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RAID磁盘阵列数据恢复简介收藏

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(hard disk)--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

 

(through put),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(disk

 

cache controller),它将从磁盘读取的数据存在快取内存(cache memory)

 

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- tasking envioronment)

 

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),

 

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,

 

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RAID level,不同

 

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(RAID controler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(fault tolerance),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RAID level,RAID

 

Redundent Array of Inexpensive Disks的缩写,而每一level代表一种技

 

,目前业界公认的标准是RAID 0~RAID 5。这个level并不代表技术的高

 

,level 5并不高于level 3,level 1也不低过level 4,至于要选择那一

 

RAID level的产品,纯视用户的操作环境(operating environment)及应

 

(application)而定,level的高低没有必然的关系。

RAID 0RAID 1适用于PCPC相关的系统如小型的网络服务器(network

 

server)及需要高磁盘容量与快速磁盘存取的工作站等,比较便宜;RAID 3

 

RAID 4适用于大型电脑及影像、CAD/CAM等处理;RAID 5多用于OLTP(在

 

线事务处理),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, RAID 2较少使用,其他如RAID 6,RAID 7,乃至RAID 10,

 

是厂商各做各的,并无一致的标准,在此不作说明。介绍各个RAID level

 

, 先看看形成磁盘阵列的两个基本技术:

磁盘延伸(Disk Spanning):

译为磁盘延伸,能确切的表示disk spanning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(RAID controller)是将此四个磁盘视为单一的磁盘,DOS

 

境下的C:盘。这是disk spanning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

 

,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(Disk Striping or Data Striping):

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(virtual

 

disk),所以其数据是以分段(block or segment)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4MB8MB,但除非数据小于

 

一个扇区(sector,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

 

,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access time+数据的tranfer time)X4,现在

 

只要一次就可以完成。