磁盘阵列的原理及相关知识

　　磁盘或数据分段（Disk stripping or Data Striping）:

　　因为磁盘阵列是将同一阵列的多个磁盘视为单一的虚拟磁盘(virtual disk)，所以其数据是以分段（block or segment）的方式顺序存放在磁盘阵列中，如下图：

　　磁盘0 磁盘1 磁盘2 磁盘3

　　A0 A1 A2 A3

　　A4 A5 A6 A7

　　… … … …

　　4N-3 4N-2 4N-1 4N

　　分段的意思是把数据分小段跨越分布在各个磁盘，数据按需要分段，从第一个磁盘开始放，放到最后一个磁盘再回到第一个磁盘，直到数据分布完毕。至于分段的大小视系统而定，如果磁盘阵列所分区块和操作系统的所分的区块是一致的话，会有较好的效率。有的系统或以1KB最有效率，或以4KB，或以6KB，甚至是4MB或8MB的，但除非数据小于扇区(sector, 即512bytes)，否则其分段应是512byte的倍数。因为磁盘的读写是以一个扇区为单位，若数据小于512bytes,系统读取该扇区后，还做组合或分组（视读或写而定）的动作，浪费时间。从上图我们可以看出数据以段方式放在不同的磁盘，整个阵列的各个磁盘可同时作读写，故数据分段使数据的存取有最好的效率，理论上本来读一个包含四个分段的数据所需要的时间约为（磁盘的access time +数据的transfer time）* 4次，现在只要一次就可以完成。

　　Oaraid?;可将同一数据分段放在不同的磁盘，比如磁盘阵列定义的分段为4KB，而5KB的数据可把4KB的数据放在一个磁盘的分段上，另外1KB的数据放在另一磁盘的分段，而另一笔数据可从这个磁盘分段所剩下的3KB空位放起，这样不但能增加磁盘的利用率，而且可同时启动多个磁盘一起动作，增加存取的速度，在很多情况之下，即使是小于一个分段的数据，也能得到负载均衡的好处，所以分段大小优化心脏可作跨盘分段（同一数据分段放在不同的磁盘分段）。可得到较好的存取效能，这也是为什么OAraid?; Viper-II5000系列能有37MB/sec的存取效能的原因。

　　若以N表示磁盘的数目，R表示读取，W表示写入，S表示可使用空间，则数据分段的性能为：

　　R：N（可同时读取所有磁盘）

　　W：N（可同时写入所有磁盘）

　　S：N（可利用所有的磁盘，并有最佳的使用率）

　　Disk striping也称为RAID 0，很多人以为RAID 0没有什么，其实这是非常错误的观念，因为RAID 0使磁盘的输入输出有最高的效率。而磁盘阵列有更好的效率的原因除数据分段外，它可以同时执行多个输入输出的要求，因为阵列中的每一个磁盘都能独立动作，分段放在不同的磁盘，不同的磁盘可同时作读写，而且能在快取内存及磁盘作并行存取（parallel access）的动作。Striping打破了单一磁盘所形成的瓶颈。Oapro对以上图4个1GB硬盘的阵列和1个4GB的硬盘作过比较，磁盘阵列的效能约为单一磁盘的3至3.5倍，若4个磁盘分别接Oaraid?; 4个SCSI通道形成阵列，其I/O性能是单一磁盘的4倍。但是否真能表现出这种能力，要视操作系统，用户数目或工作负荷的特性而定，要能同时得到各个磁盘的交通，其工作负荷也必须分布在各个磁盘。

　　从上面两点我们可以看出，disk spanning定义了RAID的基本形式，提供了一个便宜、灵活、高性能系统结构，而disk stripping解决了数据的存取效率和磁盘的利用率问题，RAID 1至RAID 5是在此基础上提供磁盘安全的方案。

　　RAID 1
　　RAID 1是使用磁盘镜像（disk mirroring）的技术。磁盘镜像应用在RAID 1之前就在很多系统中使用，它的方式是在工作磁盘（working disk）之外再加一额外的备份磁盘（backup disk），两个磁盘所储存的数据完全一样，数据写入工作磁盘的同时亦写入备份磁盘。

　　一般镜像对磁盘的读取有几种方式：

　　1． 只读取工作磁盘，镜像磁盘只是作后备

　　2． 两个硬盘同时读取，采用选取回应的磁盘的数据