网络存储之RAID卡全解析

二、RAID的实现

    RAID可以通过软件或硬件实现。软件实现RAID需要操作系统的支持。硬件实现就是使用专用的RAID卡来实现。

    1、软件RAID

    一些网络操作系统可以使用标准的SCSI适配卡支持和管理驱动器。一些网络操作系统支持RAID 0，RAID 1和RAID 5。

    由于是操作系统下实现RAID，软RAID不能保护系统盘。亦即系统分区不能参与实现RAID。有些操作系统，RAID的配置信息存在系统信息中，而不是存在硬盘上；当系统崩溃，需重新安装时，RAID的信息也会丢失。

    当运行I/O增强应用程序，如文件服务器或应用程序服务器，可适当的使用软件RAID。RAID 5是CPU的增强方式，所以不建议使用软件RAID在增强的处理器服务器中。

    磁盘的容错技术并不等于完全支持在线更换，热插拔或热交换，有些操作系统不能支持系统不经过重启的在线热交换。能否支持错误硬盘的热交换与操作系统有关。

    NetWare支持 RAID 1 (镜像和双工) 。 Windows NT 、Windows2000、LINUX、OPENSERVER支持RAID 0, RAID1和RAID5。

    另一种方案是配置系统在线扩充，服务器中配置一块备用硬盘，当系统中没有硬盘错误时，它处于等待状态，当RAID5或RAID1中出现硬盘错误时，它可以自动取代坏盘，当系统确认后，即可成为阵列的一部分。

    2、硬件RAID

    硬件 RAID是采用集成的阵列卡或专用的阵列卡来控制硬盘驱动器，这样可以极大节省服务器系统CPU和操作系统的资源。从而使网络服务器的性能获得很大的提高。

    RAID控制器对主系统，是藉由连接至其存取接口(目前以SCSI 为主)作信道。换言之，它在主系统的存取接口上，是一个独立的直接存取储存体DASD Direct Access Storage Device。 而这个大的储存体内，可以有不只一个的逻辑磁盘LUN Logical Unit Number。 RAID控制器，对下管理多颗数组硬盘机们。而主系统是不会看到或直接管理该硬盘的。例如：Mylex、AMI、Adaptec等 ... 都有相关的产品。

    现在的RAID卡产品，都支持在线更换，热插拔或热交换。并在部分操作系统下实现软件监控和管理。
 三、RAID卡原理

RAID卡结构（点击看大图）

RAID卡结构 2（点击看大图）

    RAID卡有自己的CPU，Cache Memory，通过集成或借用主板上的SCSI控制器来管理硬盘，可以称之为一个智能化的设备。

   RAID卡的分类一般根据集成的SCSI控制器来划分。如果没有集成SCSI控制器，而是借用主板上的SCSI控制器来管理硬盘，则为零通道RAID卡。根据RAID卡集成的SCSI控制器的通道数量，可以分为单通道、双通道、三通道RAID卡。还可以按照SCSI控制器的标准来划分RAID卡的种类，如Ultra Wide、 Ultra2 Wide、Ultra160 Wide。

    RAID处理器是一个PCI从设备，接受并执行来自系统的命令。 同时占用PCI中断，代表SCSI磁盘子系统向系统 提出中断请求，请求占用PCI总线，返回对系统命令的响应，如输送SCSI硬盘上的数据。

    作为RAID卡的CPU，通过执行闪存中的Firmware，控制SCSI控制器、Cache Memory以及指示报警电路，来实现RAID卡的功能，运作流程如下：
    （1） 初始化RAID卡寄存器
    （2） 读取NVRAM的上次RAID参数，与硬盘实际信息进行比较，显示结果
    （3） 发送配置提示、响应 HOST 命令进入配置界面
    （4） 提供配置菜单、将用户提供的RAID卡参数、RAID参数存入NVRAM
    （5） 根据RAID参数，通过SCSI控制器对硬盘进行初始化写操作
    （6） 完成配置
    （7） 等待Host发出读写操作命令

    RAID卡提高磁盘读写性能的另一手段是：磁盘CACHE

    对于磁盘I/O来说，如果没有CACHE，就直接从硬盘读写；如果有CACHE，则首先从CACHE读写。

    CACHE具有两大功能：

    1、预读

    CACHE预读提高了计算机系统中的硬盘读的功能，尤其是在读取含有大量文件碎片的文件时。具有良好预读功能的RAID卡能在看起来很随机的读访问中，识别出读取磁盘的规律， 通过这个规律提前将系统要读取的数据放在CACHE中。

    预读的两种方式：

    Read Ahead

    由于硬盘数据经常是以一族连续的硬盘扇区组织起来的，所以有时侯如把系统所请求的扇区随后的一个扇区里的数据 同时读进来是有价值的。对于数据文件的读取有利,特别是系统CPU的性能低时。

    Pre-Fetch

    当RAID卡发现系统要读的是先前已经读过的数据时，在 这一次，便将这一个数据块的数据写到CACHE里。对于程序文件的读取有利 。

    2、回写

    回写是通过暂时将数据存在CACHE里，从而推迟将数据写到慢设备（如硬盘、磁带机）的一种工作方式。数据将在随后的时间，硬盘闲置的时候写到硬盘中。写的时候也是统一将CACHE内的尚未写出的数据按照数据块的在硬盘中的BLOCK序号写入，这样可以提高写的效率。

    回写需要加电池给CACHE供电，以免数据在写到硬盘之前系统断电导致硬盘数据丢失。

    增加CACHE大小对于预读来说，为系统提供了更多的来自CACHE的可供读取的记录。 对于回写来说，允许控制卡保存更多的记录留待后期写磁盘。特别是对于电梯式回写，使得连续的回写段之间有更近的间隔，降低硬盘写操作的平均访时间并提高了吞吐率。

    写策略

    通写模式下，所有数据在以命令完成状态返回到计算机之前，直接写到硬盘。两种写策略比较来说，写策略由通写改为回写时，可大幅度提高RAID性能。但回写具有一定的数据危险性。在突然断电的情况下，会丢失存于Cache尚未写入硬盘的数据。

    RAID卡工作在写策略为THROUGH时，缓存大小对RAID卡的性能影响很小，只有当写策略改为BACK时，缓存的作用才会发挥出来。

    影响RAID卡性能的因素很多，其中可调因素主要有RAID卡缓存（CACHE）大小、写策略（WRITE POLICY）、读策略（READ POLICY）、条带的大小（STRIPE SIZE）。不同的RAID卡虽然说法略有不同，但意思是一样的。很多设置可以在RAID卡的配置工具中调整
四、产品推荐

    ADAPTEC SCSI-3400S

参考价：13200元

    Adaptec SCSI RAID 3400S具有单卡所能及的最大速度和最宽广的可升级度。这一4通道Ultra160 SCSI RAID解决方案装备了64位 i960RN微处理器和一个可选电池备板模块。是需要顶级速度和扩展度的用户的首选。
    主要特点：
    具有Ultra160 SCSI 的性能，最多可有4个信道
    适于传统服务器、1U/2U 服务器和工作站环境
    基于64位 Intel i960 输入\输出处理器

    ADAPTEC SCSI-2200

参考价：5200元

    ADAPTEC SCSI-2200支持RAID类型：RAID0,1,0+1,5,JBOD；双通道；传输速率：320M/S；可接设备数：30个；总线类型：64位PCI；高速缓存:板载64M ECC；内部接口：2个高密68针；外部接口：2个超高密68针；LP结构，适合1U，2U。

    ADAPTEC ATA-1200A

参考价：5000元

    Adaptec ATA RAID 1200A 针对的是使用ATA硬盘的入门级服务器、工作站和机架服务器。在工作站、入门级服务器、和机架服务器环境中运行ATA硬盘的个人和企业提供数据保护和更高的速度。

    Adaptec ATA RAID 1200A 共有2个信道，每信道极限数据传输率为100 MByte/秒，最多支持4个硬盘。它的小尺寸特性在ISP环境中尤受欢迎-能为其他服务器部件留出最大的空间，并且有助于增加散热气流。它在传统塔式服务器环境的表现也同样出色。将2个或多个硬盘条带化可以显著加快硬盘的工作速度。在运行数据密集型应用如视频/音频流、后期制作、影像编辑以及最为复杂的游戏应用时，它的价值尤为突出。除此之外，一个用户界面友好的图形界面管理软件还能随时满足您管理存储器的种种要求。

    ADAPTEC SCSI-2010S

    ADAPTEC SCSI-2010S此款小尺寸的ZCR 卡通过Ultra320主板上的Adaptec嵌入式逻辑线路(EMRL)或英特尔RAIDIOS逻辑线路(采用Intel的新式模块ROMB设计)提供的3.3V 64位 PCI总线接入。 ADAPTEC SCSI-2010S与多种ZCR技术兼容，因此，是希望在一张RAID卡上实现技术标准化的用户的合理选择。

    编后语

    关于RAID卡的使用说明在raid卡使用手册中有具体的说明，如有需要者可以查找相应的产品的使用说明。