关于硬盘和几种RAID

    添加时间:2013-7-25 点击量:

     


    1 硬盘的根蒂根基工作道理


    1.1 硬盘部件布局图


            


     


        


    1.2 首要参数术语申明


    磁头：在与硬盘互换数据的过程 中，读操纵远远快于写操纵，硬盘厂商开辟一种读/写分别磁头。


    转速（Rotationl Speed）：是硬盘内电机主轴的扭转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的传输速度也就获得了进步。 今朝市场上常见的硬盘转速一般有5400rpm、7200rpm、10000rpm、15000rpm。理论上，转速越快越好。因为较高的转速可缩短硬盘的均匀寻道时候和实际读写时候。可是转速越快发热量越大，晦气于散热。如今的主流硬盘转速一般为7200rpm以上。至于SCSI硬盘的主轴转速可达一般为7200-10000RPM，而高转速的SCSI硬盘转速高达15000RPM。


    单碟容量: 是硬盘相当首要的参数之一，必然程度上决意着硬盘的档次凹凸。硬盘是由多个存储碟片组合而成的，而单碟容量就是一个存储碟所能存储的最大数据量。


    盘片数: 盘片是硬盘中承载数据存储的介质，硬盘是由多个盘片叠加在一路，互相之间由垫圈隔开。一个硬盘的盘片数越多，厚度越大，发热也越大。


    随机寻道时候（单位：毫秒）: 转速的不合，机能差别直接反应在随机读取/写入寻道时候这个机能上。随机寻道机能这个参数的数值是越低越好，也是日常硬盘应用在速度上最能直接体验的一个机能。


    均匀寻道时候（Average seek time）：指硬盘在盘面上移动读写头至指定磁道寻找响应目标数据所用的时候，它描述硬盘读取数据的才能，单位为毫秒。当单碟片容量增大时，磁头的寻道动作和移动间隔削减，从而使均匀寻道时候削减，加快硬盘速度。


    数据缓存：指在硬盘内部的高速存储器，在电脑中就像一块缓冲器一样将一些数据临时性的保存起来以供读取和再读取。早期的硬盘的高速缓存一般为512KB-2MB，今朝主流SATA硬盘的数据缓存为32MB。


    道至道时候（single track seek）：指磁头从一磁道转移至另一磁道的时候，单位为毫秒（ms）。


    全程接见时候（max full seek）：指磁头开端移动直到最后找到所须要的数据块所用的全部时候，单位为毫秒（ms）。


    连气儿无故障时候（MTBF）：指硬盘从开端运行到呈现故障的最长时候。一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时。


    1.3 硬盘的种类和优毛病


    按硬盘成长的时候先后次序分别是：


    1.3.1 IDE硬盘


     


    IDE（Integrated Drive Electronics）是指把把握器与盘体集成在一路的硬盘驱动器，是硬盘的传输接口， 另一个名称叫做ATA（Advanced Technology Attachment），指的是雷同的器材，采取并行多路复用技巧（PATA）。


    一般应用16-bit数据总线， 每次总线处理惩罚时传送2个字节，一般是100Mbytes/sec带宽，数据总线必须锁定在50MHz。通俗的IDE硬盘转速在5400/7200RPM。传输速度止步在133MB/s阁下。因为并行技巧的限制而逐渐被镌汰。


    1.3.2 SATA硬盘


             


    SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘. SATA以它串行的数据发送体式格式得名。在数据传输的过程中，数据线和旌旗灯号线自力应用，并且传输的时钟频率对峙自力，是以同以往的PATA比拟，SATA的传输速度可以达到并行的30倍。


    早期SATA-1能达到150MB/s，后期的SATA-2标准能达到300MB/s，而第三代的SATA-3和谈标准传输速度可以达到600M/s，转速在7200RPM。


    SATA硬盘支撑热插拔，但硬盘破坏时，并不克不及显示具体的坏盘，导致热插拔技巧意义不大，在单线程或者少量线程工作时，机能已经很是的好，但在多任务或者大数据量传输时，机能急剧降落，原因是机械底盘斗劲低下。


    1.3.3 SCSI硬盘


       


    SCSI英文全称：Small Computer System Interface，是一种专门为小型策画机体系设计的存储单位接口模式，SCSI策画机可以发送号令到一个SCSI设备，磁盘可以移动驱动臂定位磁头，在磁盘介质懈弛存中传递数据，全部过程在后台履行。如许可以同时发送多个号令同时操纵，合适大负载的I/O应用。在磁盘阵列上的整体机能也大大高于基于ATA硬盘的阵列。


    主流SCSI硬盘都采取了Ultra 320 SCSI接口，能供给320MB/s的接口传输速度，均匀寻道时候为4-5ms，CPU占用率低、并行处理惩罚才能强，可以异步的体式格式处理惩罚传输数据，通俗的SCSI硬盘转速在10000/15000RPM，然则价格昂贵。


    1.3.3 SAS硬盘


    SAS（Serial Attached SCSI）即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技巧。和如今风行的Serial ATA（SATA）硬盘雷同，都是采取串行技巧以获得更高的传输速度，并经由过程缩短链接线改良内部空间等。SAS 也是对SCSI技巧的一项变更性成长SAS 也是对SCSI技巧的一项变更性成长。


    传输速度支撑600MB/s，每个SAS端口供给3Gb带宽，传输才能与4Gb光纤相差无几，足够和FC硬盘媲美，不仅可以连接SCSI硬盘，还兼容SATA硬盘，均匀寻到时候为3-4ms，然则价格太贵，比起同容量的Ultra 320 SCSI硬盘，SAS硬盘要贵了一倍还多，但造价也很昂贵，若是组RAID，还须要买SAS卡。


    1.3.4 FC硬盘


    FC（Fibre Channel）凡是人们认为它是体系与体系或者体系与子体系之间的互连架构，它以点对点（或是互换）的设备体式格式在体系之间采取了光缆连接。（硬盘本身是不具备FC接口的， 插硬盘的机柜上带有FC接口， 经由过程光纤与光纤互换机互联）。


    传输速度可以达到200MB/s-400MB/s，均匀寻到时候为3ms阁下，高机能传输、稳定性极好，然则价格极其昂贵，除了极高端企业级应用，根蒂根基没有市场，SAS的鼓起也给FC带来很是大的压力。


    1.3.5 SSD硬盘


    固态硬盘（Solid State Disk或Solid State Drive），也称作电子硬盘或者固态电子盘，是由把握单位和固态存储单位（DRAM或FLASH芯片）构成的硬盘。


    抗震性极佳，芯片的工作温度局限很宽（-40~85℃）。本钱很高。


    SSD有两种：


    （1）基于闪存的固态硬盘（IDE FLASH DISK、Serial ATA Flash Disk）：这种SSD可以移动，并且数据保护不受电源把握，能适应于各类景象，然则应用年限不高，合适于小我用户应用。


    （2）基于DRAM的固态硬盘：它仿效传统硬盘的设计、可被绝大项目组操纵体系的文件体系进行卷设置和经管，并供给FC接口和PCI接口，应用体式格式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。


    2 RAID


        上方介绍了一些关于硬盘的器材，都是网上翻出来的。在实际应用中，对于我们的法度的机能影响大也就是收集和磁盘IO了，因为如今CPU的速度已经很快了，内存IO速度也已经达到了很是快的境界了（差不久不多应当有5G每秒），然则我们的数据都存储在磁盘上，法度的运行须要络续的读取数据、存储数据，因为磁盘的机能是影响大身分之一（先不说收集）。


    现代磁盘的缺点就是：I/O机能极差，稳定性极差。我们这里只评论辩论关于定性方面的器材，至于机能，肯舍得花钱，就去买贵的。涉及到稳定性，若是一个硬盘产生了故障或者破坏，那么这块硬盘就已经不克不及再应用了，这若是是在对数据保存请求希罕高的处所来说，其是不成想象的。正因为如此，就出生了一种新的技巧--RAID。


    2.1 RAID概念


        自力磁盘冗余数组（RAID， Redundant Array of Independent Disks），旧称便宜磁盘冗余数组（RAID， Redundant Array of Inexpensive Disks），简称硬盘阵列。其根蒂根基思惟就是把多个相对便宜的硬盘组合起来，成为一个硬盘阵列组，使机能达到甚至跨越一个价格昂贵、容量重大的硬盘。按照选择的版本不合，RAID比单颗硬盘有以下一个或多个方面的益处：加强数据集成度，加强容错功能，增长处理惩罚量或容量。别的，磁盘阵列对于电脑来说， 看起来就像一个零丁的硬盘或逻辑存储单位。分为RAID-0，RAID-1，RAID-1E，RAID-5，RAID-6，RAID-7，RAID-10，RAID-50，RAID-60。


        评价一种RAID的情势首要靠三个指标，分别是：速度、磁盘应用率、冗余性。


    2.2 RAID0


        将多个磁盘归并成一个大的磁盘，不具有冗余，并行I/O，速度快。若是一个磁盘（物理）破坏，则所有的数据都邑丧失。


     


    2.3 RAID1


    两组以上的N个磁盘彼此作镜像，在一些多线程操纵体系中能有很好的读取速度，别的写入速度有渺小的降落。除非拥有雷同数据的主磁盘与镜像同时破坏，不然只要一个磁盘正常即可保持运作，靠得住性高。是RAID中单位本钱高的。


     


    2.4 RAID2


    RAID 0的改进版，以汉明码（Hamming Code）的体式格式将数据进行编码后分区为自力的比特，并将数据分别写入硬盘中。因为在数据中参加了错误批改码（ECC，Error Correction Code），所以数据整体的容量会比原始数据大一些，可以在数据产生错误的景象下将错误校订，以包管输出的正确。数据传送速度相当高。RAID2起码要三台磁盘驱动器方能运作。须要多个磁盘存放搜检及恢复信息，使得RAID2技巧实验更错杂。是以在贸易景象中很少应用。


     


    2.5 RAID3


    带奇偶校验码的并行传送。采取Bit－interleaving（数据交错存储）技巧，只能查错不克不及纠错。首要用于图形（包含动画）等请求吞吐率斗劲高的场合。对多量的连气儿数据供给很好的传输率，但对于那些经常须要履行多量写入操纵的应用来说，奇偶盘会成为写操纵的瓶颈。哄骗零丁的校验盘来保护数据固然没有镜像的安然性高，然则硬盘哄骗率获得了很大的进步。须要实现时用户必必要有三个以上的驱动器，写入/读出速度都很高。因为校验位斗劲少，所以策画时候相对而言斗劲少。


     


    2.6 RAID4


        带奇偶校验码的自力磁盘布局。与RAID3类似，对数据的接见是按数据块进行的，也就是按磁盘进行的，每次是一个盘。在失败恢复时，它的难度比RAID3大得多，把握器的设计难度也要大很多，并且接见数据的效力不怎么好。主机接见RAID卡应当都是以Block为单位的、读取的时辰，RAID3就要接见所有磁盘来拿数据，RAID4只须要接见某个磁盘。推敲到磁盘寻道时候 很长，在大数据量读取的时辰，RAID4更轻易做并发，是以机能应当好一点。写入的时辰，RAID3可以直接算校验值，然后把数据和校验值分别写到磁盘 上，RAID4则须要读取旧数据和旧校验值，用旧数据、旧校验值、新数据算出新校验值，然后写新数据和新校验值。


     


    2.7 RAID5


    分布式奇偶校验的自力磁盘布局。应用的是Disk Striping（硬盘分区）技巧，是一种储存机能、数据安然和存储本钱兼顾的存储解决规划。把数据和相对应的奇偶校验信息存储到构成RAID5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不合的磁盘上。当RAID5的一个磁盘数据产生破坏后，可以哄骗剩下的数据和响应的奇偶校验信息去恢复被破坏的数据。 RAID 5可以懂得为是RAID 0和RAID 1的调和规划。读出效力很高，写入效力一般，块式的集体接生效力不错。然则对数据传输的并行性解决不好，并且把握器的设计也相当艰苦。每一次写操纵，将产生四个实际的读/写操纵，此中两次读旧的数据及奇偶信息，两次写新的数据及奇偶信息。但当掉盘后，运行效力大幅降落。


     


    2.8 RAID6


    带有两种分布存储的奇偶校验码的自力磁盘布局。与RAID 5比拟，RAID 6增长了第二个自力的奇偶校验信息块。两个自力的奇偶体系应用不合的算法，数据的靠得住性很是高，即使两块磁盘同时失效也不会影响数据的应用。首要用于请求数据绝对不克不及失足的场合。对把握器的设计变得十分错杂，写入速度也不好，用于策画奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时候斗劲多，造成了不必须的负载。RAID 6必须具备四个以上的磁盘才干生效。RAID 6在硬件磁盘阵列卡的功能中，也是最常见的磁盘阵列等级。


     


    2.9 RAID10/01


    RAID 1+0是先映射再分区数据，再将所有硬盘分为两组，视为是RAID 0的最低组合，然后将这两组各自视为RAID 1运作。


    RAID 0+1则是跟RAID 1+0的法度相反，是先分区再将数据映射到两组硬盘。它将所有的硬盘分为两组，变成RAID 1的最低组合，而将两组硬盘各自视为RAID 0运作。


    机能上，RAID 0+1比RAID 1+0有着更快的读写速度。


    靠得住性上，当RAID 1+0有一个硬盘受损，其余三个硬盘会持续运作。RAID 0+1 只要有一个硬盘受损，同组RAID 0的另一只硬盘亦会停止运作，只剩下两个硬盘运作，靠得住性较低。


     


     


    2.10 RAID50


    RAID 5与RAID 0的组合，先作RAID 5，再作RAID 0，也就是对多组RAID 5彼此构成Stripe接见。因为RAID 50是以RAID 5为根蒂根基，而RAID 5至少须要3台硬盘，是以要以多组RAID 5构成RAID 50，至少须要6台硬盘。以RAID 50小6台硬盘组态为例，先把6台硬盘分为2组，每组3台构成RAID 5，如此就获得两组RAID 5，然后再把两组RAID 5构成RAID 0。


    RAID 50在底层的任一组或多组RAID 5中呈现1台硬盘破坏时，仍能保持运作，不过若是任一组RAID 5中呈现2台以上硬盘损毁，整组RAID 50就会失效。


    RAID 50因为在上层把多组RAID 5构成Stripe，机能比起纯真的RAID 5高，而容量哄骗率则与RAID 5雷同。


     


    2.11 RAID60


    RAID 6与RAID 0的组合：先作RAID 6，再作RAID 0。换句话说，就是对两组以上的RAID 6作Stripe接见。RAID 6至少需具备4台硬盘，所以RAID 60的最小需求是8台硬盘。


    因为底层是以RAID 6构成，所以RAID 60可以容许任一组RAID 6中损毁最多2台硬盘，而体系仍能保持运作；不过只要底层任一组RAID 6中损毁3台硬盘，整组RAID 60就会失效，当然这种景象的机率相当低。


    比起纯真的RAID 6，RAID 60的上层经由过程连络多组RAID 6构成Stripe接见，是以机能较高。不过应用门槛高，并且容量哄骗率低是较大的题目。


    2.12 磁盘阵列对比






    RAID等级


    我俩之间有着强烈的吸引力。短短几个小时后，我俩已经明白：我们的心是一个整体的两半，我俩的心灵是孪生兄妹，是知己。她让我感到更有活力，更完美，更幸福。即使她不在我身边，我依然还是感到幸福，因为她总是以这样或者那样的方式出现在我心头。——恩里克·巴里奥斯《爱的文明》
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