设备管理学习之磁盘管理（2）

磁盘高速缓存：在磁盘和cpu之间插入一个更快和更小的存储单元，作用是减小对磁盘的平均存取时间，称为磁盘高速缓存（disk cache）。主要是在内存中开辟一块区域为磁盘扇区缓冲区，这个缓冲区包含了磁盘一部分数据的副本，当I\O请求磁盘时，首先检查缓冲区中是否存在该扇区，如果有则直接对cache操作，否则被请求的扇区首先被写进cache中。

缓冲区的替换策略：最近最少使用算法，cache中没有被使用最长的扇区将被替换。

磁盘高速缓存数据的安全性：读数据没有问题，因为数据在磁盘中还有备份，而写数据则可能出现问题，数据未能及时写进磁盘，而cpu认为数据已经写入磁盘。因此，操作系统必须在合适的时间将数据从缓存中写入磁盘：1，立即写回，2，系统空闲时写回，3，按一定的时间频率写回。

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廉价磁盘冗余阵列RAID是1988年由美国加利福尼亚大学伯克莱分校提出的，现在已开始广泛地应用于大、中型计算机系统和计算机网络中。它是利用一台磁盘阵列控制器，来统一管理和控制一组(几台到几十台)磁盘驱动器，组成一个高度可靠的、快速的大容量磁盘系统。RAID的一个重要功能是容错功能。当一个RAID系统中的一块硬盘出现故障后，并不影响系统的正常使用，其他的硬盘会继续工作。

构成一个RAID系统一般要考虑两个方面的安排：数据在各个磁盘中的分布，数据的冗余和校验处理。根据RAID系统构成的这两个方面的细节不同，一般可以把RAID是分成6级的，即RAID 0级～RAID 5级。

1.RAID 0级

0级仅提供了并行交叉存取。在该系统中，有多台磁盘驱动器，系统将每一盘块中的数据分为若干个子盘块数据，再把每一个子盘块的数据分别存储到各个不同磁盘中，在以后，当要将一个盘块的数据传送到内存时，采取并行传输方式，将各个盘块中的子盘块数据同时向内存中传输，从而使传输时间大大减少。它虽能有效地提高磁盘I／O速度，但并无冗余校验功能，致使磁盘系统的可靠性不好。只要阵列中有一个磁盘损坏，便会造成不可弥补的数据丢失，故较少使用。

2.RAID 1级

1级具有磁盘镜像功能，其技术重点全部放在如何能够在不影响性能的情况下最大限度的保证系统的可靠性和可修复性上。例如，当磁盘阵列中具有8个盘时，可利用其中4个作为数据盘，另外4个作为镜像盘，在每次访问磁盘时，可利用并行读、写特性，将数据分块同时写入主盘和镜像盘。故其比传统的镜像盘速度快，但其磁盘容量的利用率只有50％，它是以牺牲磁盘容量为代价的。

3.RAID 2级

2级使用海明码而不是简单的磁盘镜像作为数据的容错手段，系统中所有组成硬盘的校验码都放在单独的几个磁盘中。海明码是一种可以纠正1 bit错的高效率线性分组码。其基本思想是将待传信息码元分成许多长度为k的组，其后附加r个监督码元(也称校验比特)，构成长为n=k+r比特的分组码。这样，要根据k和r的数值来配置系统磁盘。阵列中的所有磁盘驱动器都可以像RAID 0那样进行操作，所不同的是，在访问操作的同时，要计算数据块的校验码是否正确，如果存储的数据发生了错误，要根据校验码来纠正输出。

4. RAID 3级

3级是具有并行传输功能的磁盘阵列。RAID盘的数据块仍然按照条带的方式分布，在所有磁盘的最后附加一个校验盘。校验盘中存储所有数据盘中对应位置的数据位的奇／偶校验和。比起磁盘镜像，它减少了所需要的冗余磁盘数。例如，当阵列中只有7个盘时，可利用6个盘作数据盘，一个盘作校验盘。磁盘的利用率为6／7。RAID 3级的组织方式适合一次读大量的数据，因为它的条带颗粒度小，导致读写数据时每个磁盘都在运行，同时读操作不是非常“频繁”的高带宽应用程序，例如科学计算和图像处理。

5. RAID 4级

4级与3级非常相似，同样使用一个校验磁盘。所不同的是，每个磁盘的访问是独立的，也就是说校验磁盘上面存储的奇／偶校验码是按照每个数据块产生的。这样读取1个数据块时，只要读取相应的磁盘上的数据块和校验盘中相应的数据块就可以了。因此，在使用4级时，对于多个独立的小的I／O请求的处理能力要比3级强，但是大量的连续的数据读／写性能就不及3级了。

6.　RAID 5级

这是一种具有独立传送功能的磁盘阵列。每个驱动器都各有自己独立的数据通路，独立地进行读／写。用作纠错的校验码不是存放在专门的校验盘上，而是以螺旋方式散布在所有数据盘上，如图4－14所示，图中P(0-3)表示前4个数据盘相同数据块的校验码。5级常用于I／O较频繁的事务处理中。5级的读出效率很高，写入效率一般。因为奇／偶校验码在不同的磁盘上，所以可靠性提高了。但是它对数据传输的并行性解决不好，而且控制器的设计也相当困难。 5级最适合于读数据的需求大于写数据的需求的大型数据库操作。

但是当其颗粒度粗的时候，并非所有磁盘都在运行，这样就可以改善并行性的问题。



Windows 2000 Server在其软件中实现了容错配置方法，用磁盘管理器组织配置镜像卷和RAID卷，且可以在出现故障时恢复卷。镜像卷采用RAID 1技术，存储数据的完整、孤立副本；RAID卷采用RAID 5技术，存储奇偶校验信息。

RAID的优点: RAID最大的特点是高可靠性，当某硬盘故障时，可进行实时数据恢复而不中断存取，它增加系统不停机时间和网络可用性，防止数据丢失。由于磁盘阵列可采取并行交叉存取方式，磁盘I／O的速度提高。利用RAID技术可提高磁盘系统的性能／价格比高。