什麼是磁碟陣列(RAID)?-基本概論
不論是單一SCSI或IDE硬碟,皆會受到馬達轉速與傳輸介面相互匹配的問題。因此,在100MHz頻寬下,
一台Ultra160規格的SCSI硬碟或ATA100規格IDE硬碟,傳輸效率最多只能達到30MB/Sec的水準。此外,硬
碟的壽命有限,一旦任何一顆硬碟損壞,將會造成系統損毀和資料流失。在網路系統架構中,以上兩點
皆是很嚴重的問題。因此,把多個不昂貴的、獨立的硬碟按不同模式組合起來形成一個硬碟組,以提高
系統資料傳輸效能和儲存性能的磁碟陣列(RAID,Redundant Arrays of Inexpensive / Independent Disks)於是
產生。
磁碟陣列運用資料分解(Striping)、資料鏡射(Mirroring)輔以同位元偵測(Parity Checking)等機制將二
個(含)以上的實體(physical)硬碟機組合成一個具備線上即時(on-line)、快速存取、大容量或具容錯
的虛擬/邏輯(virtual / logical)硬碟系統。一旦磁碟陣列中任何一顆硬碟損壞,系統將透過其他完好的硬碟
繼續運作,而不會造成系統當機或資料流失。
總而言之,在網路系統架構中,磁碟陣列技術確實提供和提昇效率和資料安全性。
磁碟陣列的功能:
1. 擴大儲存容量
2. 加速資料的存取
3. 降低成本
4. 容錯(Inherent Fault Tolerance)
5. 熱抽換(Hot Swap)
6. 自動資料重建(Auto-Rebuild)
7. 熱備份(Hot Spare)
8. 線上容量擴充(Online Capacity Expansion )
磁碟陣列的等級介紹
RAID 0:Striping(速度快、無容錯能力;至少需要2顆硬碟)
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RAID 0的硬碟排列方式,使用部分的陣列儲存容量來儲存訊息。當陣列中有一顆硬碟故障時該訊息能恢復
使用者的資料。根據不同的陣列型式,虛擬硬碟具有容錯、成本、性能方面、或這些因素結合的優勢。
於RAID 0陣列中,整個陣列中硬碟的資料是被分散、或解裝的。對伺服器而言,陣列被視為一顆大型硬碟,
其容量大約等於實體硬碟容量的總和。由於可以並行的方式操作多重讀取及寫入,所以陣列的輸入/輸出性
能要比單一實體硬碟好得多。
RAID 0陣列不做資料備份,所以並不算是真正的RAID應用。如果其中一顆硬碟損壞,整個陣列亦將故障,
所有陣列資料也將遺失。因此,RAID 0的容錯能力低於陣列中的任何單一硬碟。然而,RAID 0一詞還是廣
泛用以指稱這些陣列。因為基本觀念類似於真正的RAID應用。
適用領域:
讀寫快而集中的應用領域(如:影音播放系統、影像編輯、預先排版應用等),可藉RAID 0得到較佳的輸出
效率及品質。
RAID 1:Mirroring(安全性高;最少需要2顆硬碟)
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在RAID 1陣列(一般稱之為鏡射陣列)中硬碟是成對的,兩兩成對的硬碟包含相同的資料。當資料寫入鏡射
陣列時,會一次寫入以及同時讀取。
鏡射陣列具有高度可靠性,因為成對的硬碟必須同時故障,陣列才會故障。例如,在一個含有五對鏡射硬碟
的陣列中,即使有五台硬碟都故障,陣列也能維持資料的完整性-只要每一對都有一顆硬碟是好的。
適用領域:
常應用於高安全要求的多人使用環境,例如:作業系統磁碟OS Disk、會計帳單財務系統
RAID 0+1:Striping with Mirroring(需要最少4顆硬碟 )

RAID(0+1)是綜合RAID 0與RAID 1的功能發展而成。在RAID(0+1)系統中,以兩顆硬碟為一組,每組硬
碟均需符合RAID 1的規格,來確保資料的保全性。另外,每組硬碟間也要遵守RAID 0的規則,才能讓硬碟讀
寫速度加快。RAID(0+1)雖然同時兼具提昇讀寫速度及容錯的特點,但由於只有一半的硬碟空間可供使用,
因此所需的成本也相對提高。
適用領域:
常用於需要高效能和少錯誤而非容量的資料庫伺服器。
RAID 3:Striping(byte)and parity drive(降低整體成本;需要最少3顆硬碟)

RAID 3陣列是以同位位元資料的形式包含冗餘訊息,其中使用者所有資料是透過逐次區塊計算來取得。使用
者的資料是以位元或位元組解裝於陣列的各個硬碟而非單一硬碟。同位位元資料單獨寫入同位位元硬碟(也
稱做查核硬碟)。在一顆硬碟故障的事件中,資料能從陣列中剩餘硬碟的相對資料條件來進行重建。
適用領域:
隨選視訊、數位廣告插撥、數位剪輯、3D動畫、影像處理、衛星遙測、石油探勘、CAD/CAM。
RAID 5:Striping(block)and parity
drive(Dispersed)(最少需要3顆硬碟)
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RAID 5陣列是以同位位元資料的形式包含冗餘訊息,其中使用者所有資料是透過逐次區塊計算來取得。同為
位元訊息分散於陣列的各個硬碟而且大約佔據相當一顆硬碟容量的空間。一般資料與同位位元訊息散佈在一
起。如果陣列中有一台硬碟故障,故障硬碟上的資料可以根據剩餘硬碟的同位位元資料和使用者資料來加以
重建。如有兩台硬碟同時故障就會導致整個陣列故障。與RAID 0陣列相比RAID 5陣列的讀取性能極佳。但因
為寫入作業牽涉到計算和寫入新的同位位元資料,以及寫入新的使用者資料,所以RAID 5陣列的寫入性能會
低於RAID 0陣列。
適用領域:
對交易導向的網路應用具有最佳的成本/性能比;也能對大量的連續資料讀寫要求做最佳化應用,如銀行交易
處理。
備援和重建
備援
如果在陣列中,加上備援硬碟,當任一陣列硬碟故障時,該備援硬碟可以自動上線,將故障硬碟立即取代,並
開始依設定的「重建優先權」作資料重建,就可有效縮短上述的「前往處理」的時間,也可減少因急迫性所造
成的壓力。
不過,備援硬碟平時是無法拿來作存放空間的,因為一旦作「可使用」的標記,備援設定會自動消失。所以,
回到前述的真理:「安全性」加「速度」是建立在成本之上的。
重建
當磁碟陣列有一硬碟損壞而沒有裝置備援硬碟時,使用者必須更換一顆新的硬碟以取代損壞的硬碟。一旦更換
上新的硬碟後,陣列會自動複製資料到新硬碟中而不會造成任何資料流失。複製完成的百分比會在視窗RAIDGuide
狀態和LCD中顯示。
當複製完成後,磁碟陣列將會回到執行正常功能的狀態下(並還有支撐硬碟損壞的能力而不會造成任何功能或
資料的損失)。
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磁碟陣列等級的比較 |
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SCSI介面介紹
磁碟陣列提供LVD Ultra3/160 SCSI通道作為連接使用者的主機伺服器。在包裝中我們附加一包SCSI的環繞線纜。
如果使用者為了確保資料傳輸而想要自行變更線纜,請參照下列線纜長度限制表:
總線纜長度=外部線纜長度+內部線纜長度
STARDOM的線纜長度-R2=75公分
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磁碟陣列採用連接介面之比較
磁碟陣列的連接介面可分為二個部分,一是RAID控制卡與電腦主機之間的連接(Host Interface),如PCI、PCI-X
、InfiniBand、TCP/IP、SCSI、Fibre Channel(FC)、SSA(IBM的RAID儲存產品)、ESCON(連接至IBM
S/390 Mainframe
)等;另一是硬碟機與RAID控制卡之間的連接傳輸介面(Disk Drive Interface),例如SCSI、Fibre
Channel、ATA、
SSA(IBM及StorageTek的RAID儲存產品);選擇連接介面時所考量的因素為傳輸速率、成本、介面效率及安全性
等。傳統上ATA介面傳輸速率的提升,加上該規格硬碟機價格的競爭力,使得許多入門等級的企業儲存系統紛紛
採用。預期在具備1.5Gbps傳輸速率的Serial ATA產品推出後,加上可支援Hot-plug、Shader
Register等功能,採用的產
品將由入門級儲存系統迅速提升至中高階儲存系統。
下表為彙整各型式儲存產品所可能採用的連接介面:
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什麼是SCSI(Small Computer Standard Interface)?
一種由ANSI制定用來連結週邊裝置(Peripheral
Device)的平行介面(Parallel Interface),由於較其他標準介面的傳輸
速率為快,在較好的工作站 (Workstation) 及伺服器 (Server) 上常用來作為硬碟 (HDD)
及其他儲存裝置的介面。有各種
不同的規格,為小型電腦標準介面(Small Computer Standard Interface)的裝置。
SCSI 有下列幾種延伸規格:
1. SCSI-1:8 位元 (BIT) 通道寬度,傳輸速率4 MBPS。
2. SCSI-2:類似 SCSI-1,但支援同時連接7個裝置,傳輸速率 10-20 MBPS。
3. WIDE SCSI:16位元 (BIT) 通道寬度,傳輸速率10-20 MBPS。
4. FAST SCSI:8位元 (BIT) 通道寬度,使用雙倍的頻率,傳輸速率10 MBPS。
5. FAST WIDE SCSI:16位元 (BIT) 通道寬度,傳輸速率20 MBPS。
6. ULTRA SCSI:8位元 (BIT) 通道寬度,傳輸速率20 MBPS。
7. SCSI-3:又稱為 ULTRA WIDE SCSI,16位元 (BIT) 通道寬度,傳輸速率40 MBPS。
8. ULTRA2 SCSI:8位元 (BIT) 通道寬度,傳輸速率40 MBPS。
9. WIDE ULTRA2 SCSI:16位元 (BIT) 通道寬度,傳輸速率80
MBPS。
使用SCSI介面的硬碟具有較高的穩定性,可應付大量的讀寫量,故JBOD、DAS、SAN和NAS等以硬碟為主的儲存設
備,其硬碟連接介面多半為SCSI。目前常用的Ultra2/80
SCSI的介面傳輸速率為80MB/Sec,Ultra3/160 SCSI則達160MB/Sec
,而更快速的Ultra320 SCSI規格也早已發表,至今仍在制定、研擬中的Serial Attached
SCSI,也將是未來可能的新方向。
未來各硬碟儲存設備的內部介面將採更快速的SCSI介面,而JBOD、DAS,以及MO Jukebox、Auto
Loader / Tape Library等
外接介面,也同樣會往更高速的SCSI規格跟進。
IDE磁碟陣列-為何選擇IDE磁碟陣列?
ATA100 7200RPM IDE硬碟和Ultra3/160 10000RPM
SCSI硬碟的傳輸速率測試報告如下:
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事實上,這兩種硬碟主要的差別在於SCSI介面而不是硬碟本身。SCSI介面擁有較高的160MHz頻寬,並可以連接多樣的硬
碟來達到較好的傳輸速度和執行多種的存取功能。基於這個理由,SCSI硬碟廣泛的應用在網路系統,而IDE硬碟則只應用
在個人電腦中。然而,STARDOM經過兩年的研發,讓STARDOM
IDE磁碟陣列外部使用SCSI介面連接主機端,內部使用
低成本的IDE硬碟,使其可以擁有和傳統SCSI磁碟陣列一樣的傳輸速度和多樣的存取能力。最重要的是只有傳統SCSI磁碟
陣列一半的價格,因此,我們相信使用IDE磁碟陣列是一個絕對正確的選擇。
如何選擇磁碟陣列?
選擇硬碟陣列系統,必須知道決定陣列系統好壞的四大要件:
一、系統引擎-陣列控制器
陣列控制器為硬碟陣列系統的核心主軸,主要訴求為速度要快,穩定性要高,不論是連結主機或搭配各款硬碟,其匹配
性要好。
STARDOM採用國際知名品牌Infortrend陣列控制器,獲國際大廠採用並信賴,其穩定度及匹配性可見一般。此外,STARDOM
採用高效率PowerPC750 233MHz CPU,單通道傳輸時,速率可達96MB/Sec。
二、精密的機構設計
好的陣列機構設計基本上要具備操作及維護的方便性和安全性,以及良好的散熱能力。
STARDOM陣列系統以良好的通風設計,加上6顆92mm風扇模組,讓硬碟溫度不超過室溫10℃,可確保硬碟穩定度,以及
電源、風扇等電子零件的壽命。STARDOM具備熱抽拔和頂入頂出功能的硬碟模組,可輕易的更換硬碟。此外,透過專利
硬碟模組避震軌道設計,可避免硬碟共振所造成的傷害,增加系統穩定度,延長硬碟壽命。而透過無線式熱抽拔風扇模
組設計,讓使用者維護方便。STARDOM亦具備特殊的兩用機構設計,可依不同需求做直立或機架式擺置。
三、穩定的電源供應器
如果控制器是引擎,那麼電源供應器就是發電機了。好的電源供應器一定得有備援方案、足夠的供電瓦數和好的散熱能力
,以確保零件壽命。
STARDOM陣列系統採用400Watts雙備援、雙AC輸入冗餘電源供應器,通過各項安規測試,如UL、PCC和CE(含PFC),
而且搭配1顆8cm風扇及2顆4cm風扇,以確保內部良好的散熱品質。
四、即時的系統監控設計
由於陣列一般都放置於機房,遠離辦公位置,一但發生問題往往不能即時察覺,因而延誤處理時間,造成系統的當機或
資料的毀損。因此,系統的監控以及即時的通報系統有不可忽略的重要性。
STARDOM陣列系統隨時預測系統內部各項狀態,包含CPU溫度、硬碟背板溫度、電壓、風扇、以及電源等各項訊息,一
但任何錯誤訊息發生,系統即時發出警報,並顯示於LCD上。此外,還可輕鬆從工作站透過搭配的RAIDGuide
GUI Software
監控系統的各項資訊,即時掌握系統動態。
銳銨科技提供SCSI陣列系統及各種介面之IDE陣列系統,以特殊的外型設計和高產品穩定度,賦予STARDOM系列個性化產
品形象,提供企業用戶低成本、高效能、高可靠度的安全儲存資料環境。