但是，性能一一尤其是写操作却很差，而且，系统需要一个极为复杂的控制器.
RAID7有一个实时嵌入操作系统用作控制器，一个高速总线用于缓存.它提供快速的I/O，但是价格昂贵.
1.4.3RAID技术的应用
1.4.3.1DAS-directaccessstoragedevice直接访问存储设备
DAS是磁盘存储设备的术语，以前被用在大，中型机上.使用|在PC机上还包括硬盘设备DAS
的最新形式是RAID."
直接访问"
指访问所有数据的时间是相同的.
143.2NAS--NetworkAttachedStorage网络附加存储设备
一种特殊目的的服务器，它具有嵌入式的软件系统，可以通过网络对个种的系统平台提供文件共享服务
1.443SAN--StorageAreaNetworks存储区域网
一种高速的专用网络，用于建立服务器，磁盘阵列和磁带库之间的一种直接联接.它如同扩展
的存储器总线，将专用的集线器，交换器以及网关或桥路互相连接在一起.SAN常|使用|光纤通道.一个SAN可以是本地的或者是远程的，也可以是共享的或者是专用的.SAN打破了存储器与服务器之间的束缚，允许你独立地选择最佳的存储器或者是最佳的服务器，从而提高可扩
性和灵活性.
--打印日期：
2003/6/27制表日期:
2000/11/14
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