從RAID容錯式獨立磁碟陣列說起－RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5效能揭密

[psac]

前言:

　　RAID容錯式獨立磁碟陣列全稱為Redundant Array of Disks,是「獨立磁牒冗余陣列」（最初為「廉價磁牒冗余陣列」）的縮略語。1987年由Patterson，Gibson和Katz在加州大學伯克利分院的一篇文章中定義。RAID容錯式獨立磁碟陣列陣列技術允許將一系列磁牒分組，以實現為資料保護而必需的資料冗余，以及為提高讀寫效能而形成的資料條帶分佈。RAID容錯式獨立磁碟陣列最初用於高端伺服器市場，不過隨著電腦技術的快速發展，RAID容錯式獨立磁碟陣列技術已經滲透到電腦遍佈的各個領域。如今，在家用電腦主機板中，RAID容錯式獨立磁碟陣列控制晶片也隨處可見。

瞻@般，RAID容錯式獨立磁碟陣列系統可以存在於各種接頭界面，就我們現時來說，PATA、SATA以及SCSI均有相應的硬碟可以組成RAID容錯式獨立磁碟陣列。隨著Intel 865/875系列晶片組的發佈，家用市場的硬碟接頭開始轉向SATA，而RAID容錯式獨立磁碟陣列方式也將從PATA過渡到SATA。

壙AID容錯式獨立磁碟陣列技術伴隨著人們的使用程序，經歷了一系列的變遷與發展。而在家用市場上，我們一般只能看到RAID容錯式獨立磁碟陣列 0、RAID容錯式獨立磁碟陣列 1以及RAID容錯式獨立磁碟陣列 0+1這幾種磁牒陣列方式。不過從DFI Lanparty主機板的誕生開始，我們又迎來了第四種磁牒陣列方式，那就是RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5。

簣q實際套用來說，家用RAID容錯式獨立磁碟陣列的組建大多數情況是為了進一步提高磁牒的讀寫效能，而資料的制作備份可由其他方式達到（如燒錄）。所以，在只有2個硬碟的情況下，人們願意嘗試的以RAID容錯式獨立磁碟陣列 0為主，不過RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5的誕生讓我們改變了這一理念。究竟這兩種相對廉價的磁牒陣列方式具有何等的效能？讓我們來為大家揭曉。

細說RAID容錯式獨立磁碟陣列:

臏鷃＆a用市場上，我們只會使用到上述的RAID容錯式獨立磁碟陣列系統，不過我們還是有必要認識一下各種各樣的RAID容錯式獨立磁碟陣列：

RAID容錯式獨立磁碟陣列 0:

　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 0使用一種稱為「條帶」（striping）的技術把資料分佈到各個磁牒上。在那裡每個「條帶」被分散到連續「塊」（block）上,資料被分成從512字元到數兆字元的若干塊後，再交替寫到磁牒中。第1塊被寫到磁牒1中，第2塊被寫到磁牒2中，如此類推。當系統到達陣列中的最後一個磁牒時，就寫到磁牒1的下一分段，如此下去。



瞻應庛禤ぁi以將IO負載平均分配到所有的驅動器中。由於驅動器可以同時寫或讀，使得效能顯著提高。但是，它卻沒有資料保護能力。如果一個磁牒出現故障，那麼資料就會全盤丟失。因此，RAID容錯式獨立磁碟陣列 0不適用於關鍵工作環境，但是，它卻非常適合於視瀕、圖像的製作和編輯。

RAID容錯式獨立磁碟陣列 1:

　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 1也被稱為鏡象，因為一個磁牒上的資料被完全複製到另一個磁牒上。如果一個磁牒的資料發生錯誤，或者硬碟出現了壞軌，那麼另一個硬碟可以補救回磁牒故障而造成的資料損失和系統中斷。另外，RAID容錯式獨立磁碟陣列 1還可以實現雙工——即可以複製整個控制器，這樣在磁牒故障或控制器故障發生時，您的資料都可以得到保護。鏡象和雙工的缺點是需要多出一倍數量的驅動器來複製資料，但系統的讀寫效能並不會由此而提高，這可能是一筆不小的開支。RAID容錯式獨立磁碟陣列 l可以由軟體或硬體方式實現。



RAID容錯式獨立磁碟陣列 2:

　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 2是為大型機和超級電腦開發的帶海明碼校驗磁牒陣列。磁牒驅動器組中的第1個、第2個、第4個……第2的n次冪個磁牒驅動器是專門的校驗盤，用於校驗和糾錯。如下圖：七個磁牒驅動器組建的RAID容錯式獨立磁碟陣列 2，第1、2、4個磁牒驅動器（紅色）是糾錯盤，其餘的（紫色）用於存放資料。RAID容錯式獨立磁碟陣列 2對大資料量的讀寫具有極高的效能，但少量資料的讀寫時效能反而不好，所以RAID容錯式獨立磁碟陣列 2實際使用較少。



　　由於RAID容錯式獨立磁碟陣列 2的特殊性，只要我們使用的磁牒驅動器越多，校驗盤在其中占的百分比越少。如果希望達到比較理想的速度和較好的磁牒利用率，那最好可以增加儲存校驗碼ECC碼的硬碟，但是這就要付出更多硬碟的購買成本，來確保資料冗余。對於控制器的設計來說，它比下面所說的RAID容錯式獨立磁碟陣列 3，4或5要簡單。

RAID容錯式獨立磁碟陣列 3:

　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 3，即帶有專用奇偶位（parity）的條帶。每個條帶片上都有相當於一「塊」那麼大的空間用來存儲冗余信息，即奇偶位。奇偶位是編碼信息，如果某個磁牒的資料有誤，或者磁牒發生故障，就可以用它來恢複數據。在資料密集型環境或單一用戶環境中，組建RAID容錯式獨立磁碟陣列 3對訪問較長的連續記錄有利，不過同RAID容錯式獨立磁碟陣列 2一樣，訪問較短記錄時，效能會有所下降。



RAID容錯式獨立磁碟陣列 4:

　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 4是帶奇偶校驗碼的獨立磁牒結構。它和RAID容錯式獨立磁碟陣列 3很相似，不同的是RAID容錯式獨立磁碟陣列 4對資料的訪問是按資料塊進行的。RAID容錯式獨立磁碟陣列 3是一次一橫條，而RAID容錯式獨立磁碟陣列 4一次一豎條。所以RAID容錯式獨立磁碟陣列 3常須訪問陣列中所有的硬碟驅動器，而RAID容錯式獨立磁碟陣列 4只須訪問有用的硬碟驅動器。這樣讀資料的速度大大提高了，但在寫資料方面，需將從資料硬碟驅動器和校驗硬碟驅動器中恢復出的舊資料與新資料校驗，然後再將更新後的資料和檢驗位寫入硬碟驅動器，所以處理時間較RAID容錯式獨立磁碟陣列 3長。



RAID容錯式獨立磁碟陣列 5:

　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 5也被叫做帶分佈式奇偶位的條帶。每個條帶上都有相當於一個「塊」那麼大的地方被用來存放奇偶位。與RAID容錯式獨立磁碟陣列 3不同的是，RAID容錯式獨立磁碟陣列 5把奇偶位信息也分佈在所有的磁牒上，而並非一個磁牒上，大大減輕了奇偶校驗盤的負擔。儘管有一些容量上的損失，RAID容錯式獨立磁碟陣列 5卻能提供較為完美的整體效能，因而也是被廣泛套用的一種磁牒陣列方案。它適合於輸入/輸出密集、高讀/寫比率的應用程式，如事務處理等。



　　為了具有RAID容錯式獨立磁碟陣列 5級的冗余度，我們需要至少三個磁牒組成的磁牒陣列。RAID容錯式獨立磁碟陣列 5可以通過磁牒陣列控制器硬體實現，也可以通過某些網路操作系統軟體實現。

RAID容錯式獨立磁碟陣列 6:

　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 6是帶有兩種分佈存儲的奇偶校驗碼的獨立磁牒結構。它使用了分配在不同的磁牒上的第二種奇偶校驗來實現增強型的RAID容錯式獨立磁碟陣列 5。它能承受多個驅動器同時出現故障，但是，用於計算奇偶校驗值和驗證資料正確性所花費的時間比較多，造成了系統的負載較重，大大降低整體磁牒效能，而且，系統需要一個極為複雜的控制器。當然，由於引入了第二種奇偶校驗值，我們所以需要的是N+2個磁牒。



RAID容錯式獨立磁碟陣列 7:

壙AID容錯式獨立磁碟陣列 7自身帶有智能化既時操作系統和用於存儲管理的軟體工具，可完全獨立於主機執行，不佔用主機CPU資源。RAID容錯式獨立磁碟陣列 7存儲電腦操作系統（Storage Computer Operating System）是一套既時事件驅動操作系統，主要用來進行系統啟始化和安排RAID容錯式獨立磁碟陣列 7磁牒陣列的所有資料傳輸，並把它們轉換到相應的物理存儲驅動器上。通過Storage Computer Operating System來設定和控制讀寫速度，可使主機I/O傳遞效能達到最佳。如果一個磁牒出現故障，還可自動執行恢復操作，並可管理制作備份磁牒的重建程序。



　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 7採用的是非同步訪問方式，極大地減輕了資料寫瓶頸，提高了I/O速度。（所謂非同步訪問，即RAID容錯式獨立磁碟陣列 7的每個I/O接頭都有一條專用的高速通道，作為資料或控制信息的流通路徑，因此可獨立地控制自身系統中每個磁牒的資料存取。）如果RAID容錯式獨立磁碟陣列 7有N個磁牒，那麼除去一個校驗盤（用作冗余計算）外，可同時處理N－1個主機系統隨機發出的讀/寫指令，從而顯著地改善了I/O套用。RAID容錯式獨立磁碟陣列 7系統內裝既時操作系統還可自動對主機傳送過來的讀/寫指令進行最佳化處理，以智能化方式將可能被讀取的資料預先讀入快速緩衝中，從而大大減少了磁頭的轉動次數，提高了I/O速度。RAID容錯式獨立磁碟陣列 7可說明 用戶有效地管理日益龐大的資料存儲系統，並使系統的執行效率提高至少一倍以上,滿足了各類用戶的不同需求。

RAID容錯式獨立磁碟陣列 10（RAID容錯式獨立磁碟陣列 0+1）:

　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 10，也被稱為鏡象陣列條帶，現在我們一般稱它為RAID容錯式獨立磁碟陣列 0+1。RAID容錯式獨立磁碟陣列 10（RAID容錯式獨立磁碟陣列 0+1）提供100%的資料冗余，支持更大的捲尺寸。組建RAID容錯式獨立磁碟陣列 10（RAID容錯式獨立磁碟陣列 0+1）需要4個磁牒，其中兩個為條帶資料分佈，提供了RAID容錯式獨立磁碟陣列 0的讀寫效能，而另外兩個則為前面兩個硬碟的鏡像，保證了資料的完整制作備份。



RAID容錯式獨立磁碟陣列 30:

　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 30也被稱為專用奇偶位陣列條帶。它具有RAID容錯式獨立磁碟陣列 0和RAID容錯式獨立磁碟陣列 3的特性，由兩組RAID容錯式獨立磁碟陣列 3的磁牒（每組3個磁牒）組成陣列，使用專用奇偶位，而這兩種磁牒再組成一個RAID容錯式獨立磁碟陣列 0的陣列，實現跨磁牒抽取資料。RAID容錯式獨立磁碟陣列 30提供容錯能力，並支持更大的捲尺寸。像RAID容錯式獨立磁碟陣列 10一樣，RAID容錯式獨立磁碟陣列 30也提供高可靠性，因為即使有兩個物理磁牒驅動器失效（每個陣列中一個），資料仍然可用。



　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 30最小要求有6個驅動器，它最適合非交互的應用程式，如視瀕流、圖形和圖像處理等。這些應用程式順序處理大型文件，而且要求高可用性和高速度。

RAID容錯式獨立磁碟陣列 50:
　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 50被稱為分佈奇偶位陣列條帶。同RAID容錯式獨立磁碟陣列 30相仿的，它具有RAID容錯式獨立磁碟陣列 5和RAID容錯式獨立磁碟陣列 0的共同特性。它由兩組RAID容錯式獨立磁碟陣列 5磁牒組成（每組最少3個），每一組都使用了分佈式奇偶位，而兩組硬碟再組建成RAID容錯式獨立磁碟陣列 0，實驗跨磁牒抽取資料。RAID容錯式獨立磁碟陣列 50提供可靠的資料存儲和優秀的整體效能，並支持更大的捲尺寸。即使兩個物理磁牒發生故障（每個陣列中一個），資料也可以順利恢復過來。



　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 50最少需要6個驅動器，它最適合需要高可靠性存儲、高讀取速度、高資料傳輸效能的套用。這些套用包括事務處理和有許多用戶存取小文件的辦公應用程式。

RAID容錯式獨立磁碟陣列 53:

　　RAID容錯式獨立磁碟陣列 53稱為高效資料傳送磁牒結構。結構的實施同Level 0資料條陣列，其中，每一段都是一個RAID容錯式獨立磁碟陣列 3陣列。它的冗余與容錯能力同RAID容錯式獨立磁碟陣列 3。這對需要具有高資料傳輸率的RAID容錯式獨立磁碟陣列 3配置的系統有益，但是它價格昂貴、效率偏低。



RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5:

壙AID容錯式獨立磁碟陣列 1.5是一個新生的磁牒陣列方式，它具有RAID容錯式獨立磁碟陣列 0+1的特性，而不同的是，它的實現只需要2個硬碟。從表面上來看，組建RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5後的磁牒，兩個都具有相同的資料。當然，RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5也是一種不能完全利用磁牒空間的磁牒陣列模式，因此，兩個80GB的硬碟在組建RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5後，和RAID容錯式獨立磁碟陣列 1是一樣的，即只有80GB的實際使用空間，另外80GB是它的制作備份資料。如果把兩個硬碟分開，分別把他們執行在原系統，也是暢通無阻的。但通過實際套用，我們發現如果兩個硬碟在分開執行後，其資料的輕微改變都會引起再次重組後的磁牒陣列，沒法實現完全的資料恢復，而是以資料較少的磁牒為準。



竅J然RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5和RAID容錯式獨立磁碟陣列 1具有非常相似的效果，那麼它是怎麼實驗RAID容錯式獨立磁碟陣列 0的條帶式讀寫操作的呢？到目前為止，我們還沒有確實的材料證明下面的假想：就是磁牒陣列控制晶片具有進階的控制功能，可以讓兩個磁牒同時以條帶的方式記錄相同的資料，但需要讀取的時候，控制器卻可以分辨出需要讀取的程序條帶，然後分別從不同的硬碟中讀取不同的條帶，以達到提高效能的RAID容錯式獨立磁碟陣列 0效果。

穡銋瞗A對於家庭用戶來說，RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5的實現大多數情況下還是在於效能有所提高，畢竟RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5具有RAID容錯式獨立磁碟陣列 0的特性。因此，這次我們針對RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5的效能做了一次對比測試。下面，讓我們一起來看看RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5的效能：

http://www.pconline.com.cn/pchardwar.../174596_3.html

效能測試：

http://www.pconline.com.cn/pchardwar.../174596_4.html

糧o次測試，我們採用了ICH 5的Soft RAID容錯式獨立磁碟陣列功能和Promise PDC20378的RAID容錯式獨立磁碟陣列功能組建了SATA的RAID容錯式獨立磁碟陣列 0系統，和Lanparty PRO875主機板板載的Highpoint 372N組建的PATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5進行對比。組建的SATA磁牒陣列和PATA磁牒陣列所用的硬碟類型不同，所以測試成績也僅供參考。

WinBench 99：



糧q過WinBench 99測試，我們可以瞭解到組建RAID容錯式獨立磁碟陣列之後，無論是商用磁牒效能還是高端磁牒效能，都得到了很大的提高。其中兩個金鑽9組成的RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5在商用磁牒效能方面最為強勁，達到了21200，而高端磁牒效能則由ICH 5 RAID容錯式獨立磁碟陣列 0控制的SATA磁牒陣列帶頭領先，成績也是相當喜人。

竅陘F進一步比較PATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5和SATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 0的差別，我們做了以下的對比測試：



HighPoint PATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5



Promise 378 SATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 0



糧q過兩種RAID容錯式獨立磁碟陣列模式的對比，我們發現採用DiamondMax 9 Plus（金鑽9代）硬碟組建的RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5系統成績十分驚人，其磁牒傳輸率最高可以達到95KB/s，而平均傳輸率也接近70KB/s。資料傳輸程序中，其傳輸率的波動性比較有規律，傳輸效能穩定。而SATA作為優秀的新生代磁牒接頭，當然也表現出非凡的實力。通過兩個Baracuda V（酷魚5代）組建的RAID容錯式獨立磁碟陣列 0系統在磁牒的最高傳輸率上沒有RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5的表現突出，不過也可以超過90KB/s，但最低傳輸率方面要比RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5高出一定的距離，平均傳輸率更是比RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5優勝。

Sisoft Sandra 2003:

礎bSisoft Sandra 2003的磁牒效能測試中，我們都採用了一個空磁牒分區作為測試的目標碟，容量均為20G。採用PATA組建的RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5系統，其效能沒有在WinBench 99測試中那麼優秀，與兩種控制晶片構成的SATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 0相差甚遠。


HighPoint PATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5


Promise SATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 0


ICH 5 SATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 0

HD Tach 2.61:


HighPoint PATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5


Promise SATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 0


ICH5 SATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 0

礎bHD Tach 2.61測試中，RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5再展雄風，其平均47.8MB/s的讀速度讓平均只有31.1MB/s的SATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 0俯首稱臣。不過在CPU佔用率方面，SATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 0明顯比PATA RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5小得多，其中最小是ICH5控制的RAID容錯式獨立磁碟陣列 0系統，僅為1.2%。不過就算是CPU佔用率最高的RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5系統也只是2.8%，對於現今超過2GHz的主流機器配置來說，也是微不足道的。



礎bSYSMark 2002測試中，我們發現組建RAID容錯式獨立磁碟陣列之後的整機效能沒有得到想像中那麼大的改善，不過在辦公效能方面也會有5％的提升。PATA硬碟組建的RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5和SATA硬碟組建的RAID容錯式獨立磁碟陣列 0差別不大。



瞻ㄨL在PCMark 2002測試中，RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5又一次超出RAID容錯式獨立磁碟陣列 0的水準，讓人不得不佩服。



總結：

壙AID容錯式獨立磁碟陣列是一種具有悠久的歷史磁牒陣列技術。它的誕生不光是為了保證我們的重要資料在冗余的磁牒陣列中得以安全長久的儲存下去，還是突破瓶頸、提升效能的重要手段。至今，RAID容錯式獨立磁碟陣列技術已經套用於電腦所滲透到的各個嶺域中，而家用電腦市場，這個本來不為RAID容錯式獨立磁碟陣列研發人員所考慮的市場，也已經具有好幾年的發展歷程。

礎b過去，PATA硬碟在家用市場組建的RAID容錯式獨立磁碟陣列通常僅有RAID容錯式獨立磁碟陣列 0、RAID容錯式獨立磁碟陣列 1和RAID容錯式獨立磁碟陣列 0+1，不過今天我們不但親眼目睹了RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5的誕生，還感受到RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5的獨特魅力。和即將成為主流的SATA硬碟組建的RAID容錯式獨立磁碟陣列 0系統相比，PATA硬碟組建的RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5不顯一點的乏力，相反，RAID容錯式獨立磁碟陣列 1.5就彷彿是PATA硬碟提高效能和確保資料安全的最有效方式。

[ian78]

我第一 推推

[babayu]

好文

推推推

[mini]

好長
但見長知識
Thx~

[yu jun]

感恩 大大 的熱心分享!
(有點深奧!!)