什么是磁碟阵列

额外的储存设备 iSCSI 协定的磁碟阵列： 常常会听到所谓的 SAN ( Storage Area Networks ) 与 NAS ( Network Attached Storage ) 这两个字眼， NAS 主要是以一部专门给储存资料用的主机，以现有的 TCP/IP 协定来提供作为类似 file server 的用途， 他可以直接放置在网路上面，提供使用者存取资料之用。SAN 则类似一部储存设备， 藉由光纤通道提供某几部主机进行资料的存取之用，价格昂贵，维护成本高，但是储存效能佳！ 但不论是哪一种架构，基本上，他们的储存硬碟通常是以磁碟阵列 (RAID) 作为基础的。 底下我们会来谈一谈什么是磁碟阵列，并同时以目前较新的 iSCSI 架构的储存设备来进行一个简单的网路储存设备架设。 什么是磁碟阵列 磁碟阵列全名是『 Redundant Arrays of Inexpensive Disks 』，简写为 RAID， 他是透过一个技术(软体或硬体)，将多个较小的磁碟整合成为一个较大的磁碟装置； 而这个较大的磁碟功能可不止是储存而已，他还保有资料保护的功能呢。 整个 RAID 由於选择的等级 (level) 不同，而使得整合后的磁碟具有不同的功能， 基本常见的 level 有这几种： Linear mode (线性模式)： 两个以上的磁碟整合成为一个实体的储存装置；这个模式的特色是， 所有的资料是『一个一个填满后，才将资料继续写到下一个磁碟上』； 由於资料是一个一个写入到不同的硬碟当中，因此，整个磁碟的读取效能并不会增加， 此外，由於资料具有连续性，因此，若不小心有任何一个磁碟损毁时，嘿嘿！ 您的资料可能通通救不回来了～这种模式唯一的好处， 就是磁碟的空间完整的被利用完毕！不会有任何保留空间 (redundant)。 RAID-0 (交错模式, stripe)： 这种模式主要是利用容量相同的磁碟来达成，效能会比较好。 所谓的交错 (stripe) 是因为档案资料是同步洒到不同的磁碟上头去的意思， 也就是说，假设我有两颗磁碟设定成 RAID-0 ，那么当我有 100MB 资料要写入时， 则 100MB 会被拆成两个 50MB 分别写入不同的磁碟上头去！ 所以罗，因为每一个磁碟写入的资料量只有一半，因此，读写的效能都会大大的增加！ 而且越多颗磁碟所造成的 RAID-0 装置，理论上，效能增加的越明显。 但是这种模式有个最大的问题，那就是，因为一笔资料被拆成几个部分分布在不同的磁碟上头， 因此『任何一颗磁碟的损毁，都会让你的资料救不回来！』 另外，如果使用不同容量的磁碟来达成 RAID-0 时，则在储存资料长大到一定程度时， RAID-0 的效能会变差。假设我用了一颗 20GB 两颗 16GB 的硬碟好了， 那么当总资料量少於 48GB (16x3) 时，效能是很不错的。 但是当超过 48GB 时，则资料仅能储存在 20GB 那一颗了 (可用容量剩下 4GB 啊！)， 所以罗，当然效能就变差了啊！ RAID-1 (映射模式, mirror)： 这种模式也是需要相同的磁碟容量的，最好是一模一样的磁碟啦！ 如果是不同容量的磁碟组成 RAID-1 时，那么总容量将以最小的那一颗磁碟为主！ 这种模式主要是『让同一份资料，完整的保存在两颗磁碟上头』， 也就是说，如果我有一个 100MB 的档案，且我仅有两颗磁碟组成 RAID-1 时， 那么这两颗磁碟将会同步写入 100MB 到他们的储存空间去， 因此，整体容量几乎少了 50%。由於两颗硬碟内容一模一样，好像镜子映照出来一样， 所以我们也称他为 mirror 模式罗～ 我们可以说，这种模式最大的优点大概就是在进行备份吧！ 因为所有的资料都被存放在两个磁碟上面，所以，任何一颗磁碟损毁时，嘿嘿！ 所有的资料可都还是保存的好好的呢～ 至於效能上面，由於要写入的资料变多了，(同步写入两颗硬碟嘛！)， 所以，效能会比单颗磁碟还要差一些，没办法，因为我们都是透过同一个汇流排在进行资料的通行啊～ 不过，读取的效能还不错，因为资料有两份，如果多个 processes 在读取同一笔资料时， RAID 会自行取得最佳的读取平衡。 事实上，为了保有 RAID-1 的储存优点，又想要具有类似 RAID-0 的效能增强， 所以，后来也有所谓的 RAID 0+1 ，亦即同时具有 RAID-0 与 RAID-1 的功能； 只是，这样的功能至少需要四颗以上的相同容量的磁碟才行～ 而且总可用容量会减少一半 (因为 RAID-1 啊！)。 RAID-5： 这个类型最有趣～也是目前最常见的一种类型了。 RAID-5 会整合多个磁碟 (通常需要三个以上)，然后每部磁碟机上面都会记录少许的其他部磁碟机的资讯 ( parity information )，由於这个动作，因此，实际上可以使用的容量其实是 (N-1)*S ，那个 N 为全部的磁碟机总数，S 则是最小的那个磁碟的容量。 少掉的空间就是用来作为资讯记录用的。 由於这个机制的存在，因此，当那 N 部磁碟机有任何一部出问题时， 他的资料都会被平均记录到其他 N-1 部磁碟机内，所以，只要你将坏掉的那一颗拿掉， 换一颗好的磁碟后，该磁碟原本的内容就会被重建 (rebuild) 起来， 呵呵～很棒的备份效果吧！ 除此之外，因应目前所谓的热拔插 RAID 架构，因此，很多的硬体 RAID 在制作这个 RAID-5 的类型时，他会使用 N+1 颗磁碟，其中 N 颗用来作为 RAID-5 之用， 另外那一颗则做为磁碟损坏时的即时处理之用 (spare disk)。 所以，假设您有十颗磁碟在这样的架构下时，则事实上只有九颗在进行 RAID-5 的存取， 一颗作为错误处理，所以总容量应该是 8xS 才对喔！而当有任何一颗磁碟出问题时， 那一颗 spare disk 就派上用场了，他会立刻被重建， 因此，您只要将有问题的磁碟拔掉，换上一颗新的，嘿嘿！搞定！ 不过还是要注意啦，因为 RAID-5 仅能处理一颗硬碟坏掉时的处置， 若同时有两颗以上的磁碟损毁，那....所有的资料还是会完蛋的！ 所以啦，特重要的资讯还是得要复制出来才行～关於考量，呵呵～请参考备份策略吧！ 至於存取效能上面，读取的效能几乎可以媲美 RAID-0 ，但是写入的效能就无法像 RAID-0 那样明显。因为还得要计算分别写入到所有磁碟当中的平衡资讯 (parity information)， 所以写入的效能虽然是会增加不少，不过，不容易计算出来实际的增加的效能啦～ 呵呵！经过上面的说明，您应该会晓得，为何企业会需要使用磁碟阵列了吧？ 没错，因为 RAID 不但可以增加资料存取的效能， 而且对於备份与资料的可靠性而言，他具有相当程度的类似备份的功效，因此， 很适合需要大量存取资料的主机系统。所以罗，目前很多的线上储存设备， 基本上，都是透过 RAID 装置来达成的～底下我们就大略的来介绍一下目前挺流行的 iSCSI 介面的储存设备吧！( 如果对於 Linux 上面的 RAID 有兴趣， 可以参考这一篇：http://www.tldp.org/HOWTO/ Software-RAID-HOWTO-1.html ) iSCSI 磁碟阵列的架设与使用 由於企业的资料量越来越大，而且重要性与保密性越来越高，尤其类似资料库的内容， 哇！常常容量单位是以 TB (1TB = 1024GB) 在进行计算的；可怕吧！ 所以罗，上一个小节内提到的磁碟阵列 (RAID) 的应用就很重要了。 不过， RAID 毕竟只是在一部主机上面的储存装置，如果想要提供给网路上面的其他 client 端来使用，可能还需要主机提供相关的服务才行啊！而且，透过网路主机来连接， 效能上可能是卡在网路传输速度，而不是 RAID 的速度说。而且， RAID 装在一部主机上面时， 能够提供给 client 端使用的情况有限啦～大多仅是资料而已。 NAS 为了解决网路应用上面的，很多厂商提供了一些不错的想法。首先，就是那个 NAS (Network Attach Storage)，基本上， NAS 其实就是一部客制化好的主机了， 只要将 NAS 连接上网路，那么在网路上面的其他主机就能够存取 NAS 上头的资料了。 简单的说，NAS 就是一部 file server (档案伺服器) 罗～ 不过， NAS 由於也是接在网路上面，所以，如果网路上有某个 client 大量存取 NAS 上头的资料时， 是很容易造成网路停顿的问题的，这个比较麻烦点～ Tips: 在鸟哥的理解当中， NAS 基本上就是一部完整的主机， 他有独立的作业系统与运算、储存等处理单元，其他的 client 端只要能够与 NAS 的协定相容，那么他就能够存取 NAS 上头的资料啊！ SAN 我们需要大量的存取装置，目的就是为了要强化存取效能与总可用容量，现在知道总可用容量可以使用 RAID 技术来加强，但是存取效能呢？透过网路来存取时，确实可能导致存取效能的低落啊。 为了解决这个问题，因此后来很多厂商开发出所谓的光纤通道。光纤通道的速度要快上很多， 目前标准的光纤通道是 2GB ，未来还可能到达 10GB 以上呢～ 不过，使用光纤等技术较高的设备，当然就比较贵一些。 利用光纤，配合一些硬体的标准化，后来一些厂商提出了 SAN (Storage Area Network) 架构； SAN 利用较高阶的光纤通道来进行主机与储存设备的连接， 让主机透过光纤来快速存取储存设备内的资料，而不是透过较慢的网路架构。 但是 SAN 架构的初设成本太贵，而且维护费用颇高！ 拜乙太网路盛行，加上技术成熟之赐，现今的乙太网路媒体 (网路卡、交换器、路由器等等设备) 已经可以达到 GB 的速度了，离 SAN 的光纤通道速度其实差异已经缩小很多啦～ 那么是否我们可以透过这个 GB 的乙太网路来达到类似 SAN 的功效呢？ 没错！这就是我们接下来要提到的 iSCSI 架构啦！ ^_^ iSCSI 其实，整个 iSCSI 的架构主要分为储存设备与提供 iSCSI 连线的主机端， 而 iSCSI 则透过乙太网路连结储存设备与主机就是了。 两者的关系有点像底下这个图示： 图一、 iSCSI 的主机与储存设备的关系。 首先，您必须要拥有 iSCSI 介面的储存设备 (废话！不然怎么玩？) ， 然后，您的 iSCSI 储存设备上面必须要具有 IP 位址，并且储存设备以网路线连结到拥有 GB 速度的 Switch 上。再来，您的主机必须要启动 iSCSI 的驱动程式， 驱动他之后，他会使用 TCP/IP 的网路协定连结到储存设备上头， 并且『将整个储存设备视为主机上面的一个 SCSI 硬碟』的模样！ 也就是说，基本上，iSCSI 的储存设备就是您主

作者: 相思爱文 发布日期: 2009-3-22

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