在Windows NT/2000下实现"软"RAID的方法 （三）

　　奇偶校验（Parity）技术
Parity是应用于RAID中的另一种冗余技术。这个名词通常用在侦测校验通讯错误方面，例如Modem、内存。 RAID中的Parity类似于内存中的技术。举个例子来说，比如你的一个数据单位有X位数字，那么你可以使用这X位数字产生一个奇偶校验位，并且把这个奇偶校验位作为这个数据单位的第X＋1个位，如果这X＋1位中的任何一个丢失，剩下的X位仍能修复这个数据。你可能听说过奇偶校验位（parity bit）这个名词，对于数据来讲，这是个额外的数据（但是从安全性上来讲不是多余的）。在RAID中，这个奇偶校验数据将会大的多。还不明白？

一般的这个额外的奇偶校验数据由异或逻辑运算(XOR)产生。如果你对异或逻辑运算不清楚。下表讲让你明白：

p q p XOR q
T T T
T F F
F T F
F F T

很简单“真”“真”异或的结果是真，“假”“假”异或的结果也是真，“真”“假”异或结果是“假”——也就是相同的元素异或结果是“真”，不同元素异或结果是“假”。你可以把这里的“真”“假”分别等同于二进制的0、1。异或运算的一个特性就是你把结果和一个初始值进行异或运算，就能得到另一个初始值。如上表，你可以把(p XOR q)同p或者q进行异或，相应的你会得到q或p。由此你也能看得出来异或运算不需要临时存储空间就能交换两个内存空间。 例如:
10101010 XOR 11111111 = 01010101
11111111 XOR 01010101 = 10101010
10101010 XOR 01010101 = 11111111

由任何两个值都能通过异或运算得到第三个值，这就是异或运算的特性。这个运算可以使用任意多个字节，所以你可以对整个硬盘的数据进行异或运算。现在你是不是可以想到你不必把数据存为两份，而只要一个硬盘就能保护你的数据了——这个想法基本正确，不过仍然还需要一个额外硬盘。

这就是奇偶校验技术相对于镜像技术的优势。但是在容错能力不如镜像技术。奇偶校验数据不必存储在单一的物理硬盘上，它可以分布在整个磁盘阵列上，这就是我们常常说的分布式奇偶校验。另外在镜像技术中能实现的Striping技术在奇偶校验中也能实现。主要的限制就是奇偶校验技术需要进行大量的运算，对于计算机有着相当高的要求。每一次读取、写入数据都要进行一次奇偶校验运算，这就必须具备硬件RAID控制器。运用软件RAID几乎是不现世的，因为如此大量的运算会让CPU没有空更重要的事情了。还有一个缺点就是恢复数据比镜像技术复杂。虽然硬件RAID控制器可以自动重建数据，不过比镜像技术要慢的多。

磁盘或数据分段(Disk Striping or Data Striping):

因为磁盘阵列是将同一阵列的多个磁盘视为单一的虚拟磁盘(virtual disk),所以其数 据是以分段(block or segment)的方式顺序存放在磁盘阵列中,数据按需要分段,从第一 个磁盘开始放,放到最後一个磁盘再回到第一个磁盘放起,直到数据分布完毕。至于分段 的大小视系统而定,有的系统或以1KB最有效率,或以4KB,或以6KB,甚至是4MB或8MB 的,但除非数据小于一个扇区(sector,即521bytes),否则其分段应是512byte的倍数。 因为磁盘的读写是以一个扇区为单位,若数据小于512bytes,系统读取该扇区后,还要 做组合或分组(视读或写而定)的动作,浪费时间。从上图我们可以看出,数据以分段于在 不同的磁盘,整个阵列的各个磁盘可同时作读写,故数据分段使数据的存取有最好的效 率,理论上本来读一个包含四个分段的数据所需要的时间约=(磁盘的access time+数据 的tranfer time)X4次,现在只要一次就可以完成。

若以N表示磁盘的数目,R表示读取,W表示写入,S表示可使用空间,则数据分段的性能 为: R:N(可同时读取所有磁盘) W:N(可同时写入所有磁盘) S:N(可利用所有的磁盘,并有最佳的使用率)Disk striping也称为RAID 0,很多人以为RAID 0没有甚么,其实这是非常错误的观念, 因为RAID 0使磁盘的输出入有最高的效率。而磁盘阵列有更好效率的原因除数据分段 外,它可以同时执行多个输出入的要求,因为阵列中的每一个磁盘都能独立动作,分段放 在不同的磁盘,不同的磁盘可同时作读写,而且能在快取内存及磁盘作并行存取 (parallel access)的动作,但只有硬件的磁盘阵列才有此性能表现。
从上面两点我们可以看出,disk spanning定义了RAID的基本形式,提供了一个便宜、 灵活、高性能的系统结构,而disk striping解决了数据的存取效率和磁盘的利用率问 题,RAID 1至RAID 5是在此基础上提供磁盘安全的方案。

RAID 1

RAID 1是使用磁盘镜像(disk mirroring)的技术。磁盘镜像应用在RAID 1之前就在很 多系统中使用,它的方式是在工作磁盘(working disk)之外再加一额外的备份磁盘 (backup disk),两个磁盘所储存的数据完全一样,数据写入工作磁盘的同时亦写入备份 磁盘。磁盘镜像不见得就是RAID 1,如Novell Netware亦有提供磁盘镜像的功能,但并 不表示Netware有了RAID 1的功能。一般磁盘镜像和RAID 1有二点最大的不同:

RAID 1无工作磁盘和备份磁盘之分,多个磁盘可同时动作而有重叠(overlaping)读取的 功能,甚至不同的镜像磁盘可同时作写入的动作,这是一种最佳化的方式,称为负载平衡 (load-balance)。例如有多个用户在同一时间要读取数据,系统能同时驱动互相镜像的 磁盘,同时读取数据,以减轻系统的负载,增加I/O的性能。

RAID 1的磁盘是以磁盘延伸的方式形成阵列,而数据是以数据分段的方式作储存,因而 在读取时,它几乎和RAID 0有同样的性能。从RAID的结构就可以很清楚的看出RAID 1 和一般磁盘镜像的不同。