硬體RAID及RAID組建實用指南

RAID通過為資料提供校驗的方式提高了可用性，在如今各類存儲系統中，RAID已經成為不可或缺的重要組成部分，為保護資料發揮重要作用。

　　RAID的形式是多種多樣的，它們都是高可用性和高性能存儲的骨幹力量。RAID裝置的最初應用可以追溯到上世紀80年代末，而在今天，RAID已經成為我們IT生活中一個應用廣泛且非常重要部分，以至于很多人已經忘記RAID這個縮寫到底是什麼意思。

　　RAID是由美國加州大學伯克利分校的D.A. Patterson教授在1988年提出的。RAID是Redundent Array of Inexpensive Disks的縮寫，直譯為“廉價備援磁盤陣列”，也簡稱為"磁盤陣列"。後來RAID中的字母I被改作了Independent，RAID就成了“獨立備援磁盤陣列”，但這隻是名稱的變化，實質性的内容并沒有改變。簡單地講，RAID技術就是利用多個硬碟的組合提供高效率及備援的功能。

　　RAID 的優點

　　RAID的采用為存儲系統（或者伺服器的内置存儲）帶來巨大利益，其中提高傳輸速率和提供容錯功能是最大的優點。

　　RAID通過同時使用多個磁盤，提高了傳輸速率。RAID通過在多個磁盤上同時存儲和讀取資料來大幅提高存儲系統的資料吞吐量（Throughput）。在RAID中，可以讓很多磁盤驅動器同時傳輸資料，而這些磁盤驅動器在邏輯上又是一個磁盤驅動器，是以使用RAID可以達到單個磁盤驅動器幾倍、幾十倍甚至上百倍的速率。這也是RAID最初想要解決的問題。因為當時CPU的速度增長很快，而磁盤驅動器的資料傳輸速率無法大幅提高，是以需要有一種方案解決二者之間的沖突。RAID最後成功了。

　　通過資料校驗，RAID可以提供容錯功能。這是使用RAID的第二個原因，因為普通磁盤驅動器無法提供容錯功能，如果不包括寫在磁盤上的CRC(循環備援校驗)碼的話。RAID容錯是建立在每個磁盤驅動器的硬體容錯功能之上的，是以它提供更高的安全性。在很多RAID模式中都有較為完備的互相校驗/恢複的措施，甚至是直接互相的鏡像備份，進而大大提高了RAID系統的容錯度，提高了系統的穩定備援性。

　　RAID方案有兩種，一種是硬體RAID解決方案，一種是軟RAID解決方案。硬體RAID解決方案速度快、穩定性好，可以有效地提供高水準的硬碟可用性和備援度，但是居高不下的價格實在令人可畏。Windows 2003提供了内嵌的軟體RAID功能可以實作RAID－0、RAID－1、RAID－5。軟RAID不僅實作上非常友善，而且還大量地節約了寶貴的資金，确實是Windows 2003 Server的一個很實用的新功能。當然，軟RAID的性能和效率是不能與硬RAID相提并論的。

　　下面我們就來分别介紹一下硬體RAID和軟RAID組建的詳細過程：

　　硬體RAID解決方案

　　一、硬體RAID的三種工作模式

　　1、RAID 0

　　RAID 0是最早出現的RAID模式，即Data Stripping資料分條技術。RAID 0是組建磁盤陣列中最簡單的一種形式，隻需要2塊以上的硬碟即可，成本低，可以提高整個磁盤的性能和吞吐量。RAID 0沒有提供備援或錯誤修複能力，是實作成本是最低的。

　　RAID 0最簡單的實作方式就是把N塊同樣的硬碟用硬體的形式通過智能磁盤控制器或用作業系統中的磁盤驅動程式以軟體的方式串聯在一起建立一個大的卷集。在使用中電腦資料依次寫入到各塊硬碟中，它的最大優點就是可以整倍的提高硬碟的容量。如使用了三塊80GB的硬碟組建成RAID 0模式，那麼磁盤容量就會是240GB。其速度方面，各單獨一塊硬碟的速度完全相同。最大的缺點在于任何一塊硬碟出現故障，整個系統将會受到破壞，可靠性僅為單獨一塊硬碟的1/N。

　　為了解決這一問題，便出一了RAID 0的另一種模式。即在N塊硬碟上選擇合理的帶區來建立帶區集。其原理就是将原先順序寫入的資料被分散到所有的四塊硬碟中同時進行讀寫。四塊硬碟的并行操作使同一時間内磁盤讀寫的速度提升了4倍。

　　在建立帶區集時，合理的選擇帶區的大小非常重要。如果帶區過大，可能一塊磁盤上的帶區空間就可以滿足大部分的I/O操作，使資料的讀寫仍然隻局限在少數的一、兩塊硬碟上，不能充分的發揮出并行操作的優勢。另一方面，如果帶區過小，任何I/O指令都可能引發大量的讀寫操作，占用過多的控制器總線帶寬。是以，在建立帶區集時，我們應當根據實際應用的需要，慎重的選擇帶區的大小。

　　帶區集雖然可以把資料均勻的配置設定到所有的磁盤上進行讀寫。但如果我們把所有的硬碟都連接配接到一個控制器上的話，可能會帶來潛在的危害。這是因為當我們頻繁進行讀寫操作時，很容易使控制器或總線的負荷 超載。為了避免出現上述問題，建議使用者可以使用多個磁盤控制器。最好解決方法還是為每一塊硬碟都配備一個專門的磁盤控制器。

　　雖然RAID 0可以提供更多的空間和更好的性能，但是整個系統是非常不可靠的，如果出現故障，無法進行任何補救。是以，RAID 0一般隻是在那些對資料安全性要求不高的情況下才被人們使用。

　　2、RAID 1

　　RAID 1稱為磁盤鏡像，原理是把一個磁盤的資料鏡像到另一個磁盤上，也就是說資料在寫入一塊磁盤的同時，會在另一塊閑置的磁盤上生成鏡像檔案，在不影響性能情況下最大限度的保證系統的可靠性和可修複性上，隻要系統中任何一對鏡像盤中至少有一塊磁盤可以使用，甚至可以在一半數量的硬碟出現問題時系統都可以正常運作,當一塊硬碟失效時，系統會忽略該硬碟，轉而使用剩餘的鏡像盤讀寫資料，具備很好的磁盤備援能力。雖然這樣對資料來講絕對安全，但是成本也會明顯增加，磁盤使用率為50%，以四塊80GB容量的硬碟來講，可利用的磁盤空間僅為160GB。另外，出現硬碟故障的RAID系統不再可靠，應當及時的更換損壞的硬碟，否則剩餘的鏡像盤也出現問題，那麼整個系統就會崩潰。更換新盤後原有資料會需要很長時間同步鏡像，外界對資料的通路不會受到影響，隻是這時整個系統的性能有所下降。是以，RAID 1多用在儲存關鍵性的重要資料的場合。

　　RAID 1主要是通過二次讀寫實作磁盤鏡像，是以磁盤控制器的負載也相當大，尤其是在需要頻繁寫入資料的環境中。為了避免出現性能瓶頸，使用多個磁盤控制器就顯得很有必要。

　　3、RAID0+1

　　從RAID 0+1名稱上我們便可以看出是RAID0與RAID1的結合體。在我們單獨使用RAID 1也會出現類似單獨使用RAID 0那樣的問題，即在同一時間内隻能向一塊磁盤寫入資料，不能充分利用所有的資源。為了解決這一問題，我們可以在磁盤鏡像中建立帶區集。因為這種配置方式綜合了帶區集和鏡像的優勢，是以被稱為RAID 0+1。把RAID0和RAID1技術結合起來，資料除分布在多個盤上外，每個盤都有其實體鏡像盤，提供全備援能力，允許一個以下磁盤故障，而不影響資料可用性，并具有快速讀/寫能力。RAID0+1要在磁盤鏡像中建立帶區集至少4個硬碟。

　　二、如何組建RAID系統

　　如果你有兩塊硬碟，并且主機闆的南橋晶片支援RAID功能，或者主機闆內建了第三方的RAID控制晶片，那麼就可以組建RAID系統了。

　　1、支援RAID功能的晶片

　　目前支援RAID功能的南橋晶片主要有Intel的ICH5R(常見于一些高端的i865PE、i875P主機闆上)、ICH6R和ICH6RW(用于i915和i925系列主機闆)，以及VIA的VT8237。這些晶片均支援SATA RAID功能，即利用兩塊SATA硬碟來組建RAID 0或RAID 1系統，而且它們的設定方法也大緻相同。

　　注意：在建構RAID系統時，最好購買同容量、同品牌的同型号硬碟，這樣可以最大程度地保護投資，避免資源浪費。

　　下面，我們就以Intel的ICH5R晶片為例，講解如何利用兩塊硬碟來組建RAID 0或RAID 1系統。

　　2、在BIOS中打開RAID功能

　　安裝好SATA硬碟之後，就要進入BIOS中打開南橋晶片的RAID功能。具體方法是：進入BIOS設定程式的"OnChip IDE Device"視窗，找到一個名為"SATA Mode"的選項，将它設定為"RAID"，然後儲存BIOS設定并重新啟動電腦。

　　3、組建RAID系統

　　在BIOS中啟動了RAID功能後，ICH5R南橋晶片内置的"Intel RAID Option ROM"便開始啟動，該軟體是Intel RAID應用程式，提供BIOS和DOS服務。在系統啟動POST(加電自檢)時，螢幕上會有一些提示資訊，按"Ctrl+I"鍵便可進入Intel RAID Configuration Utility視窗。

　　在該視窗中，視窗上半部分是主菜單，下半部分顯示的是已經安裝好的兩個硬碟的資訊，例如硬碟型号、容量、是否已經組建RAID系統等。将光标移動到主菜單的“1.Create RAID Volume”上，然後按Enter鍵，此時便進入建立RAID系統的主界面。

　　首先将光标移動到“Name”選項上，在此輸入一個RAID卷的名稱，一般用預設的名稱即可；按“TAB”鍵，将光标停留在“RAID Level”選項上，在此按向上或向下的箭頭按鍵，可以選擇RAID的類型--RAID 0或者RAID 1；根據自己的實際需要選擇RAID類型後，按“TAB”鍵将光标移動到“Strip Size”選項上，選擇串列值，一般選擇“128KB”。完成上述設定後，按“TAB”鍵，使光标停留在“Create Volume”上。

　　按下Enter鍵，此時會出現一條提示資訊，詢問是否确認建立RAID系統。

　　小提示：注意，如果是建立RAID 0這種類型的RAID系統，必須在建立前備份硬碟上的資料，否則一旦建立RAID 0系統，則硬碟上的所有資料及分區都會被删除。

　　按“Y”鍵确認建立RAID，此時會回到主界面，在視窗的下方會發現硬碟的資訊已經發生改變，顯示已經建立了一個RAID卷。

　　按“Esc”鍵，此時會出現确認是否退出的提示資訊，按“Y”鍵退出RAID配置程式，此時系統重新啟動 。

　　4、硬碟分區及安裝系統

　　如果建立的RAID系統是RAID 1，那麼系統會自動将主盤上的資料備份到從盤上，此時如果主盤上已經安裝了作業系統，則可以直接進入Windows，隻要在進入Windows後安裝Intel的ICH5R RAID驅動程式即可。

　　如果建立的是RAID 0，那麼兩塊硬碟上的資料會全部被删除，此時要在DOS下對硬碟重新進行分區。分區的方法與正常的硬碟分區沒有什麼差別。分區完成後，在安裝作業系統時，如果是安裝Windows 2000/XP等NT核心的系統，則必須在出現"Press F6 if you need to install a third party SCSI or RAID driver……"這樣一段提示語的時候按"F6"鍵，然後插入ICH5R的RAID驅動程式軟碟，按"S"鍵裝載該驅動。具體的操作方法與其他SATA控制晶片在安裝Windows2000/XP時加載SATA控制器驅動時一樣。 　　SATA接口BIOS設定解析

　　SATA硬碟和傳統IDE接口硬碟在應用設定上有諸多的不同，很多電腦使用者抱怨，具備SATA接口的主機闆在BIOS中的相關設定非常複雜，映射關系常常讓人摸不着頭腦，是以本篇對常見的問題做一些解析，希望能有助大家用好SATA硬碟。

　　ICH5 南橋、Award BIOS的設定

　　ICH5、ICH5R系列南橋是搭配i865PE/i875晶片組的，是第一代正式在南橋中內建SATA功能的晶片，也是目前較為成熟和相容性較好的産品。它支援2個ATA100接口和2個SATA150接口，一共支援4個IDE裝置和2個SATA裝置，其中ICH5R還支援SATA RAID0和RAID1。我們測試用的主機闆是一塊升技的IS7，這款主機闆采用i865PE/ICH5R晶片組，BIOS是我們平時用得最多的AWARD6.0版。 　　在"系統周邊裝置"選項裡，可以看到IDE和SATA的設定。

　　對于OnChip Serial ATA來說一共有5項可修改值：

　　Disable(禁止)、Auto(自動)、Enhanced Mode(增強模式)、Combine Mode(組合模式)、SATA Only(僅僅為SATA模式)。

　　Disable和Auto的意思一目了然，就不用說了，但是下面3種呢？看下面的表格。

　　是不是有點複雜？其實采用預設的Auto設定實質上和Enhanced Mode一樣，一般BIOS裡的預設設定也都是Enhanced Mode，因為隻有Enhanced Mode 才能完全啟用6個裝置，這時候會開啟4個IDE通道，其中傳統的IDE在一、二通道，SATA在三、四通道。 　　那麼Combine Mode是起什麼作用的？一會禁用這個，一會禁用那個的，用得着這麼麻煩嗎？其實這個模式主要是為了解決某些老型号的硬碟和光驅對ICH5的相容性問題，是以實際用到的情況極少。

　　如果隻有SATA裝置(SATA接口的刻錄機已經有上市産品了)，也可以避免麻煩的設定，隻用SATA Only。 軟RAID解決方案

　　一、建立動态磁盤

　　在安裝Windows 2003 Server時，硬碟将自動初始化為基本磁盤。我們不能在基本磁盤分區中建立新卷集、條帶集或者RAID－5組，而隻能在動态磁盤上建立類似的磁盤配置。也就是說，如果想建立RAID－0、RAID－1或RAID－5卷，就必須使用動态磁盤。在Windows 2003 Server安裝完成後，可使用更新向導将它們轉換為動态磁盤。

　　在将一個磁盤從基本磁盤轉換為動态磁盤後，磁盤上包含的将是卷，而不再是磁盤分區。其中的每個卷是硬碟驅動器上的一個邏輯部分，還可以為每個卷指定一個驅動器字母或者挂接點。但是要注意的是隻能在動态磁盤上建立卷。動态磁盤有以下幾個優于基本磁盤的特點：

　　卷可以擴充到包含非鄰接的空間，這些空間可以在任何可用的磁盤上。

　　對每個磁盤上可以建立的卷的數目沒有任何限制。

　　Windows 2003将動态磁盤配置資訊存儲在磁盤上，而不是存儲在系統資料庫中或者其他位置。同時，這些資訊不能被準确地更新。Windows 2003将這些磁盤配置資訊複制到所有其他動态磁盤中。是以，單個磁盤的損壞将不會影響到通路其他磁盤上的資料。

　　一個硬碟既可以是基本的磁盤，也可以是動态的磁盤，但不能二者兼是，因為在同一磁盤上不能組合多種存儲類型。但是，如果計算機有多個硬碟，就可以将各個硬碟分别配置為基本的或動态的。

　　1、從基本磁盤更新到動态磁盤：

　　①依次單擊“開始”－＞“所有程式”－＞"管理工具“－＞”計算機管理"選項，顯示“計算機管理”視窗。

　　②在左側控制台中依次展開“存儲”－＞“磁盤管理”選項，以顯示計算機中安裝的所有磁盤。

　　③右擊要設定為動态磁盤的硬碟，并在彈出的快捷菜單中選擇“更新到動态磁盤”選項，将顯示“更新到動态磁盤”對話框。

　　④選中要更新的磁盤，然後單擊“确定”：按鈕，将顯示“要更新的磁盤”對話框，在這裡要求使用者對要更新為動态磁盤的硬碟進行确認。這樣做的原因很簡單，因為這一更新操作是不可逆的。也就是說，基本磁盤可以更新為動态磁盤，但動态磁盤卻不能恢複為基本磁盤。

　　⑤單擊“更新”按鈕，将顯示“磁盤管理”提示框，系統再次要求使用者對磁盤更新予以确認。當将該磁盤更新為動态磁盤後，Windows98／Me等作業系統将不能再從該磁盤引導啟動。

　　⑥單擊“是”按鈕，将顯示"更新磁盤"警告框。在這裡提示要更新磁盤上的檔案系統将被強制卸下，并要求使用者對該操作進一步予以确認。

　　⑦單擊“是”按鈕，系統将開始磁盤的更新過程。當更新完成後，将顯示“确認”警告框，單擊“确定”按鈕将重新啟動計算機，以完成磁盤的更新過程。

　　在更新到動态磁盤時，應該注意以下幾個方面的問題：

　　必須以管理者或管理組成員的身份登入才能完成該過程。如果計算機與網絡連接配接，則網絡政策設定也可能阻止我們完成此步驟。

　　将基本磁盤更新到動态磁盤後，就再也不能将動态卷改回到基本分區。這時惟一的方法就是，必須删除磁盤上的所有動态卷，然後使用“還原為基本磁盤”指令。

　　在更新磁盤之前，應該關閉在那些磁盤上運作的程式。

　　為保證更新成功，任何要更新的磁盤都必須至少包含1MB的未配置設定空間。在磁盤上建立分區或卷時，"磁盤管理"工具将自動保留這個空間，但是帶有其他作業系統建立的分區或卷的磁盤上可能就沒有這個空間。

　　扇區大小超過512位元組的磁盤，不能從基本磁盤更新為動态磁盤。

　　一旦更新完成，動态磁盤就不能包含分區或邏輯驅動器，也不能被非Windows 2003的其他作業系統所通路。

　　2、将新磁盤設定為動态磁盤

　　①計算機安裝新硬碟後，當第一次通路“計算機管理”中的“磁盤管理”工具時，将自動運作“寫入簽名和更新磁盤向導”視窗。

　　②單擊“下一步”按鈕，将顯示“選擇要寫入簽名的磁盤”頁面，在該清單中選擇要寫入簽名的磁盤。需要注意的是，磁盤在安裝到系統前必須進行簽名。

　　③單擊“下一步”按鈕，将顯示“選擇要更新的磁”"頁面，選擇要更新為動态磁盤的磁盤。

　　④單擊“下一步”按鈕，将顯示“完成寫入簽名和更新磁盤向導”頁面，在這裡要求确認簽名并更新的磁盤。如果有任何不妥，可單擊“上一步”按鈕傳回并重新進行設定。

　　⑤單擊“完成”按鈕，動态磁盤更新過程完成。

　　二、實作軟RAID

　　軟RAID也必須在多磁盤系統中才能實作。實作RAID－1最少要擁有兩塊硬碟，而實作RAID－5則最少要擁有三塊硬碟。通常情況下，作業系統

　　所在磁盤采用RAID－1，而資料所在磁盤采用RAID－5。

　　1、卷的類型

　　①簡單磁碟區－－由單個實體磁盤上的磁盤空間組成，它可以由磁盤上的單個區域或連結在一起的相同磁盤上的多個區域組成。可以在同一磁盤中擴充簡單磁碟區或把簡單磁碟區擴充到其他磁盤。如果跨多個磁盤擴充簡單磁碟區，則該卷就是跨距磁碟區。

　　隻能在動态磁盤上建立簡單磁碟區。簡單磁碟區不能包含分區或邏輯驅動器，也不能由MS－DOS 或Windows 2003以外的其他Windows作業系統通路。如果網絡中的計算機還在運作Windows98或更早版本，那麼應該建立分區而不是動态卷。

　　如果想在建立簡單磁碟區後增加它的容量，則可通過磁盤上剩餘的未配置設定空間來擴充這個卷。要擴充一個簡單磁碟區，則該卷必須使用Windows 2003中所用的NTFS版本格式化。同時不能擴充基本磁盤上作為以前分區的簡單磁碟區。也可将簡單磁碟區擴充到同一計算機的其他磁盤的區域中。當将簡單磁碟區擴充到一個或多個其他磁盤時，它會變成為一個跨距磁碟區。在擴充跨距磁碟區之後，不删除整個跨距磁碟區便不能将它的任何部分删除。要注意的是跨距磁碟區不能是鏡像卷或等量磁碟區。

　　②條帶卷－－利用條帶卷，可以将兩個或者更多磁盤（最多為32塊硬碟）的空餘空間組成為一個卷。在向條帶卷中寫入資料時，資料被分割為64KB的塊，并均衡地分布在陣列中的所有磁盤上。一個陣列是兩個或者多個磁盤的集合。條帶卷可以有效地提高磁盤的讀取性能，但是它并不提供容錯功能，任何一塊硬碟的損壞都會導緻全部資料的丢失。條帶卷類似于RAID－0。

　　③跨越卷－－利用跨越卷，也可以将來自兩個或者更多磁盤（最多為 32塊硬碟）的空餘磁盤空間組成為一個卷。與條帶卷所不同的是，将資料寫入跨越卷時，首先填滿第一個磁盤上的空餘部分，然後再将資料寫入下一個磁盤，依次類推。雖然利用跨越卷可以快速增加卷的空量，但是跨越卷既不能提高對磁盤資料的讀取性能，也不提供任何容錯功能。當跨越卷中的某個磁盤出現故障時，存儲在該磁盤上的所有資料将全部丢失。

　　④鏡像卷－－利用鏡像卷即RAID－1卷，可以将使用者的相同資料同時複制到兩個實體磁盤中。如果其中的一個實體磁盤出現故障，雖然該磁盤上的資料将無法使用，但系統能夠繼續使用尚未損壞而仍繼續正常運轉的磁盤進行資料的讀寫操作，進而通過另一磁盤上保留完全備援的副本，保護磁盤上的資料免受媒體故障的影響。由此可見，鏡像卷的磁盤空間使用率隻有50％（即每組資料有兩個成員），是以鏡像卷的成本相對較高。要建立一個鏡像卷，必須使用另一磁盤上的可用空間。動态磁盤中現有的任何卷（甚至是系統卷和引導卷），都可以使用相同的或不同的控制器鏡像到其他磁盤上大小相同或更大的另一個卷。最好使用大小、型号和制造廠家都相同的磁盤作鏡像卷，以避免可能産生的相容性錯誤。

　　鏡像卷可以大大地增強讀性能，因為容錯驅動程式同時從兩個磁盤成員中同時讀取資料，是以讀取資料的速度會有所增加。當然，由于容錯驅動程式必須同時向兩個成員寫資料，是以它的寫性能會略有降低。鏡像卷可包含任何分區（包括啟動分區或系統分區），但是鏡像卷中的兩個硬碟都必須是Windows 2003動态磁盤。

　　⑤RAID－5卷－－在RAID－5卷中，Windows 2003通過給該卷的每個硬碟分區中添加奇偶校驗資訊帶區來實作容錯。如果某個硬碟出現故障，Windows 2003便可以用其餘硬碟上的資料和奇偶校驗資訊重建發生故障的硬碟上的資料。

　　由于要計算奇偶校驗資訊，是以RAID－5卷上的寫操作要比鏡像卷上的寫操作慢一些。但是，RAID－5卷比鏡像卷提供更好的讀性能。其中的原因很簡單，Windows 2003可以從多個磁盤上同時讀取資料。與鏡像卷相比RAID－5卷的成本效益較高，而且RAID－5卷中的硬碟數量越多，備援資料帶區的成本越低。