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RAID相关技术知识3

 

RAID 级别你选谁（上）
 
　　 RAID 012345 到底哪一种适合你，不只是成本问题，容错功能和传输性能的考虑以及未来之可扩充性都应该符合应用的需求。
 
　　 RAID 在市场上的的应用，已经不是新鲜的事儿了，很多人都大略了解RAID的基本观念，以及各个不同RAID LEVEL 的区分。但是在实际应用面，我们发现，有很多使用者对于选择一个合适的RAID LEVEL，仍然无法很确切的掌握，尤其是对于RAID 0+1 (10)，RAID 3，RAID 5之间的选择取舍，更是举棋不定。
 
　　本文将针对 RAID 0+1/10、RAID 3以及RAID 5的工作原理和特性，作一些分析和比较，以列出这些不同RAID阶层所适合的应用，希望对各位能有原则性的帮助。
 
　　 RAID条切“striped”的存取模式
 
　　在使用数据条切�zData Stripping�{ 的RAID 系统之中，对成员磁盘驱动器的存取方式，可分为两种：
 
　　并行存取�zParalleled Access�{
　　独立存取�zIndependent Access�{
 
　　RAID 2和RAID 3 是采取并行存取模式。
 
　　RAID 0、RAID 4、RAID 5及RAID 6则是采用独立存取模式。
 
　　 平行存取模式
 
　　并行存取模式支持里，是把所有磁盘驱动器的主轴马达作精密的控制，使每个磁盘的位置都彼此同步，然后对每一个磁盘驱动器作一个很短的 I/O数据传送，如此一来，从主机来的每一个I/O 指令，都平均分布到每一个磁盘驱动器。
 
　　为了达到并行存取的功能， RAID 中的每一个磁盘驱动器，都必须具备几乎完全相同的规格：转速必须一样；磁头搜寻速度�zAccess Time�{必须相同；Buffer 或Cache的容量和存取速度要一致；CPU处理指令的速度要相同；I/O Channel 的速度也要一样。总而言之，要利用并行存取模式，RAID 中所有的成员磁盘驱动器，应该使用同一厂牌，相同型号的磁盘驱动器。
 
　　　
 
　　并行存取的基本工作原理
 
　　假设 RAID中共有四部相同规格的磁盘驱动器，分别为磁盘驱动器A、B、C和D，我们在把时间轴略分为T0、T1、T2、T3和T4：
 
T0： RAID控制器将第一笔数据传送到A的Buffer，磁盘驱动器B、C和D的Buffer都是空的，在等待中
T1： RAID控制器将第二笔数据传送到B的Buffer，A开始把Buffer中的数据写入扇区，磁盘驱动器C和D的Buffer都是空的，在等待中
T2： RAID控制器将第三笔数据传送到C的Buffer，B开始把Buffer中的数据写入扇区，A已经完成写入动作，磁盘驱动器D和A的Buffer都是空的，在等待中
T3： RAID控制器将第四笔数据传送到D的Buffer，C开始把Buffer中的数据写入扇区，B已经完成写入动作，磁盘驱动器A和B的Buffer都是空的，在等待中
T4： RAID控制器将第五笔数据传送到A的Buffer，D开始把Buffer中的数据写入扇区，C已经完成写入动作，磁盘驱动器B和C的Buffer都是空的，在等待中
如此一直循环，一直到把从主机来的这个 I/O 指令处理完毕，RAID控制器才会受处理下一个I/O 指令。重点是在任何一个磁盘驱动器准备好把数据写入扇区时，该目的扇区必须刚刚好转到磁头下。同时RAID控制器每依次传给一个磁盘驱动器的数据长度，也必须刚刚好，配合磁盘驱动器的转速，否则一旦发生miss，RAID 性能就大打折扣。
 
　　并行存取 RAID的最佳应用
 
　　并行存取 RAID之架构，以其精细的马达控制和分布之数据传输，将数组中每一个磁盘驱动器的性能发挥到最大，同时充分利用Storage Bus的频宽，因此特别适合应用在大型、数据连续的档案存取应用，例如：
 
　　影像、视讯档案服务器
　　数据仓储系统
　　多媒体数据库
　　电子图书馆
　　印前或底片输出档案服务器
　　其它大型且连续性档案服务器
 
　　由于并行存取 RAID架构之特性，RAID 控制器一次只能处理一个I/O要求，无法执行Overlapping 的多任务，因此非常不适合应用在I/O次数频繁、数据随机存取、每笔数据传输量小的环境。同时，因为并行存取无法执行Overlapping 的多任务，因此没有办法"隐藏"磁盘驱动器搜寻�zseek�{的时间，而且在每一个I/O的第一笔数据传输，都要等待第一个磁盘驱动器旋转延迟�zrotational latency�{，平均为旋转半圈的时间，如果使用一万转的磁盘驱动器，平均就需要等待50 usec。所以机械延迟时间，是并行存取架构的最大问题。
 
　　 独立存取模式
 
　　相对于并行存取模式，独立存取模式并不对成员磁盘驱动器作同步转动控制，其对每个磁盘驱动器的存取，都是独立且没有顺序和时间间格的限制，同时每笔传输的数据量都比较大。因此，独立存取模式可以尽量地利用 overlapping 多任务、Tagged Command Queuing等等高阶功能，来"隐藏"上述磁盘驱动器的机械时间延迟�zSeek 和Rotational Latency�{。
 
　　由于独立存取模式可以做 overlapping 多任务，而且可以同时处理来自多个主机不同的I/O Requests，在多主机环境�z如Clustering�{，更可发挥最大的性能。
 
　　独立存取 RAID的最佳应用
 
　　由于独立存取模式可以同时接受多个 I/O Requests，因此特别适合应用在数据存取频繁、每笔数据量较小的系统。例如：
 
　　在线交易系统或电子商务应用
　　多使用者数据库
　　 ERM及MRP 系统
　　小文件之文件服务器

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