1.为什么需要磁盘阵列？

    如何增加磁盘的存取（access）速度，如何防止数据因磁盘的故障而失落及如何有效的利用磁盘空间，一直是电脑专业人员和用户的困扰；而大容量磁盘的价格非常昂贵，对用户形成很大的负担。磁盘阵列技术的产生一举解决了这些问题。

    过去十几年来，CPU的处理速度增加了五十倍有多，内存（memory）的存取速度亦大幅增加，而数据储存装置——主要是磁盘（harddisk）——的存取速度只增加了三、四倍，形成电脑系统的瓶颈，拉低了电脑系统的整体性能（throughput），若不能有效的提升磁盘的存取速度，CPU、内存及磁盘间的不平衡将使CPU及内存的改进形成浪费。

    目前改进磁盘存取速度的的方式主要有两种。一是磁盘快取控制（diskcachecontroller），它将从磁盘读取的数据存在快取内存（cachememory）中以减少磁盘存取的次数，数据的读写都在快取内存中进行，大幅增加存取的速度，如要读取的数据不在快取内存中，或要写数据到磁盘时，才做磁盘的存取动作。这种方式在单工环境（single-taskingenvioronment）如DOS之下，对大量数据的存取有很好的性能（量小且频繁的存取则不然），但在多工（multi-tasking）环境之下（因为要不停的作数据交换（swapping）的动作）或数据库（database）的存取（因为每一记录都很小）就不能显示其性能。这种方式没有任何安全保障。

    其二是使用磁盘阵列的技术。磁盘阵列是把多个磁盘组成一个阵列，当作单一磁盘使用，它将数据以分段（striping）的方式储存在不同的磁盘中，存取数据时，阵列中的相关磁盘一起动作，大幅减低数据的存取时间，同时有更佳的空间利用率。磁盘阵列所利用的不同的技术，称为RAIDlevel，不同的level针对不同的系统及应用，以解决数据安全的问题。

    一般高性能的磁盘阵列都是以硬件的形式来达成，进一步的把磁盘快取控制及磁盘阵列结合在一个控制器（RAIDcontroler或控制卡上，针对不同的用户解决人们对磁盘输出入系统的四大要求：

    （1）增加存取速度，

    （2）容错（faulttolerance），即安全性

    （3）有效的利用磁盘空间；

    （4）尽量的平衡CPU，内存及磁盘的性能差异，提高电脑的整体工作性能。

    2.磁盘阵列原理

    磁盘阵列中针对不同的应用使用的不同技术，称为RAIDlevel，RAID是RedundentArrayofInexpensiveDisks的缩写，而每一level代表一种技术，目前业界公认的标准是RAID0~RAID5.这个level并不代表技术的高低，level5并不高于level3，level1也不低过level4，至于要选择那一种RAIDlevel的产品，纯视用户的操作环境（operatingenvironment）及应用（application）而定，与level的高低没有必然的关系。

    RAID0及RAID1适用于PC及PC相关的系统如小型的网络服务器（networkserver）及需要高磁盘容量与快速磁盘存取的工作站等，比较便宜；RAID3及RAID4适用于大型电脑及影像、CAD/CAM等处理；RAID5多用于OLTP，因有金融机构及大型数据处理中心的迫切需要，故使用较多而较有名气，RAID2较少使用，其他如RAID6，RAID7，乃至RAID10等，都是厂商各做各的，并无一致的标准，在此不作说明。介绍各个RAIDlevel之前，先看看形成磁盘阵列的两个基本技术：

    磁盘延伸（DiskSpanning）：

    译为磁盘延伸，能确切的表示diskspanning这种技术的含义。如图磁盘阵列控制器，联接了四个磁盘，这四个磁盘形成一个阵列（array），而磁盘阵列的控制器（RAIDcontroller）是将此四个磁盘视为单一的磁盘，如DOS环境下的C：盘。这是diskspanning的意义，因为把小容量的磁盘延伸为大容量的单一磁盘，用户不必规划数据在各磁盘的分布，而且提高了磁盘空间的使用率。并使磁盘容量几乎可作无限的延伸；而各个磁盘一起作取存的动作，比单一磁盘更为快捷。很明显的，有此阵列的形成而产生RAID的各种技术。

    磁盘或数据分段（DiskStripingorDataStriping）：

    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（virtualdisk），所以其数据是以分段（blockorsegment）的方式顺序存放在磁盘阵列中，数据按需要分段，从第一个磁盘开始放，放到最後一个磁盘再回到第一个磁盘放起，直到数据分布完毕。至于分段的大小视系统而定，有的系统或以1KB最有效率，或以4KB，或以6KB，甚至是4MB或8MB的，但除非数据小于一个扇区（sector，即521bytes），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，还要做组合或分组（视读或写而定）的动作，浪费时间。从上图我们可以看出，数据以分段于在不同的磁盘，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=（磁盘的accesstime 数据的tranfertime）X4次，现在只要一次就可以完成。

    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）

    Diskstriping也称为RAID0，很多人以为RAID0没有甚么，其实这是非常错误的观念，

    因为RAID0使磁盘的输出入有最高的效率。而磁盘阵列有更好效率的原因除数据分段外，它可以同时执行多个输出入的要求，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（parallelaccess）的动作，但只有硬件的磁盘阵列才有此性能表现。

    从上面两点我们可以看出，diskspanning定义了RAID的基本形式，提供了一个便宜、灵活、高性能的系统结构，而diskstriping解决了数据的存取效率和磁盘的利用率问题，RAID1至RAID5是在此基础上提供磁盘安全的方案。

    RAID1

    RAID1是使用磁盘镜像（diskmirroring）的技术。磁盘镜像应用在RAID1之前就在很多系统中使用，它的方式是在工作磁盘（workingdisk）之外再加一额外的备份磁盘（backupdisk），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。磁盘镜像不见得就是RAID1，如NovellNetware亦有提供磁盘镜像的功能，但并不表示Netware有了RAID1的功能。一般磁盘镜像和RAID1有二点最大的不同：

    RAID1无工作磁盘和备份磁盘之分，多个磁盘可同时动作而有重叠（overlaping）读取的功能，甚至不同的镜像磁盘可同时作写入的动作，这是一种最佳化的方式，称为负载平衡（load-balance）。例如有多个用户在同一时间要读取数据，系统能同时驱动互相镜像的磁盘，同时读取数据，以减轻系统的负载，增加I/O的性能。

    RAID1的磁盘是以磁盘延伸的方式形成阵列，而数据是以数据分段的方式作储存，因而在读取时，它几乎和RAID0有同样的性能。从RAID的结构就可以很清楚的看出RAID1和一般磁盘镜像的不同。

    下图为RAID1，每一笔数据都储存两份：

    从图可以看出：

    R：N（可同时读取所有磁盘）

    W：N/2（同时写入磁盘数）

    S：N/2（利用率）

    读取数据时可用到所有的磁盘，充分发挥数据分段的优点；写入数据时，因为有备份，所以要写入两个磁盘，其效率是N/2，磁盘空间的使用率也只有全部磁盘的一半。

    很多人以为RAID1要加一个额外的磁盘，形成浪费而不看好RAID1，事实上磁盘越来越便宜，并不见得造成负担，况且RAID1有最好的容错（faulttolerence）能力，其效率也

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