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預設 硬體 - 組建RAID從認識開始 手把手教你建磁碟陣列

組建RAID從認識開始 手把手教你建磁碟陣列

最近,剛剛幫朋友裝了一台電腦,朋友選擇了160GB的SATA硬碟。之前,朋友有一台老的電腦,由於經常在網上下載影片和遊戲,因此對硬碟進行了幾次升級,分幾次購買了幾塊80GB PATA硬碟。由於朋友的那台舊電腦實在沒法再用,因此打算把幾塊硬碟組合起來,裝進新配的電腦中使用。因此朋友想組成RAID磁碟陣烈進行使用,以提高機器性能和增大磁碟的容量。那麼什麼是RAID呢?如何實現RAID功能?PATA與SATA硬碟能組建RAID磁碟陣列嗎?於是筆者進行了整理搜集,得文如下:

  一、什麼是RAID?其具備哪些常用的工具模式?

  即然提到了RAID磁碟陣列,那麼我們就先來瞭解一下什麼是RAID?所謂的RAID,是Redundant Arrays of Independent Disks的簡稱,中文為廉價冗余磁碟陣列。由1987年由加州大學伯克利分校提出的,初衷是為了將較廉價的多個小磁碟進行組合來替代價格昂貴的大容量磁碟,希望單個磁碟損壞後不會影響到其它磁碟的繼續使用,使資料更加的安全。RAID作為一種廉價的磁碟冗余陣列,能夠提供一個獨立的大型存儲設備解決方案。在提高硬碟容量的同時,還能夠充分提高硬碟的速度,使資料更加安全,更加易於磁碟的管理。

  瞭解RAID基本定義以後,我們再來看看RAID的幾種常見工作模式。

  1、RAID 0

  RAID 0是最早出現的RAID模式,即Data Stripping資料分條技術。RAID 0是組建磁碟陣列中最簡單的一種形式,只需要2塊以上的硬碟即可,成本低,可以提高整個磁碟的性能和吞吐量。RAID 0沒有提供冗余或錯誤修復能力,是實現成本是最低的。

  RAID 0最簡單的實現方式就是把N塊同樣的硬碟用硬體的形式通過智慧式磁碟控制器或用操作系統中的磁碟驅動程式以軟件的方式串聯在一起創建一個大的卷集。在使用中電腦資料依次寫入到各塊硬碟中,它的最大優點就是可以整倍的提高硬碟的容量。如使用了三塊80GB的硬碟組建成RAID 0模式,那麼磁碟容量就會是240GB。其速度方面,各單獨一塊硬碟的速度完全相同。最大的缺點在於任何一塊硬碟出現故障,整個系統將會受到破壞,可靠性僅為單獨一塊硬碟的1/N。

  為了解決這一問題,便出一了RAID 0的另一種模式。即在N塊硬碟上選擇合理的帶區來創建帶區集。其原理就是將原先順序寫入的資料被分散到所有的四塊硬碟中同時進行讀寫。四塊硬碟的並行操作使同一時間內磁碟讀寫的速度提升了4倍。

  在創建帶區集時,合理的選擇帶區的大小非常重要。如果帶區過大,可能一塊磁碟上的帶區空間就可以滿足大部分的I/O操作,使資料的讀寫仍然只局限在少數的一、兩塊硬碟上,不能充分的發揮出並行操作的優勢。另一方面,如果帶區過小,任何I/O指令都可能引發大量的讀寫操作,佔用過多的控制器總線帶寬。因此,在創建帶區集時,我們應當根據實際應用的需要,慎重的選擇帶區的大小。

  帶區集雖然可以把資料均勻的分配到所有的磁碟上進行讀寫。但如果我們把所有的硬碟都連接到一個控制器上的話,可能會帶來潛在的危害。這是因為當我們頻繁進行讀寫操作時,很容易使控制器或總線的負荷超載。為了避免出現上述問題,建議用戶可以使用多個磁碟控制器。最好解決方法還是為每一塊硬碟都配備一個專門的磁碟控制器。

  雖然RAID 0可以提供更多的空間和更好的性能,但是整個系統是非常不可靠的,如果出現故障,無法進行任何補救。所以,RAID 0一般只是在那些對資料安全性要求不高的情況下才被人們使用。

  2、RAID 1

  RAID 1稱為磁碟鏡像,原理是把一個磁碟的資料鏡像到另一個磁碟上,也就是說資料在寫入一塊磁碟的同時,會在另一塊閒置的磁碟上產生鏡像文件,在不影響性能情況下最大限度的保證系統的可靠性和可修復性上,只要系統中任何一對鏡像盤中至少有一塊磁碟可以使用,甚至可以在一半數量的硬碟出現問題時系統都可以正常執行,當一塊硬碟失效時,系統會忽略該硬碟,轉而使用剩餘的鏡像盤讀寫資料,具備很好的磁碟冗余能力。雖然這樣對資料來講絕對安全,但是成本也會明顯增加,磁碟利用率為50%,以四塊80GB容量的硬碟來講,可利用的磁碟空間僅為160GB。另外,出現硬碟故障的RAID系統不再可靠,應當及時的更換損壞的硬碟,否則剩餘的鏡像盤也出現問題,那麼整個系統就會崩潰。更換新盤後原有資料會需要很長時間同步鏡像,外界對資料的訪問不會受到影響,只是這時整個系統的性能有所下降。因此,RAID 1多用在儲存關鍵性的重要資料的場合。

  RAID 1主要是通過二次讀寫實現磁碟鏡像,所以磁碟控制器的負載也相當大,尤其是在需要頻繁寫入資料的環境中。為了避免出現性能瓶頸,使用多個磁碟控制器就顯得很有必要。

  3、RAID0+1

  從RAID 0+1名稱上我們便可以看出是RAID0與RAID1的結合體。在我們單獨使用RAID 1也會出現類似單獨使用RAID 0那樣的問題,即在同一時間內只能向一塊磁碟寫入資料,不能充分利用所有的資源。為了解決這一問題,我們可以在磁碟鏡像中建立帶區集。因為這種配置方式綜合了帶區集和鏡像的優勢,所以被稱為RAID 0+1。把RAID0和RAID1技術結合起來,資料除分佈在多個盤上外,每個盤都有其物理鏡像盤,提供全冗余能力,允許一個以下磁碟故障,而不影響資料可用性,並具有快速讀/寫能力。RAID0+1要在磁碟鏡像中建立帶區集至少4個硬碟。

  由於我們此次只是介紹家用台式機如何組建RAID磁碟陣列功能,目前主流的主板也只是提供這三種組建模式,因此其它諸如服務等的高階RAID模式,這裡我們將不再過多的介紹。


二、主板芯片組RAID控制芯片介紹
  Intel南橋芯片ICH5R、ICH6R整合有SATA-RAID控制器,但僅支持SATA-RAID,不支持PATA-RAID。Intel採用的是橋接技術,就是把SATA-RAID控制器橋接到IDE控制器,因此可以通過BIOS檢測SATA硬碟,並且通過BIOS設置SATA-RAID。當連接SATA硬碟而又不做RAID時,是把SATA硬碟當作PATA硬碟處理的,安裝OS時也不需要驅動軟碟,在OS的設備管理器內也看不到SATA-RAID控制器,看到的是IDE ATAPI控制器,而且多了兩個IDE通道(由兩個SATA通道橋接的)。只有連接兩個SATA硬碟,且作SATA-RAID時才使用SATA-RAID控制器,安裝OS時需要需要驅動軟碟,在OS的設備管理器內可以看到SATA-RAID控制器。安裝ICH5R、ICH6R的RAID IAA驅動後,可以通過IAA程式檢視RAID盤的性能參數。
  
  VIA南橋芯片VT8237、VT8237R的SATA-RAID設計與Intel不同,它是把一個SATA-RAID控制器整合到8237南橋內,與南橋裡的IDE控制器沒有關係。當然這個SATA-RAID控制器也不見得是原生的SATA模式,因為傳輸速度也沒有達到理想的SATA性能指標。BIOS不負責檢測SATA硬碟,所以在BIOS裡看不到SATA硬碟。SATA硬碟的檢測和RAID設置需要通過SATA-RAID控制器自己BootROM(也可以叫SATA-RAID控制器的BIOS)。所以BIOS自檢後會啟動一個BootROM檢測SATA硬碟,檢測到SATA硬碟後就顯示出硬碟訊息,此時按快捷鍵Tab就可以進入BootROM設置SATA-RAID。在VIA的VT8237南橋的主板上使用SATA硬碟,無論是否做RAID安裝OS時都需要驅動軟碟,在OS的設備管理器內可以看到SATA-RAID控制器。VIA的芯片也只是整合了SATA-RAID控制器。
  NVIDIA的nForce2/ nForce3/ nForce4芯片組的SATA/IDE/RAID處理方式是集Intel和VIA的優點於一身。第一是把SATA/IDE/RAID控制器橋接在一起,在不做RAID時,安裝XP/2000也不需要任何驅動。第二是在BIOS裡的SATA硬碟不像Intel那樣需要特別設置,接上SATA硬碟BIOS就可以檢測到。第三是不僅SATA硬碟可以組成RAID,PATA硬碟也可以組成RAID,PATA硬碟與SATA硬碟也可以組成RAID。這給需要RAID的用戶帶來極大的方便,Intel的ICH5R、ICH6R,VIA的VT8237都不支持PATA的IDE RAID。



三、NVIDIA芯片組BIOS設置和RAID設置簡單介紹

  nForce系列芯片組的BIOS裡有關SATA和RAID的設置選項有兩處,都在Integrated Peripherals(整合周邊)表菜單內。

  SATA的設置選項:Serial-ATA,設定值有[Enabled], [Disabled]。這項的用途是開啟或關閉板載Serial-ATA控制器。使用SATA硬碟必須把此項設置為[Enabled]。如果不使用SATA硬碟可以將此項設置為[Disabled],可以減少佔用的中斷資源。

  RAID的設置選項在Integrated Peripherals/Onboard Device(板載設備)表菜單內,游標移到Onboard Device,按進入如子表菜單:RAID Config就是RAID配置選項,游標移到RAID Config,按就進入如RAID配置表菜單:

  第一項IDE RAID是確定是否設置RAID,設定值有[Enabled], [Disabled]。如果不做RAID,就保持預設值[Disabled],此時下面的選項是不可設置的灰色。

  如果做RAID就選擇[Enabled],這時下面的選項才變成可以設置的黃色。IDE RAID下面是4個IDE(PATA)通道,再下面是SATA通道。nForce2芯片組是2個SATA通道,nForce3/4芯片組是4個SATA通道。可以根據你自己的意圖設置,準備用哪個通道的硬碟做RAID,就把那個通道設置為[Enabled]。

  設置完成就可退出儲存BIOS設置,重新啟動。這裡要說明的是,當你設置RAID後,該通道就由RAID控制器管理,BIOS的Standard CMOS Features裡看不到做RAID的硬碟了。

  BIOS設置後,僅僅是指定那些通道的硬碟作RAID,並沒有完成RAID的組建,前面說過做RAID的磁碟由RAID控制器管理,因此要由RAID控制器的RAID BIOS檢測硬碟,以及設置RAID模式。BIOS啟動自檢後,RAID BIOS啟動檢測做RAID的硬碟,檢測過程在顯示器上顯示,檢測到硬碟後留給用戶幾秒鐘時間,以便用戶按F 1 0 進入RAID BIOS Setup。

nForce芯片組提供的RAID(冗余磁碟陣列)的模式共有下面四種:

RAID 0:硬碟串列方案,提高硬碟讀寫的速度。

RAID 1:鏡像資料的技術。

RAID 0+1:由RAID 0和RAID 1陣列組成的技術。
四、操作系統安裝過程介紹

  按F10進入RAID BIOS Setup,會出現NVIDIA RAID Utility -- Define a New Array(定義一個新陣列)。預定的設置是:RAID Mode(模式)--Mirroring(鏡像),Striping Block(串列塊)--Optimal(最佳)。

  通過這個視窗可以定義一個新陣列,需要設置的專案有:選擇RAID Mode(RAID模式):Mirroring(鏡像)、Striping(串列)、Spanning(捆綁)、Stripe Mirroring(串列鏡像)。

  設置Striping Block(串列塊):4 KB至128 KB/Optimal

  指定RAID Array(RAID陣列)所使用的磁碟

  用戶可以根據自己的需要設置RAID模式,串列塊大小和RAID陣列所使用的磁碟。其中串列塊大小最好用預定的Optimal。RAID陣列所使用的磁碟通過游標鍵→新增。

  做RAID的硬碟可以是同一通道的主/從盤,也可以是不同通道的主/從盤,建議使用不同通道的主/從盤,因為不同通道的帶寬寬,速度快。Loc(位置)欄顯示出每個硬碟的通道/控制器(0-1)/主副狀態,其中通道0是PATA,1是SATA;控制器0是主,1是從;M是主盤,S是副盤。分配完RAID陣列磁碟後,按F7。出現清除磁碟資料的提示。按Y清除硬碟的資料,彈出Array List視窗:如果沒有問題,可以按Ctrl-X儲存退出,也可以重建已經設置的RAID陣列。至此RAID建立完成,系統重啟,可以安裝OS了。

  安裝Windows XP系統,安裝系統需要驅動軟碟,主板附帶的是XP用的,2000的需要自己製作。從光碟啟動Windows XP系統安裝盤,在進入藍色的提示螢幕時按F6鍵,告訴系統安裝程式:需要另外的存儲設備驅動。當安裝程式拷貝一部分設備驅動後,停下來提示你敲S鍵,指定存儲設備驅動:

  系統提示把驅動軟碟放入軟式磁碟機,按提示放入軟碟後,敲Enter鍵。系統讀取軟碟後,提示你選擇驅動。nForce的RAID驅動與Intel和VIA的不同,有兩個:NVIDIA RAID CLASS DRIVER和NVIDIA Nforce Storage Controller都要安裝。

  第一次選擇NVIDIA RAID CLASS DRIVER,敲Enter鍵系統讀入,再返回敲S鍵提示界面,此時再敲S鍵,然後選擇NVIDIA Nforce Storage Controller,敲Enter鍵,系統繼續拷貝文件,然後返回到下面界面。


  在這個界面裡顯示出系統已經找到NVIDIA RAID CLASS DRIVER和NVIDIA Nforce Storage Controller,可以敲Enter鍵繼續。
系統從軟碟拷貝所需文件後重啟,開始檢測RAID盤,找到後提示設置硬碟。此時用戶可以建立一個主分區,並格式化,然後系統向硬碟拷貝文件。在系統安裝期間不要取出軟碟,直到安裝完成。

  剩餘的磁碟分區等安裝完系統後,我們可以用XP的磁碟管理器分區格式化。用XP的磁碟管理器分區,等於/小於20GB的邏輯盤可以格式化為FAT32格式。大於20GB的格式化為NTF格式。



INTEL

以Intel的ICH5R芯片為例,講解如何利用兩塊硬碟來組建RAID 0或RAID 1系統。

二、在BIOS中打開RAID功能

 安裝好SATA硬碟之後,就要進入BIOS中打開南橋芯片的RAID功能。具體方法是:進入BIOS設置程式的「OnChip IDE Device」視窗,找到一個名為「SATA Mode」的選項,將它設置為「RAID」,然後儲存BIOS設置並重新啟動電腦。

三、組建RAID系統

在BIOS中啟動了RAID功能後,ICH5R南橋芯片內置的「Intel RAID Option ROM」便開始啟動,該軟件是Intel RAID應用程式,提供BIOS和DOS服務。在系統啟動POST(加電自檢)時,螢幕上會有一些提示訊息,按「Ctrl+I」鍵便可進入Intel RAID Configuration Utility視窗.在該視窗中,視窗上半部分是主表菜單,下半部分顯示的是已經安裝好的兩個硬碟的訊息,例如硬碟型號、容量、是否已經組建RAID系統等。將游標移動到主表菜單的「1.Create RAID Volume」上,然後按Enter鍵鍵,此時便進入創建RAID系統的主界面,首先將游標移動到「Name」選項上,在此輸入一個RAID卷的名稱,一般用預定的名稱即可;按「TAB」鍵,將游標停留在「RAID Level」選項上,在此按向上或向下的箭頭按鍵,可以選擇RAID的類型──RAID 0或者RAID 1;根據自己的實際需要選擇RAID類型(如果要提高磁碟性能,則選擇RAID 0;如果要更好的安全性,則選擇RAID 1)後,按「TAB」鍵將游標移動到「Strip Size」選項上,選擇串列值,一般選擇「128KB」。完成上述設置後,按「TAB」鍵,使游標停留在「Create Volume」上.按下Enter鍵鍵,此時會出現一條提示訊息,詢問是否確認創建RAID系統.

小提示:

注意,如果是創建RAID 0這種類型的RAID系統,必須在創建前備份硬碟上的資料,否則一旦創建RAID 0系統,則硬碟上的所有資料及分區都會被刪除。

按「Y」鍵確認創建RAID,此時會回到主界面,在視窗的下方會發現硬碟的訊息已經發生改變,顯示已經創建了一個RAID卷

按「Esc」鍵,此時會出現確認是否退出的提示訊息,按「Y」鍵退出RAID配置程式,此時系統重新啟動。

四、硬碟分區及安裝系統

如果創建的RAID系統是RAID 1,那麼系統會自動將主盤上的資料備份到從盤上,此時如果主盤上已經安裝了操作系統,則可以直接進入Windows,只要在進入Windows後安裝Intel的ICH5R RAID驅動程式即可。

如果創建的是RAID 0,那麼兩塊硬碟上的資料會全部被刪除,此時要在DOS下對硬碟重新進行分區。分區的方法與一般的硬碟分區沒有什麼區別。分區完成後,在安裝操作系統時,如果是安裝Windows 2000/XP等NT核心的系統,則必須在出現「Press F6 if you need to install a third party SCSI or RAID driver……」這樣一段提示語的時候按「F6」鍵,然後插入ICH5R的RAID驅動程式軟碟,按「S」鍵裝載該驅動。具體的操作方法與其他SATA控制芯片在安裝Windows2000/XP時載入SATA控制器驅動時一樣。
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