如何提高数据交换能力--建设网吧高效RAID系统
发布: 2008-11-14 11:20 | 作者: 转载 | 来源: 网络 | 查看: 25次
RAID 的英文全称为： Redundant Array of Independent Disks 。翻译成中文即为独立磁盘冗余阵列，或简称磁盘阵列 , 由美国加州大学在 1987 年开发成功。很长一段时间里， RAID 应用只能在高档服务器中见到，随着技术的发展， RAID 磁盘阵列技术已经应用在网吧这个行业里。目前，一些大型网吧对硬盘数据交换能力提出了新的要求，尤其是在线影院、网游服务器等应用对数据交换能力要求甚是苛刻，而且网吧要求磁盘阵列可以长时间工作，成本又不能太高。目前， RAID 在网吧的应用还不广泛，一些技术人员对 RAID 的具体应用尚不成熟。对于网吧来说，到底如何来组建性能高效的 RAID 呢？
网吧要想组建一个性能高效的 RAID ，必须熟知 RAID 的工作原理。 RAID 以前一直是 SCSI 领域独有的产品，因为它当时的技术与成本也限制了其在低端市场的发展。今天，随着 RAID 技术的不断成熟与厂商的不断努力，网吧已经能够享受到相对成本低廉的多的 IDE-RAID 系统，虽然稳定与可靠性还不能与 SCSI-RAID 相比，但它相对于单个硬盘的性能优势对网吧应用来说是一个不小的诱惑。
RAID的工作原理
RAID 的初衷主要是为大型服务器提供高端的存储功能和冗余的数据安全。 我们可以这样来理解， RAID 是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术。组成磁盘阵列的不同方式成为 RAID 级别（ RAID Levels ）。在用户看起来，组成的磁盘组就像是一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等。总之，对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。不同的是，磁盘阵列的存储性能要比单个硬盘高很多，而且在很多 RAID 模式中都有较为完备的相互校检 / 恢复的措施，甚至是直接相互的镜象备份，从而大大提高了 RAID 系统的容错度 , 提高了系统的稳定冗余性，这也是 Redundant 一词的由来。
不过，所有的 RAID 系统最大的优点则是 “ 热交换 ” 能力：用户可以取出一个存在缺陷的驱动器，并插入一个新的予以更换。对大多数类型的 RAID 来说，可以利用镜像或奇偶信息来从剩余的驱动器重建数据不必中断服务器或系统，就可以自动重建某个出现故障的磁盘上的数据。这一点，对服务器用户以及其他高要求的用户是至关重要的。
数据冗余的功能指的是：在用户数据一旦发生损坏后，利用冗余信息可以使损坏数据得以恢复，从而保障了用户数据的安全性。
由于 RAID 技术是一种工业标准，网吧要想做一个实用的 RAID 磁盘阵列，必须了解对各主要 RAID 级别做一个大致的了解。
RAID的各个级别
RAID 0
RAID 0 又称为 Stripe 或 Striping ，中译为集带工作方式。它代表了所有 RAID 级别中最高的存储性能。 RAID 0 提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取。系统传输来的数据，经过 RAID 控制器通常是平均分配到几个磁盘中，而这一切对于系统来说是完全不用干预的，每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求。这样，系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行。这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽，显著提高磁盘整体存取性能。我们可以这样简单的认为： N 个硬盘是一个容量为 N 个硬盘容量之和的 “ 大 ” 硬盘。 RAID0 的主要工作目的是获得更大的 “ 单个 ” 磁盘容量。另一方面就是多个硬盘同时读取，从而获得更高的存取速度。例如一个由两个硬盘组成的 Raid 系统中，系统向两个磁盘组成的逻辑硬盘（ RADI 0 磁盘组）发出的 I/O 数据请求被转化为 2 项操作，其中的每一项操作都对应于一块物理硬盘。
通过建立 RAID 0 ，原先顺序的数据请求被分散到所有的两块硬盘中同时执行。从理论上讲，两块硬盘的并行操作使同一时间内磁盘读写速度提升了 2 倍。虽然由于总线带宽等多种因素的影响，实际的提升速率肯定会低于理论值。但是，大量数据并行传输与串行传输比较，提速效果还是非常明显的。
RAID 0 最大的缺点是不提供数据冗余，其安全性大大降低，构成阵列的任何一块硬盘的损坏都将带来灾难性的数据损失。对于网吧这样对数据要求不是太苛刻的经营场所来说， RAID 0 基本可以满足要求。
RAID 1
RAID 1 又称为 Mirror 或 Mirroring ，中译为镜像方式。这种工作方式的出现完全是为了数据安全考虑的，因为在整个镜像的过程中，只有一半的磁盘容量是有效的，因为另一半用来存放同这一半完全一样的数据，也就是数据的冗余了。同 RAID0 相比，它是另一个极端。 RAID0 首要考虑的是磁盘的速度和容量，忽略安全；而 RAID1 首要考虑的是数据的安全性，容量可以减半、速度可以不变。它的宗旨是最大限度的保证用户数据的可用性和可修复性。 因此， RAID1 并不适合网吧应用。
RAID 1 的操作方式是把用户写入硬盘的数据百分之百地自动复制到另外一个硬盘上。当读取数据时，系统先从 RAID 0 的源盘读取数据，如果读取数据成功，则系统不去管备份盘上的数据；如果读取源盘数据失败，则系统自动转而读取备份盘上的数据，不会造成用户工作任务的中断。当然，我们应当及时地更换损坏的硬盘并利用备份数据重新建立 Mirror ，避免备份盘在发生损坏时，造成不可挽回的数据损失。 由于对存储的数据进行百分之百的备份，在所有 RAID 级别中， RAID 1 提供最高的数据安全保障。同样，由于数据的百分之百备份，备份数据占了总存储空间的一半，因而， Mirror 的磁盘空间利用率低，存储成本比较高。
Mirror 虽不能提高存储性能，但由于其具有的高数据安全性，使其尤其适用于存放重要数据，如服务器和数据库存储等领域。由于成本较高，速度提升不明显，建议网吧不要使用 RAID 1 。
RAID 0+1
正如其名字一样 RAID 0+1 是 RAID 0 和 RAID 1 的组合形式，也称为 RAID 10 。它的出现就是为了达到既高速又安全目的， RAID10 也可以简单的理解成两个分别由多个磁盘组成的 RAID0 阵列再进行镜像；其实反过来理解也没有错。
以四个磁盘组成的 RAID 0+1 为例， RAID 0+1 是存储性能和数据安全兼顾的方案。它在提供与 RAID 1 一样的数据安全保障的同时，也提供了与 RAID 0 近似的存储性能。
由于 RAID 0+1 也通过数据的 100% 备份提供数据安全保障，因此 RAID 0+1 的磁盘空间利用率与 RAID 1 相同，存储成本高。
构建 RAID 0+1 阵列的成本投入大，数据空间利用率低。不是种经济高效的磁盘阵列解决方案。但特别适用于既有大量数据需要存取，同时又对数据安全性要求严格的领域，如银行、金融、商业超市、政府各种档案管理等。对于数据安全要求严格的大型网吧，可以选择 RAID0+1 。
从网吧的应用需求来说， RAID0 就基本可以满足需要了。网吧要构建 RAID ，必须购买专用的 RAID 磁盘阵列卡，由于网吧使用 IDE 接口硬盘，因此在购买 RAID 卡时，必须购买支持 IDE 接口的 RAID 卡。目前，一些主板也自带 RAID 卡，但支持的硬盘数量有限。网吧可以根据自己的实际需要，选择适合的 RAID 组建方式。
下面，我们以集成了 RAID 功能的主板为例，讲一下如何组建 RAID 磁盘阵列。一般来说，主板上集成的 RAID 功能，只支持 SATA 硬盘阵列，不支持 IDE 硬盘阵列，在采购硬盘时，要首先看一下主板说明书。由于组建 RAID 磁盘阵列至少需要两块或两块倍数的硬盘，因此在购买硬盘时一定要注意：最好购买同容量、同品牌的同型号硬盘，这样可以最大程度地保护投资，避免资源浪费。
第一步：打开 BIOS 中的 RAID 功能。安装好 SATA 硬盘之后，就要进入 BIOS 中打开南桥芯片的 RAID 功能。具体方法是 : 进入 BIOS 设置程序的 “OnChip IDE Device” 窗口，找到一个名为 “SATA Mode” 的选项，将它设置为 “RAID” ，然后保存 BIOS 设置并重新启动电脑。（注：该实例是以英特尔的 ICH5R 芯片说明的）
第二步：组建 RAID 阵列。在 BIOS 中启动了 RAID 功能后， ICH5R 南桥芯片内置的 “Intel RAID Option ROM” 便开始启动，该软件是 Intel RAID 应用程序，提供 BIOS 和 DOS 服务。在系统启动 POST( 加电自检 ) 时，屏幕上会有一些提示信息，按 “Ctrl+I” 键便可进入 Intel RAID Configuration Utility 窗口 . 在该窗口中，窗口上半部分是主菜单，下半部分显示的是已经安装好的两个硬盘的信息，例如硬盘型号、容量、是否已经组建 RAID 系统等。
将光标移动到主菜单的 “1.Create RAID Volume” 上，然后按回车键，此时便进入创建 RAID 系统的主界面，首先将光标移动到 “Name” 选项上，在此输入一个 RAID 卷的名称，一般用默认的名称即可；按 “TAB” 键，将光标停留在 “RAID Level” 选项上，在此按向上或向下的箭头按键，可以选择 RAID 的类型 ── RAID 0 或者 RAID 1 ；根据自己的实际需要选择 RAID 类型 ( 如果要提高磁盘性能，则选择 RAID 0 ；如果要更好的安全性，则选择 RAID 1) 后，按 “TAB” 键将光标移动到 “Strip Size” 选项上，选择串列值，一般选择 “128KB” 。完成上述设置后，按 “TAB” 键，使光标停留在 “Create Volume” 上 . 按下回车键，此时会出现一条提示信息，询问是否确认创建 RAID 系统。
注意：如果是创建 RAID 0 这种类型的 RAID 系统，必须在创建前备份硬盘上的数据，否则一旦创建 RAID 0 系统，则硬盘上的所有数据及分区都会被删除。
按 “Y” 键确认创建 RAID ，此时会回到主界面，在窗口的下方会发现硬盘的信息已经发生改变，显示已经创建了一个 RAID 卷。
按 “Esc” 键，此时会出现确认是否退出的提示信息，按 “Y” 键退出 RAID 配置程序，此时系统重新启动。
第三步：分区并安装操作系统。
如果创建的 RAID 系统是 RAID 1 ，那么系统会自动将主盘上的数据备份到从盘上，此时如果主盘上已经安装了操作系统，则可以直接进入 Windows ，只要在进入 Windows 后安装 Intel 的 ICH5R RAID 驱动程序即可。
如果创建的是 RAID 0 ，那么两块硬盘上的数据会全部被删除，此时要在 DOS 下对硬盘重新进行分区。分区的方法与常规的硬盘分区没有什么区别。分区完成后，在安装操作系统时，如果是安装 Windows 2000/XP 等 NT 核心的系统，则必须在出现 “Press F6if you need to install a third party SCSI or RAID driver……” 这样一段提示语的时候按 “F6” 键，然后插入 ICH5R 的 RAID 驱动程序软盘，按 “S” 键装载该驱动。具体的操作方法与其他 SATA 控制芯片在安装 Windows2000/XP 时加载 SATA 控制器驱动时一样。
硬件 RAID 卡的 RAID 组建过程与此类似，在此不再一一叙述，网吧技术人员可以参照上述过程处理。
其实， RAID 的组建是非常简单的，只要搞清楚 RAID 的工作原理，一切就非常容易。网吧也要根据自己的实际应用需要，组建高效的 RAID ，千万不要为了追赶时髦，搞不必要的投资。
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