目前改進(jìn)磁盤存取速度的的方式主要有兩種。一是磁盤快取控制(disk cache controller),它將從磁盤讀取的數(shù)據(jù)存在快取內(nèi)存(cache memory)中以減少磁盤存取的次數(shù),數(shù)據(jù)的讀寫都在快取內(nèi)存中進(jìn)行,大幅增加存取的速度,如要讀取的數(shù)據(jù)不在快取內(nèi)存中,或要寫數(shù)據(jù)到磁盤時,才做磁盤的存取動作。這種方式在單工環(huán)境(single-tasking envioronment)如DOS之下,對大量數(shù)據(jù)的存取有很好的性能(量小且頻繁的存取則不然),但在多工(multi-tasking)環(huán)境之下(因為要不停的作數(shù)據(jù)交換(swapping) 的動作)或數(shù)據(jù)庫(database)的存取(因為每一記錄都很小)就不能顯示其性能。這種方式?jīng)]有任何安全保障。

其二是使用磁盤陣列的技術(shù)。磁盤陣列是把多個磁盤組成一個陣列,當(dāng)作單一磁盤使用,它將數(shù)據(jù)以分段(striping)的方式儲存在不同的磁盤中,存取數(shù)據(jù)時,陣列中的相關(guān)磁盤一起動作,大幅減低數(shù)據(jù)的存取時間,同時有更佳的空間利用率。磁盤陣列所利用的不同的技術(shù),稱為RAID level,不同的level針對不同的系統(tǒng)及應(yīng)用,以解決數(shù)據(jù)安全 的問題。

一般高性能的磁盤陣列都是以硬件的形式來達(dá)成,進(jìn)一步的把磁盤快取控制及磁盤陣列結(jié)合在一個控制器(RAID controler或控制卡上,針對不同的用戶解決人們對磁盤輸出入系統(tǒng)的四大要求：
(1)增加存取速度
(2)容錯(fault tolerance),即安全性
(3)有效的利用磁盤空間;
(4)盡量的平衡CPU,內(nèi)存及磁盤的性能差異,提高電腦的整體工作性能。

2.磁盤陣列原理

磁盤陣列中針對不同的應(yīng)用使用的不同技術(shù),稱為RAID level,RAID是Redundent Array of Inexpensive
Disks的縮寫,而每一level代表一種技術(shù),目前業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)是RAID 0~RAID 5。這個level并不代表技術(shù)的高低,level 5并不高于level 3,level 1也不低過level 4,至于要選擇那一種RAID level的產(chǎn)品,純視用戶的操作環(huán)境(operating environment)及應(yīng)用(application)而定,與level的高低沒有必然的關(guān)系。
RAID 0及RAID 1適用于PC及PC相關(guān)的系統(tǒng)如小型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(network server)及需要高磁盤容量與快速磁盤存取的工作站等,比較便宜;RAID 3及RAID 4適用于大型電腦及影像、CAD/CAM等處理;RAID 5多用于OLTP（在線事務(wù)處理）,因有金融機構(gòu)及大型數(shù)據(jù)處理中心的迫切需要,故使用較多而較有名氣, RAID 2較少使用,其他如RAID 6,RAID 7,乃至RAID 10等,都是廠商各做各的,并無一致的標(biāo)準(zhǔn),在此不作說明。介紹各個RAID level之前, 先看看形成磁盤陣列的兩個基本技術(shù)：

磁盤延伸(Disk Spanning)：

譯為磁盤延伸,能確切的表示disk spanning這種技術(shù)的含義。如圖磁盤陣列控制器, 聯(lián)接了四個磁盤,這四個磁盤形成一個陣列(array),而磁盤陣列的控制器(RAID controller)是將此四個磁盤視為單一的磁盤,如DOS環(huán)境下的C:盤。這是disk spanning的意義,因為把小容量的磁盤延伸為大容量的單一磁盤,用戶不必規(guī)劃數(shù)據(jù)在各磁盤的分布,而且提高了磁盤空間的使用率。并使磁盤容量幾乎可作無限的延伸;而各個磁盤一起作取存的動作,比單一磁盤更為快捷。很明顯的,有此陣列的形成而產(chǎn)生RAID的各種技術(shù)。

磁盤或數(shù)據(jù)分段(Disk Striping or Data Striping):

因為磁盤陣列是將同一陣列的多個磁盤視為單一的虛擬磁盤(virtual disk),所以其數(shù)據(jù)是以分段(block or segment)的方式順序存放在磁盤陣列中,數(shù)據(jù)按需要分段,從第一個磁盤開始放,放到最後一個磁盤再回到第一個磁盤放起,直到數(shù)據(jù)分布完畢。至于分段的大小視系統(tǒng)而定,有的系統(tǒng)或以1KB最有效率,或以4KB,或以6KB,甚至是4MB或8MB的,但除非數(shù)據(jù)小于一個扇區(qū)(sector,即521bytes),否則其分段應(yīng)是512byte的倍數(shù)。因為磁盤的讀寫是以一個扇區(qū)為單位,若數(shù)據(jù)小于512bytes,系統(tǒng)讀取該扇區(qū)后,還要做組合或分組(視讀或?qū)懚?的動作,浪費時間。從上圖我們可以看出,數(shù)據(jù)以分段于在不同的磁盤,整個陣列的各個磁盤可同時作讀寫,故數(shù)據(jù)分段使數(shù)據(jù)的存取有最好的效率,理論上本來讀一個包含四個分段的數(shù)據(jù)所需要的時間約=(磁盤的access time+數(shù)據(jù)的tranfer time)X4次,現(xiàn)在只要一次就可以完成。

若以N表示磁盤的數(shù)目,R表示讀取,W表示寫入,S表示可使用空間,則數(shù)據(jù)分段的性能為:
R:N(可同時讀取所有磁盤)
W:N(可同時寫入所有磁盤)
S:N(可利用所有的磁盤,并有最佳的使用率)

Disk striping也稱為RAID 0,很多人以為RAID 0沒有甚么,其實這是非常錯誤的觀念, 因為RAID 0使磁盤的輸出入有最高的效率。而磁盤陣列有更好效率的原因除數(shù)據(jù)分段外,它可以同時執(zhí)行多個輸出入的要求,因為陣列中的每一個磁盤都能獨立動作,分段放在不同的磁盤,不同的磁盤可同時作讀寫,而且能在快取內(nèi)存及磁盤作并行存取(parallel access)的動作,但只有硬件的磁盤陣列才有此性能表現(xiàn)。

從上面兩點我們可以看出,disk spanning定義了RAID的基本形式,提供了一個便宜、靈活、高性能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),而disk striping解決了數(shù)據(jù)的存取效率和磁盤的利用率問題,RAID 1至RAID 5是在此基礎(chǔ)上提供磁盤安全的方案。

RAID 1

RAID 1是使用磁盤鏡像(disk mirroring)的技術(shù)。磁盤鏡像應(yīng)用在RAID
1之前就在很多系統(tǒng)中使用,它的方式是在工作磁盤(working disk)之外再加一額外的備份磁盤(backup
disk),兩個磁盤所儲存的數(shù)據(jù)完全一樣,數(shù)據(jù)寫入工作磁盤的同時亦寫入備份磁盤。磁盤鏡像不見得就是RAID 1,如Novell Netware亦有提供磁盤鏡像的功能,但并不表示Netware有了RAID 1的功能。一般磁盤鏡像和RAID 1有二點最大的不同: