如何增加磁盤的存取速度,如何防止數(shù)據(jù)因磁盤的故障而丟失及如何有效的利用磁盤空間，一直是電腦專業(yè)人員和用戶的困擾，而大容量磁盤的價格非常昂貴，對用戶形成很大的負擔。磁盤陣列技術的產(chǎn)生一舉解決了這些問題。 
過去十幾年來，CPU的處理速度增加了五十多倍，內(nèi)存的存取速度也大幅增加，而數(shù)據(jù)儲存裝置--主要是磁盤--的存取速度只增加了三、四倍，形成電腦系統(tǒng)的瓶頸，拉低了電腦系統(tǒng)的整體性能，若不能有效的提升磁盤的存取速度，CPU、內(nèi)存及磁盤間的不平衡將使CPU及內(nèi)存的改進形成浪費。 
磁盤陣列中針對不同的應用使用的不同技術，稱為RAID 等級。RAID是Redundant Array of Inexpensive Disks的縮寫，而每一等級代表一種技術。目前業(yè)界最經(jīng)常應用的RAID等級是RAID 0~RAID 5。這個等級并不代表技術的高低，RAID 5并不高于RAID 3。至于要選擇那一種RAID 等級的產(chǎn)品，純視用戶的操作環(huán)境及應用而定，與等級的高低沒有必然的關系。
RAID級別
目前業(yè)界最經(jīng)常應用的RAID等級是RAID 0~RAID 5。下面將簡單描述一些常用的RAID等級，澄清一些應用的問題：
RAID 0
（Striped Disk Array without Fault Tolerance） 
RAID 0是把所有的硬盤并聯(lián)起來成為一個大的硬盤組。其容量為所有屬于這個組的硬盤的總和。所有數(shù)據(jù)的存取均以并行分割方式進行。由于所有存取的數(shù)據(jù)均以平衡方式存取到整組硬盤里，存取的速度非常快。越是多硬盤數(shù)量的RAID 0陣列其存取的速度就越快。容量效率方面也是所有RAID格式中最高的，達到100%。但RAID 0有一個致命的缺點–就是它跟普通硬盤一樣沒有一點的冗余能力。一旦有一個硬盤失效時，所有的數(shù)據(jù)將盡失。沒法重組回來！一般來講，RAID 0只用于一些已有原數(shù)據(jù)載體的多媒體文件的高速讀取環(huán)境。如視頻點播系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享部分等。RAID 0只需要兩個或以上的硬盤便能組成。
RAID 1
（Mirroring） 
RAID 1是硬盤鏡像備份操作。由兩個硬盤所組成。其中一個是主硬盤而另外一個是鏡像硬盤。主硬盤的 數(shù)據(jù)會不停的被鏡像到另外一個鏡像硬盤上。由于所有主硬盤的數(shù)據(jù)會不停地鏡像到另外一個硬盤上， 故RAID 1具有很高的冗余能力。達到最高的100%。可是正由于這個鏡像做法不是以算法操作，故它的容量效率非常的低，只有50%。RAID 1只支持兩個硬盤操作。容量非常有限，故一般只用于操作系統(tǒng)中。
RAID 0+1
（Mirroring and Striping） 
RAID 0+1即由兩組RAID 0的硬盤作RAID 1的鏡像容錯。雖然RAID 0+1具備有RAID 1的容錯能力和RAID 0的容量性能。但RAID 0+1的容量效率還是與RAID 1一樣只有50%，故同樣地沒有被普及使用。
RAID 3
（Striping with dedicated parity） 
RAID 3在安全方面以奇偶校驗（parity check）做錯誤校正及檢測，只需要一個額外的校檢磁盤（parity disk）。奇偶校驗值的計算是以各個磁盤的相對應位作XOR的邏輯運算，然后將結果寫入奇偶校驗磁盤， 任何數(shù)據(jù)的修改都要做奇偶校驗計算。如某一磁盤故障，換上新的磁盤后，整個磁盤陣列（包括奇偶校驗 磁盤）需重新計算一次，將故障磁盤的數(shù)據(jù)恢復并寫入新磁盤中，如奇偶校驗磁盤故障，則重新計算奇偶 校驗值，以達容錯的要求。
RAID 5
（Striping with distributed parity） 
RAID 5也是一種具容錯能力的RAID 操作方式，但與RAID 3不一樣的是RAID 5的容錯方式不應用專用容錯硬盤，容錯信息是平均的分布到所有硬盤上。當陣列中有一個硬盤失效，磁盤陣列可以從其他的幾個硬盤的對應數(shù)據(jù)中算出已掉失的數(shù)據(jù)。由于我們需要保證失去的信息可以從另外的幾個硬盤中算出來，我們就需要在一定容量的基礎上多用一個硬盤以保證其他的成員硬盤可以無誤地重組失去的數(shù)據(jù)。其總?cè)萘繛?N-1)x最低容量硬盤的容量。從容量效率來講，RAID 5同樣地消耗了一個硬盤的容量，當有一個硬盤失效時，失效硬盤的數(shù)據(jù)可以從其他硬盤的容錯信息中重建出來，但如果有兩個硬盤同時失效的話，所有數(shù)據(jù)將盡失。
RAID 6
與RAID 5相比，RAID 6增加了第二個獨立的奇偶校驗信息塊。兩個獨立的奇偶系統(tǒng)使用不同的算法，數(shù)據(jù)的可靠性非常高，即使兩塊磁盤同時失效也不會影響數(shù)據(jù)的使用。但RAID 6需要分配給奇偶校驗信息更大的磁盤空間，相對于RAID 5有更大的“寫損失”，因此“寫性能”非常差。較差的性能和復雜的實施方式使得RAID 6很少得到實際應用。 
常見的RAID6組建類型 RAID 6(6D + 2P)
1 RAID 6(6D + 2P)原理
和RAID 5相似，RAID 6(6D + 2P)根據(jù)條帶化的數(shù)據(jù)生成校驗信息，條帶化數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)一起分散存儲到RAID組的各個磁盤上。在圖1中，D0，D1，D2，D3，D4和D5是條帶化的數(shù)據(jù)，P代表校驗數(shù)據(jù)，Q是第二份校驗數(shù)據(jù)。
RAID 6(6D + 2P)根據(jù)條帶化的數(shù)據(jù)生成校驗信息，條帶化數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)一起分散存儲到RAID組的各個磁盤上
RAID 6校驗數(shù)據(jù)生成公式(P和Q):
P的生成用了異或
P = D0 XOR D1 XOR D2 XOR D3 XOR D4 XOR D5
Q的生成用了系數(shù)和異或
Q = A0*D0 XOR A1*D1 XOR A2*D2 XOR A3*D3 XOR A4*D4 XOR A5*D5
D0～D5:條帶化數(shù)據(jù)
A0～A5:系數(shù)
XOR:異或
*:乘
在RAID 6中，當有1塊磁盤出故障的時候，利用公式1恢復數(shù)據(jù)，這個過程是和RAID 5一樣的。而當有2塊磁盤同時出故障的時候，就需要同時用公式1和公式2來恢復數(shù)據(jù)了。
各系數(shù)A0～A5是線性無關的系數(shù)，在D0，D1，D2，D3，D4，D5，P，Q中有兩個未知數(shù)的情況下，也可以聯(lián)列求解兩個方程得出兩個未知數(shù)的值。這樣在一個RAID組中有兩塊磁盤同時壞的情況下，也可以恢復數(shù)據(jù)。
上面描述的是校驗數(shù)據(jù)生成的算法。其實RAID 6的核心就是有兩份檢驗數(shù)據(jù)，以保證兩塊磁盤同時出故障的時候，也能保障數(shù)據(jù)的安全。
RAID 7
這是一種新的RAID標準，其自身帶有智能化實時操作系統(tǒng)和用于存儲管理的軟件工具，可完全獨立于主機運行，不占用主機CPU資源。RAID 7可以看作是一種存儲計算機（Storage Computer），它與其他RAID標準有明顯區(qū)別。除了以上的各種標準，我們可以如RAID 0+1那樣結合多種RAID規(guī)范來構筑所需的RAID陣列，例如RAID 5+3（RAID 53）就是一種應用較為廣泛的陣列形式。用戶一般可以通過靈活配置磁盤陣列來獲得更加符合其要求的磁盤存儲系統(tǒng)。
NAS的概念
網(wǎng)絡存儲服務器NAS（Network Attached Storage），是一個專用為提供高性能、低擁有成本和高可靠性的數(shù)據(jù)保存和傳送產(chǎn)品。NAS設備是為提供一套安全，穩(wěn)固的文件和數(shù)據(jù)保存，容易使用和管理而設計，其定義為特殊的獨立的專用數(shù)據(jù)存儲服務器，內(nèi)嵌系統(tǒng)軟件，可以提供 NFS、SMB/CIFS 文件共享。NAS是基于IP協(xié)議的文件級數(shù)據(jù)存儲，支持現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術，比如以太網(wǎng)、FDDI等。NAS設備完全以數(shù)據(jù)為中心，將存儲設備與服務器徹底分離，集中管理數(shù)據(jù)，從而有效釋放帶寬，大大提高了網(wǎng)絡整體性 能，也可有效降低總擁有成本，保護用戶投資。把文件存放在同一個服務器里讓不同的電腦用戶共享和集合網(wǎng)絡里不同種類的電腦正是NAS網(wǎng)絡存儲的主要功能。正因為NAS網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)應用開放的，工業(yè)標準的協(xié)議，不同類型的電腦用戶運行不同的操作系統(tǒng)可以實現(xiàn)對同一個文件的訪問。所以已經(jīng)不再在意到底是Windows 用戶或UNIX用戶。他們同樣可以安全地和可靠地使用NAS網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。
NAS的特點
NAS以其流暢的機構設計，具有突出的性能： 
·移除服務器 I/O 瓶頸： 
NAS是專門針對文件級數(shù)據(jù)存儲應用而設計的，將存儲設備與服務器完全分離，從而將服務器端數(shù)據(jù) I/O瓶頸徹底消除。服務器不用再承擔向用戶傳送數(shù)據(jù)的任務，更專注于網(wǎng)絡中的其它應用，也提高了 網(wǎng)絡的整體性能。 
·簡便實現(xiàn) NT與UNIX下的文件共享： 
NAS支持標準的網(wǎng)絡文件協(xié)議，可以提供完全跨平臺文件混合存儲功能。不同操作系統(tǒng)下的用戶均可將數(shù)據(jù)存儲一臺NAS設備中，從而大大節(jié)省存儲空間，減少資源浪費。 
·簡便的設備安裝、管理與維護： 
NAS設備提供了最簡便快捷的安裝過程，經(jīng)過簡單的調(diào)試就可以流暢應用。一般基于圖形界面的管理系 統(tǒng)可方便進行設備的掌控。同樣，網(wǎng)絡管理員不用分別對設備進行管理，集中化的數(shù)據(jù)存儲與管理， 節(jié)省了大量的人力物力。 
·按需增容，方便容量規(guī)劃： 
NAS設備可以提供在線擴容能力，大大方便了網(wǎng)絡管理員的容量設計。即使應付無法預見的未來存儲容 量增長，也顯得異常輕松自如。而且，這種數(shù)據(jù)容量擴充的時候，不用停頓整個網(wǎng)絡的服務，這將極大的減少因為停機造成的成本浪費。 
·高可靠性： 
除了剛才我們提到的因為移除服務器端I/O瓶頸而大大提高數(shù)據(jù)可用性外，NAS設備還采用多種方式提高數(shù)據(jù)的可用性、可靠性，比如RAID技術的采用、冗余部件（電源、風扇等）的采用以及容錯系統(tǒng)的設計等，當然對于不同的設備，可能也會采用其他更高性能的方式或解決方案。 
·降低總擁有成本： 
NAS有一個最吸引用戶的地方，就是具有極低的總擁有成本. 
NAS的主要長處
· 第一，NAS適用于那些需要通過網(wǎng)絡將文件數(shù)據(jù)傳送到多臺客戶機上的用戶。NAS設備在數(shù)據(jù)必須長距離傳送的環(huán)境中可以很好地發(fā)揮作用。 
· 第二，NAS設備非常易于部署。可以使NAS主機、客戶機和其他設備廣泛分布在整個企業(yè)的網(wǎng)絡環(huán)境中。NAS可以提供可靠的文件級數(shù)據(jù)整合，因為文件鎖定是由設備自身來處理的。 
· 第三，NAS應用于高效的文件共享任務中，例如UNIX中的NFS和Windows NT中的CIFS，其中基于網(wǎng)絡的文件級鎖定提供了高級并發(fā)訪問保護的功能。
SAN的概念 
SAN（Storage Area Network，存儲區(qū)域網(wǎng)），被定義為一個共用的高速專用存儲網(wǎng)絡，存儲設備集中在服務器的后端，因此SAN是專用的高速光纖網(wǎng)絡。架構一個真正的SAN，需要接專用的光纖交換機和集線器。存儲區(qū)域網(wǎng)絡是網(wǎng)絡體系結構中一種相對新的概念，也是鏈接服務器和獨立于工作網(wǎng)絡的在線存儲設備的網(wǎng)絡。雖然，網(wǎng)絡依然在發(fā)展過程中，但最重要的 SAN 技術似乎是用于 SCSI 總線連接的光纖通道改進功能。 
SAN的優(yōu)勢 
SAN的優(yōu)勢可以表現(xiàn)在一下幾個方面： 
·高數(shù)據(jù)傳輸速度： 
以光纖為接口的存儲網(wǎng)絡SAN提供了一個高擴展性、高性能的網(wǎng)絡存儲機構。光纖交換機、光纖存儲陣列 同時提供高性能和更大的服務器擴展空間，這是以SCSI為基礎的系統(tǒng)所缺乏的。同樣，為企業(yè)今后的應用提供了一個超強的可擴展性。 
·加強存儲管理： 
SAN 存儲網(wǎng)絡各組成部分的數(shù)據(jù)不再在以太網(wǎng)絡上流通從而大大提高以太網(wǎng)絡的性能。正由于存儲設備與 服務器完全分離，用戶獲得一個與服務器分開的存儲管理理念。復制、備份、恢復數(shù)據(jù)趨向和安全的管理 可以中央的控制和管理手段進行。加上把不同的存儲池 (Storage Pools)以網(wǎng)絡方式連接，企業(yè)可以以任 何他們需要的方式訪問他們的數(shù)據(jù)，并獲得更高的數(shù)據(jù)完整性。 
·加強備份/還原能力的可用性： 
SAN的高可用性是基于它對災難恢復，在線備份能力和對冗余存儲系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的時效切換能力而來。 
·同種服務器的整合： 
在一個SAN系統(tǒng)中，服務器全連接到一個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。全面增加對一個企業(yè)共有存儲陣列的連接，高效率和 經(jīng)濟的存儲分配可以通過聚合的和高磁盤使用率中獲得。 
綜合SAN的優(yōu)勢，它在高性能數(shù)據(jù)備份/恢復、集中化管理數(shù)據(jù)及遠程數(shù)據(jù)保護領域得到廣泛的應用。 
SAN與NAS的比較 
SAN和NAS是目前最受人矚目的兩種數(shù)據(jù)存儲方式，對兩種數(shù)據(jù)方式的爭論也在一直進行著，即使繼續(xù)發(fā)展其他的數(shù)據(jù)存儲方式，也或多或少的和這兩種方式存在聯(lián)系。NAS和SAN有一個共同的特點，就是實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中存儲與集中管理，但相對于一個存儲池來講，SAN和NAS還是有很大差別的。NAS是獨立的文件服務器，存儲操作系統(tǒng)不停留在通用服務器端，因此可以實現(xiàn)同一存儲池中數(shù)據(jù)的獨享與共享，而SAN中的數(shù)據(jù)是基于塊級的傳輸，文件系統(tǒng)仍在相應的服務器上，因此對于一個混合的存儲池來講，數(shù)據(jù)仍是獨立存在的，或者說是服務器在獨享存儲池中的一部分空間。這兩個存儲方案的最大分別是在于他們的訪問方法。SAN存儲網(wǎng)絡系統(tǒng)是以塊(Block)級的方式操作而NAS網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)是以文件(File)級的方式表達。這意味著NAS系統(tǒng)對于文件級的服務有著更高效和快速的性能，而應用數(shù)據(jù)塊(Block)的數(shù)據(jù)庫應用和大數(shù)據(jù)塊(Block)的I/O操作則以SAN為優(yōu)先。基于SAN和NAS的很大不同，很多人將NAS和SAN絕對的對立起來，就目前的發(fā)展觀點來看，這一絕對的對立是不能被市場接受的，相反更多的數(shù)據(jù)存儲解決方案趨向于將NAS和SAN進行融合，這是因為： 
·一些分散式的應用和用戶要求訪問相同的數(shù)據(jù) 
·對提供更高的性能，高可靠性和更低的擁有成本的專有功能系統(tǒng)的高增長要求 
·以成熟和習慣的網(wǎng)絡標準包括TCP/IP, NFS和CIFS為基礎的操作 
·一個獲得以應用為基礎而更具商業(yè)競爭力的解決方案欲望 
·一個全面降低管理成本和復雜性的需求 
·一個不需要增加任何人員的高擴展存儲系統(tǒng) 
·一套可以通過重構劃的系統(tǒng)以維持目前擁有的硬件和管理人員的價值 
由于在一個位置融合了所有存儲系統(tǒng)，用戶可以從管理效率、使用率和可靠性的全面提高中獲得更大的好處。SAN已經(jīng)成為一個非常流行的存儲集中方案，因為光纖通道能提供非常龐大的設備連接數(shù)量，連接容易和存儲設備與服務器之間的長距離連接能力。同樣地，這些優(yōu)點在NAS系統(tǒng)中也能體驗出來。一套會聚SAN和NAS的解決方案全面獲得應用光纖通道的能力，從而讓用戶獲得更大的擴展性，遠程存儲和高性能等優(yōu)點。同樣這種存儲解決方案全面提供一套在以塊(Block)和文件(File)I/O為基礎的高效率平衡功能從而全面增強數(shù)據(jù)的可用性。應用光纖通道的SAN和NAS，整個存儲方案提供對主機的多層面的存儲連接、高性能、高價值、高可用和容易維護等優(yōu)點，全由一個網(wǎng)絡結構提供。 
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RAID是英文Redundant Array of Inexpensive Disks的縮寫，中文簡稱為廉價磁盤冗余陣列。RAID就是一種由多塊硬盤構成的冗余陣列。 
雖然RAID包含多塊硬盤，但是在操作系統(tǒng)下是作為一個獨立的大型存儲設備出現(xiàn)。利用RAID技術于存儲系統(tǒng)的好處主要有以下三種： 
1. 通過把多個磁盤組織在一起作為一個邏輯卷提供磁盤跨越功能 
2. 通過把數(shù)據(jù)分成多個數(shù)據(jù)塊（block）并行寫入/讀出多個磁盤以提高訪問磁盤的速度 
3. 通過鏡像或校驗操作提供容錯能力 
最初開發(fā)RAID的主要目的是節(jié)省成本，當時幾塊小容量硬盤的價格總和要低于大容量的硬盤。目前來看RAID在節(jié)省成本方面的作用并不明顯，但是RAID可以充分發(fā)揮出多塊硬盤的優(yōu)勢，實現(xiàn)遠遠超出任何一塊單獨硬盤的速度和吞吐量。除了性能上的提高之外，RAID還可以提供良好的容錯能力，在任何一塊硬盤出現(xiàn)問題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會受到損壞硬盤的影響。 
RAID技術分為幾種不同的等級，分別可以提供不同的速度，安全性和性價比。根據(jù)實際情況選擇適當?shù)腞AID級別可以滿足用戶對存儲系統(tǒng)可用性、性能和容量的要求。常用的RAID級別有以下幾種：NRAID，JbOD，RAID0，RAID1，RAID0+1，RAID3，RAID5等。目前經(jīng)常使用的是RAID5和RAID（0+1）。