RAID接口

摘要

RAID接口是指RAID卡支持的硬盘接口，RAID是英文RedundantArrayofIndependentDisks的缩写，翻译成中文意思是“独立磁盘冗余阵列”，有时也简称磁盘阵列（DiskArray）。RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。

RAID是英文RedundantArrayofInexpensiveDisks的缩写，中文简称为廉价磁盘冗余阵列。RAID就是一种由多块硬盘构成的冗余阵列。虽然RAID包含多块硬盘，但是在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。利用RAID技术于存储系统的好处主要有以下三种：

（1）通过把多个磁盘组织在一起作为一个逻辑卷提供磁盘跨越功能
（2）通过把数据分成多个数据块（Block）并行写入/读出多个磁盘以提高访问磁盘的速度
（3）通过镜像或校验操作提供容错能力

最初开发RAID的主要目的是节省成本，当时几块小容量硬盘的价格总和要低于大容量的硬盘。RAID在节省成本方面的作用并不明显，但RAID可以充分发挥出多块硬盘的优势，实现远远超出任何一块单独硬盘的速度和吞吐量。除了性能上的提高之外，RAID还可以提供良好的容错能力，在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作，不会受到损坏硬盘的影响。

RAID技术的两大特点：一是速度、二是安全，由于这两项优点，RAID技术早期被应用于高级服务器中的SCSI接口的硬盘系统中，随着近年计算机技术的发展，PC机的CPU的速度已进入GHz时代。IDE接口的硬盘也不甘落后，相继推出了ATA66和ATA100硬盘。这就使得RAID技术被应用于中低档甚至个人PC机上成为可能。RAID通常是由在硬盘阵列塔中的RAID控制器或电脑中的RAID卡来实现的。RAID技术经过不断的发展，已拥有了从RAID0到6七种基本的RAID级别。另外，还有一些基本RAID级别的组合形式，如RAID10（RAID0与RAID1的组合），RAID50（RAID0与RAID5的组合）等。不同RAID级别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本。

RAID级别的选择有三个主要因素：可用性（数据冗余）、性能和成本。如果不要求可用性，选择RAID0以获得最佳性能。如果可用性和性能是重要的而成本不是一个主要因素，则根据硬盘数量选择RAID1。如果可用性、成本和性能都同样重要，则根据一般的数据传输和硬盘的数量选择RAID３、RAID５。

RAID接口是指RAID卡支持的硬盘接口，目前主要有三种：IDE接口、SCSI接口和SATA接口。

IDE的英文全称为“IntegratedDriveElectronics”，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容，对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。IDE这一接口技术从诞生就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。

IDE代表着硬盘的一种类型，但在实际的应用中，习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA-1，这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了，而其后发展分支出更多类型的硬盘接口，比如ATA、UltraATA、DMA、UltraDMA等接口都属于IDE硬盘。此外，由于IDE口属于并行接口，因此为了和SATA口硬盘相区别，IDE口硬盘也叫PATA口硬盘。 SCSI的英文全称为“SmallComputerSystemInterface”（小型计算机系统接口），是同IDE完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及支持热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。SCSI硬盘和普通IDE硬盘相比有很多优点：接口速度快，并且由于主要用于服务器，因此硬盘本身的性能也比较高，硬盘转速快，缓存容量大，CPU占用率低，扩展性远优于IDE硬盘，并且支持热插拔。 使用SATA（SerialATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的SerialATA委员会正式确立了SerialATA1.0规范，2002年，虽然串行ATA的相关设备还未正式上市，但SerialATA委员会已抢先确立了SerialATA2.0规范。SerialATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。

串口硬盘是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而知名。相对于并行ATA来说，就具有非常多的优势。首先，SerialATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。实际上，SerialATA仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次，SerialATA的起点更高、发展潜力更大，SerialATA1.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比最新的并行ATA（即ATA/133）所能达到133MB/s的最高数据传输率还高，而在SerialATA2.0的数据传输率将达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。

（1）RAID技术规范简介

冗余磁盘阵列技术最初的研制目的是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，以降低大批量数据存储的费用，同时也希望采用冗余信息的方式，使得磁盘失效时不会使对数据的访问受损失，从而开发出一定水平的数据保护技术，并且能适当的提升数据传输速度。过去RAID一直是高档服务器才有缘享用，一直作为高档SCSI硬盘配套技术作应用。近来随着技术的发展和产品成本的不断下降，IDE硬盘性能有了很大提升，加之RAID芯片的普及，使得RAID也逐渐在个人电脑上得到应用。

（2）RAID的工作原理

RAID按照实现原理的不同分为不同的级别，不同的级别之间工作模式是有区别的。整个的RAID结构是一些磁盘结构，通过对磁盘进行组合达到提高效率，减少错误的目的，不要因为这么多名词而被吓坏了，它们的原理实际上十分简单。

NRAID

NRAID即Non-RAID，所有磁盘的容量组合成一个逻辑盘，没有数据块分条（noblockstripping）。NRAID不提供数据冗余。要求至少一个磁盘。

JBOD

JBOD代表JustaBunchofDrives，磁盘控制器把每个物理磁盘看作独立的磁盘，因此每个磁盘都是独立的逻辑盘。JBOD也不提供数据冗余。要求至少一个磁盘。

RAID0

RAID0即DataStripping（数据分条技术）。整个逻辑盘的数据是被分条（stripped）分布在多个物理磁盘上，可以并行读/写，提供最快的速度，但没有冗余能力。要求至少两个磁盘。我们通过RAID0可以获得更大的单个逻辑盘的容量，且通过对多个磁盘的同时读取获得更高的存取速度。RAID0首先考虑的是磁盘的速度和容量，忽略了安全，只要其中一个磁盘出了问题，那么整个阵列的数据都会不保了。

RAID1

RAID1，又称镜像方式，也就是数据的冗余。在整个镜像过程中，只有一半的磁盘容量是有效的（另一半磁盘容量用来存放同样的数据）。同RAID0相比，RAID1首先考虑的是安全性，容量减半、速度不变。

RAID0 1

为了达到既高速又安全，出现了RAID10（或者叫RAID0 1），可以把RAID10简单地理解成由多个磁盘组成的RAID0阵列再进行镜像。

RAID3和RAID5

RAID3和RAID5都是校验方式。RAID3的工作方式是用一块磁盘存放校验数据。由于任何数据的改变都要修改相应的数据校验信息，存放数据的磁盘有好几个且并行工作，而存放校验数据的磁盘只有一个，这就带来了校验数据存放时的瓶颈。RAID5的工作方式是将各个磁盘生成的数据校验切成块，分别存放到组成阵列的各个磁盘中去，这样就缓解了校验数据存放时所产生的瓶颈问题，但是分割数据及控制存放都要付出速度上的代价。

MatrixRAID：

MatrixRAID即所谓的“矩阵RAID”，是ICH6R南桥所支持的一种廉价的磁盘冗余技术，是一种经济性高的新颖RAID解决方案。MatrixRAID技术的原理相当简单，只需要两块硬盘就能实现了RAID0和RAID1磁盘阵列，并且不需要添加额外的RAID控制器，这正是我们普通用户所期望的。MatrixRAID需要硬件层和软件层同时支持才能实现，硬件方面目前就是ICH6R南桥以及更高阶的ICH6RW南桥，而IntelApplicationAcclerator软件和Windows操作系统均对软件层提供了支持。

NVRAID：

NVRAID是nVidia自行开发的RAID技术，随着nForce各系列芯片组的发展也不断推陈出新。相对于其它RAID技术而言，目前最新的nForce4系列芯片组的NVRAID具有自己的鲜明特点。

RAID技术问世时是基于SCSI接口，因其成本高，因此主要面向服务器等高端应用。普通用户根本无缘拥有RAID。随着计算机的大众化，由此带动PC计算机的空前繁荣。相应的，在市场的带动下，用于PC计算机的IDE接口设备价格大幅降低，同时性能大幅提高。鉴于此，RAID技术开始移植到IDE接口上，推出了基于IDE接口的RAID应用，称为IDERAID。而基于SCSI接口的RAID应用则相应称为SCSIRAID。与SCSIRAID相比，IDERAID具有极低的价格，和一点也不逊色的性能表现，相应的，IDERAID解决方案就具有SCSIRAID无法比拟的高性价比。因此IDERAID自推出后，受到普通PC用户和普通商业应用的普遍欢迎。

当然IDERAID也有其缺点，比如在CPU占用率和连接设备数量等方面就无法与SCSIRAID相比，同时，IDERAID目前为止还只支持RAID0、RAID1和RAID0 1，并且性能上也比SCSIRAID略逊一筹，因此高性能计算机应用方面还是以SCSIRAID为主。SATARAID是刚刚诞生的RAID方式，它与IDERAID类似，最大的优点是低成本，其他方面也和IDERAID接近。