2008年6月4日 星期三

什麼是RAID?為什麼要用RAID?

 RAID稱為「磁碟陣列」,它主要的原理是利用二顆以上的硬碟來組成一整個硬碟陣列,並利用磁碟陣列控制器來將硬碟區分為不同的運作模式,進而提供更好的 傳輸效能及資料備援的功能。

 那...除了可以提供更好表現的傳輸效能與資料備援外,RIAD還能夠提供其他的優勢嗎?玩家有必要採用RAID這項技術嗎?這的確是我們首要釐清的課題,為什麼要用到RAID功能呢?不用的話有關係嗎?

 單就桌上型電腦領域來說,雖然目前硬碟的速度和容量是不繼的在成長中,不過還是受限於硬碟本身結構的影響,一般主流3.5吋、7200轉的硬碟平均傳輸速 度最快大約只能在60多MB/sec(這裡指的是一般的版本、特殊的新版本可以再快一些些),而2.5吋硬碟5400轉的版本平均傳輸速度也只有大約在 40~50MB/sec左右,雖然整體感覺上速度還不算太慢,但如果相對於CPU或是記憶體等零組件的處理速度來相比的話,速度基本上是又是天差地遠了, 再加上CPU、記憶體等產品的發展速度是愈來愈快(ex. CPU雙核、四核一直往上發展、記憶體規格從DDR-400到DDR2-800到DDR3-1333...),使得電腦整體效能最終卻是常被受限於硬碟的 傳輸處理速度,所以這時候如果可以利用組磁碟陣列的方式來加快硬碟傳輸的速度,進而就可以提升整個電腦的效能表現,這可以說是RAID的第一大誘因。(其 實在伺服器領域上,早就已經廣泛的RAID功能)

 在RAID的運作模式當中包含了JBOD、RAID 0~RAID 10等數種,每種運作模式所帶來的效益都各有不同,不過目前最常用到的RAID模式還是以Raid 0、1、0+1和5等四種為最多,而其它的RAID模式因為效能或是架構上的關係,所以比較少會在實際面上應用到。(其中JBOD模式嚴格來說並不屬於 RAID,因為它僅僅只會將多顆硬碟合成一顆,對於效能或硬碟備援能力完全沒有做用)

除了剛剛提到的提速的效用外,RAID所具備的資料備援特性當然也是RAID的存在價值之一,以大多數玩家採用單顆硬碟來作為使用主力的模式下,如果未曾 啟動RAID功能,一但硬碟損壞或資料遺失,那就謝謝再聯絡了...,以磁碟陣列的方式運作,對資料的保護性當然提供了一定程度的保障,看那些廠商、企業 的伺服器,哪個沒作RAID的,目的是保障資料的安全,這隨著玩家的資料日趨重要的情況下,RAID普及到一般使用者也是一個趨勢。

四種常用的RAID模式運作解析
  
 既然大家了解到了RAID的重要性與必要性,那接下來就讓小編來介紹一下剛提到的四種最常用到的RAID模式運作型態,順便也讓玩家們了解到RAID的基本運作原理,這對於之後實際在組RAID時侯也會比較有幫助;首先就先從RAID 0模式開始談起。


RAID 0主要是提供Striping/Span(切分/延展)功用,也就是將全部硬碟的容量合併在一起,並藉由將儲存資料切分到各個硬碟上,來進行平行讀寫的動 作,因為是資料分散在各個硬碟上,所以當在讀取資料時,是多顆硬碟同時讀取,因此能達到提高傳輸效能的功用,不過RAID 0有項制命缺點,那就是完全沒有容錯的能力,只要有一顆硬碟故障,那就會導致陣列磁碟裡的所有資料毀於一旦,但是好處是只要兩顆硬碟就能組成,所以建置成 本較低。

RAID 0運作原理就是將資料分散儲存於各個硬碟上(圖片來源:Acnc網站)


  RAID 1模式則提供Mirroring(磁碟鏡射)功用,需要至少兩顆硬碟來組合運行,運作過程中是將資料同時分別寫入每一顆硬碟上,因此每顆硬碟都保有完全相 同的資料,這樣的好處是就算當其中有一個硬碟故障,作業系統或資料不會受到任何影響,所以RAID 1擁有不錯的硬碟硬體備援能力,而在效能上也算是有表現不錯,不過在RAID 1模式下能使用的硬碟容量,只有全部硬碟容量相加的一半而已。(也就是如果用了2顆硬碟組成RAID 1模式的話,另一顆硬碟純粹是作為資料備援用,2顆500GB的硬碟其實也就是能用500GB的容量而已,並非1TB)

RAID 1運作理是將資料同時寫入兩顆碟碟上,達到備援的機制


RAID 0+1的運作模式,它是結合了RAID 0與1兩種模式特性,也就是同時擁有加速和備援的功能,不過由於RAID 0+1必須擁有4個或以上的雙數硬碟組成才行,所以建置成本會稍微高些,而從下圖中所示的這個模式可以詳細了解到,當由4顆硬碟所組成RAID 0+1模式時,首先主要是由其中2個硬碟來組成RAID 0模式,設定成為第一組RAID 0,同樣模式下再組成另一組RAID 0,接下來經由這兩組RAID 0硬碟模式組合成RAID 1,使得RAID 0+1同時做到擁有備援能力及整體讀寫速度提升的功能。

RAID 0+1同時做到擁有備援能力及整體讀寫速度提升的功能


  RAID 5(延展/輪轉同位元模式)的運作模式說明,RAID 5目前普遍應用於伺服器上,主要是因為這階層的RAID可以提供相當高的容錯模式,且效能和穩定度都較佳,比較能符合伺服器上的需求,而RAID 5的組成最少須要3顆硬碟或更多,它的運作模式是利用XOR同位元資料演算方式,將同位元資料分別以輪流的方式儲存在每顆硬碟上,當只要其中一顆硬碟故障 的時侯,再換上新硬碟後,磁碟陣列控制器就能利用每顆所配置的同位元資料重新演算,將原始資料復原回新硬碟上。然而,因為同位元資料的關係,組RAID 5所得到的容量將會是所有硬碟數減一。

RAID 5可以提供相當高的容錯模式



組RAID之要件與相關性

在看過了前面小編簡要說明有關RAID的一些優勢與四種常見的RAID模式外,接下要還有一些與RAID有關的概念需要提及,包括了組RAID需要的相關 要件;前面有提到,RAID是利用磁碟陣列控制器來將硬碟區分為不同的RAID運作模式,所以在組RAID之前,就必需要有一塊擁有RAID控制晶片的 RAID卡或是主機板南橋晶片組需要支援組RAID功能(例如Intel ICHxR系列的南橋晶片就支援最常用的RAID 0、1和5等模式),這樣才能拿來組成RAID模式,而能夠支援到的RAID模式多寡,則又要看採用RAID控制晶片本身的能力,一般來說,通常這些控制 晶片至少都會支援RAID 0或RAID 1基本運作模式,然而支援愈多RAID模式的RAID卡相對上價格也就會愈貴,以目前主機板上直接內建RAID功能的超級南橋晶片並不會太少,中上等級的 版本大都已經具備RAID功能。(說明一下,這裡並不建議採用軟體建置的模式)

除了要具備有RAID硬體支援的功能外,還有另一個必要條件當然就是作為RAID載體的「硬碟」了,組RAID不外乎是要提升硬碟效能或是增加硬碟備援能 力,所以採用的硬碟規格當然就是重要項目之一,像是硬碟的轉速對於RAID效能就有很大的影響(其實就是越好的硬碟組RAID就會更優啦...),以現在 主流2.5吋硬碟的轉速是在5400轉、3.5吋硬碟則是在7200轉的情況下來看,就可以知道3.5吋7200轉硬碟的效能會比2.5吋5400轉硬碟 還要來的好些,那更不用說在RAID模式下的效能表現,以往作RAID也大多是採用3.5吋的硬碟來擔任主角,不過隨著2.5吋硬碟的容量不斷提升、而且 有直追3.5吋的趨勢(TOSHIBA已經有單顆320GB容量的硬碟),再者2.5吋的硬碟價格也持續的下滑,不再像以往那樣的高不可攀,另外搭上 2.5吋的可攜性與迷你體積,2.5吋硬碟作為組RAID的要角其實也不是不可嘗試,對於一般玩家來說,採用迷你準系統的玩家如果想要組RAID,2.5 吋硬碟的迷你優勢就體現出來了,因為在耗電量和空間占用上都比3.5吋硬碟還要來的小和低,尤其是對於一次要組多顆RAID來說,在這方面還是有所幫助 的。(組成RAID之後所產生的提速效應,可以讓2.5吋硬碟有與3.5吋硬碟版本一拼的本錢)

另外隨著RAID的產品愈來愈多樣化,現在也有相當多週邊產品對RAID做出相對應的應用支援,例如現在已經有結合RAID 0模式的2.5吋外接盒,讓玩家們能對資料多一份的防護,並且可以隨身帶著走,或者還有業者更是推出結合兩台2.5吋硬碟的硬碟盒,以達到較不占機殼空間 的方式,組成簡單的RAID 0、1模式;從這些角度就可以得知接下來利用2.5吋硬碟來組RAID的應用面會愈來愈廣,也更符合使用者的需求性。




大家一起來組RAID
  介紹完有關RAID的一整個技術功能概況後,緊接著小編要來說明如何實際來組RAID,咱們DIY一遍,首先玩家們要依照組RAID所需的最低硬碟數 裝上主機板(例如要組RAID 0或1的話,那玩家們就最少必需裝上兩顆硬碟來組成),當準備就緒後,再利用廠商所設計提供的RAID工具來組成所需的RAID,看到這裡大家或許會覺得 組RAID是否會很困難呢?其實不然,以一般來說,組RAID在操作上一點都不困難,只要按照提示的步驟操作,就能輕鬆快速組成想要的RAID模式。

至於小編這次教大家組RAID的教學教材,是採用Intel X38主機板內建的ICH9R南橋晶片組加上三顆2.5吋250GB的TOSHIBA硬碟來做組RAID的示範,前面小編就有特別提過採用2.5吋硬碟組 RAID的優缺,這裡實際來做一遍,並且會分別組成RAID 0和1來測試效能,而在組RAID之前,玩家們必需先要在BIOS上將硬碟運作模式設定改換由RAID模式,這樣才能啟動對硬碟做組RAID的功能。

  在設定完BIOS後,重新開機時按下鍵盤Ctrl+I鍵,就會自動進入RAID的工具程式頁面當中,進入頁面可以看到上方會有1.Create RAID Volume(建立RAID)、2.Delete RAID Volume(刪除RAID)、3.Reset Disks to Non-RAID(重新設定未配至硬碟)和4.Exit(離開畫面)等四個選項,而玩家們就是選擇第一個建立RAID選項就可以進入組RAID的相關設 定,至於在RAID工具程式畫面下方則會出現目前所安裝硬碟的型號和容量等資訊。

在選擇第一項建立RAID的選項之後,除了首先要為RAID名稱命名外,玩家們接著可以從「RAID Level」選擇出想要組成的RAID模式,而小編前面提到每個RAID模式所需要的硬碟數各有不同,所以當玩家們要選擇RAID模式時,程式會自動依照 目前所安裝的硬碟數做判斷,顯示切換出目前能組的RAID模式,這邊由於小編是做RAID 0和1的示範,所以至少要選定兩顆以上硬碟才能運作;當選定完RAID模式後,接著選擇兩顆TOSHIBA 2.5吋硬碟來組成RAID 0或1所需的硬碟,完成後,最後的步驟只要依照工具內定預設值完成就可以了,這樣RAID的設定就算是告一段落,不過當玩家們在組RAID的時侯,小編建 議記得先備份硬碟內的資料,不然一經組RAID的動作後,資料是會遺失的,這是特別要注意到的部份。




  設定完整個RAID模式後,如果玩家們只是將組好的RAID單純的拿來當資料碟使用,那可以不用任何的設定就能直接進入原本已經安裝好的作業系統使 用,不過前提是原本運作的作業系統碟也要是採用RAID模式運作才行,不然會造成無法進入作業系統的情況發生,所以小編建議在組RAID時,不管是要拿來 當作業系統碟還是資料碟,基本上以全新系統做起會比較方便。(外插RAID卡組RAID資料碟就不會有這個問題)

而如果玩家們是要將組好的RAID碟當作業系統碟使用,那在安裝系統時,不管是XP或是Vista都是要額外載入RAID控制器的驅動程式才能正常使用, 不然系統會辨別不到硬碟的存在或無法使用;例如在安裝XP系統時,一定需要使用到軟碟機和裝有RAID控制器驅動程式的軟碟片,並在進入XP藍色安裝畫面 的一開始時,按下「F6」按鍵,這樣才會進入載入RAID控制器驅動程式的畫面,之後選擇將軟碟片中的RAID驅動程式載入,這樣XP在選擇要安裝硬碟位 置時才能辨示到組好的RAID碟。(XP要載入RAID驅動程式時只能使用軟碟機,不能使用其他儲存裝置)

至於在灌Vista時,玩家們可以直接將驅動程式放入隨身碟或光碟片中,利用Vista事先載入驅動程式的選項,將儲存的驅動程式預先載入,接著選擇RAID碟做為安裝Vista的位置,就可以正常安裝Vista到RAID碟上。



XP:按下"F6"鍵進入載入RAID driver畫面
XP:選擇要載入的RAID driver




Vista:選擇載入驅動程式選項
Vista:瀏覽驅動程式儲存的位置

RAID 0、1效能實測
  設定完RAID模式後,當然要來體驗一下組完RAID後的效能表現,首先小編先測試在RAID 0模式下的效能表現,從前面我們了解到RAID 0是可以增加硬碟的運作效能,所以可以預期RAID 0的效能將比單顆硬碟表現的還要來的好。

從下圖可以看到專門測試硬碟效能的軟體HD Tune 3.0 Pro的測試結果,從實測的成績上可以證明,這次採用的兩顆TOSHIBA MK2552GSX 2.5吋5400轉250G所組成的RAID 0模式運作下,平均讀取速度達到72.7MB/sec,在外圈讀取速度最快更是達到107.2MB/sec的成績,表現比起單顆5400轉2.5吋的硬碟 還要優異,效能更是直逼3.5吋7200轉硬碟的成績,證明RAID 0所帶來的效能確實有明顯的提升,這也撇除了2.5吋硬碟效能較低落的情況。


  至於在RAID 1備援模式下,由於是講求備援功能,所以在效能上和單顆硬碟基本上是沒有什麼差別,不過好處就是當一顆硬碟故障時,資料還可以救回。


更快的效能、以及對資料多一層的保障
  磁碟陣列帶來的效益,讓玩家們體驗更快速的硬碟讀寫速度,不管是傳輸大量資料或是對於系統上的運作,都有效縮短玩家們的等待時間,讓玩家們得到更快速 的電腦運作效能,然而磁碟陣列還不僅只帶來效能上的增加,磁碟陣列同時也提供很好的備援機制,降低因硬碟故障而受到資料大量遺失或毀損的情況發生,讓資料 得以儲存在更安全的環境之下,其實這才是RAID的真意。(畢竟資料的重要性遠大於一切)

然而現在硬碟容量逐年快速成長,一顆硬碟少說都在上百GB容量的設計,資料的維護和備份就更顯得重要,所以磁碟陣列對於想追求更高的電腦效能及資料備援的 玩家們是有很大的幫助,而透過實測的成績也證明了2.5吋硬碟組RAID的優勢,玩家們不妨利用目前硬碟物美價廉之時,好好的多買個幾顆硬碟,享受一下磁 碟陣列所帶來的好處吧。

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