某单位计划购置容量需求为60TB的存储设备，配置一个RAID组，采用RAID5冗余，并配置一块..

2020年下半年上午试卷综合知识

第 67 题


知识点	廉价磁盘冗余阵列 RAID 磁盘
关键词	RAID 磁盘存储设备热备盘容量需求
章/节	系统管理存储域网络

某单位计划购置容量需求为60TB的存储设备，配置一个RAID组，采用RAID5冗余，并配置一块全局热备盘，至少需要（）块单块容量为4TB的磁盘。

A. 15

B. 16

C. 17

D. 18

相关试题存储域网络

第63题

2017年下半年

假如有3块容量是300G的硬盘做RAID5阵列，则这个RAID5的容量是（）。

第50题

2021年下半年

某数据中心做存储系统设计，从性价比角度考量，最合适的几余方式是（49），当该RAID配备N块磁盘时，实际可用数为（50）块。

第48题

2021年上半年

（）存储方式常使用NFS协议为Linux操作系统提供文件共享服务。

知识点讲解

· 廉价磁盘冗余阵列

· RAID

· 磁盘

廉价磁盘冗余阵列

廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disk, RAID）是利用一台磁盘阵列控制器管理一组磁盘驱动器，组成一个可靠的、快速的大容量磁盘系统。RAID规范包括RAID 0~RAID 7等多个等级，目前投入到商业应用的有以下几种。

1）RAID 0

RAID 0需要两个以上的磁盘驱动器，每个磁盘划分为不同的区块，数据按区块A1、A2、A3…的顺序存储，数据访问采用交叉存取、并行传输的方式。这种系统具有最高的磁盘空间利用率，易管理，但系统的故障率高，属于非冗余系统。

2）RAID 1

由磁盘对组成，每一个工作盘都有其对应的镜像盘，上面保存着与工作盘完全相同的数据副本，具有最高的安全性，但磁盘空间利用率只有50%。

3）RAID 2

采用了海明码纠错技术，用户需增加校验盘来提供单纠错和双纠错功能。对数据的访问涉及阵列中的每一个盘。大量数据传输时I/O性能较高，但不利于小批量数据传输，实际应用中很少使用。

4）RAID 3

把奇偶校验码存入一个独立的校验盘上。如果一个盘失效，其上的数据可以通过对其他盘上的数据进行异或运算得到。读数据很快，但因为写入数据时要计算校验位，速度较慢。RAID3主要用于图形图像处理等要求吞吐率比较高的场合，对于大量的连续数据可提供良好的传输速率，但对于随机数据，奇偶校验盘会成为写操作的瓶颈。

5）RAID 5

各块独立硬盘进行条带化分割，相同的条带区进行奇偶校验（异或运算），校验数据平均分布在每块硬盘上。以n块硬盘构建的RAID 5阵列可以有n-1块硬盘的容量，磁盘空间利用率为（n-1）/n。它是目前使用比较多的一种阵列。

6）RAID 0+1

RAID 0+1是RAID 0和RAID 1的组合形式，也称为RAID 10。RAID 0+1是存储性能和数据安全兼顾的方案。它提供与RAID 1同样的数据安全保障的同时，也提供了与RAID 0近似的访问速率。

7）JBOD模式

JBOD（Just a Bunch Of Drives）是在逻辑上将几个物理磁盘连接起来，组成一个大的逻辑磁盘。JB0D不提供容错，其容量等于所有磁盘容量的总和。严格意义上说，JBOD不属于RAID的范围。

RAID

RAID技术旨在缩小日益扩大的CPU速度和磁盘存储器速度之间的差距。其策略是用多个较小的磁盘驱动器替换单一的大容量磁盘驱动器，同时合理地在多个磁盘上分布存放数据以支持同时从多个磁盘进行读写，从而改善了系统的I/O性能。小容量驱动器阵列与大容量驱动器相比，具有成本低、功耗小、性能好等优势。低代价的编码容错方案在保持阵列的速度与容量优势的同时保证了极高的可靠性，同时也较容易扩展容量。但是由于允许多个磁头同时进行操作以提高I/O数据传输速度，因此不可避免地提高了出错的概率。

为了补偿可靠性方面的损失，RAID使用存储的校验信息（Stored Parity Information）来从错误中恢复数据。最初，Inexpensive一词主要针对当时另一种技术（Single Large Expensive Disk，SLED）而言，但随着技术的发展，SLED已经过时，RAID和non-RAID皆采用了类似的磁盘技术。因此，RAID现在代表独立磁盘冗余阵列，用Independent来强调RAID技术所带来的性能改善和更高的可靠性。

RAID机制中共分8个级别，工业界公认的标准分别为RAID0～RAID7。RAID应用的主要技术有分块技术、交叉技术和重聚技术。

（1）RAID0级（无冗余和无校验的数据分块）：具有最高的I/O性能和最高的磁盘空间利用率，易管理，但系统的故障率高，属于非冗余系统，主要应用于那些关注性能、容量和价格而不是可靠性的应用程序。

（2）RAID1级（磁盘镜像阵列）：由磁盘对组成，每一个工作盘都有其对应的镜像盘，上面保存着与工作盘完全相同的数据拷贝，具有最高的安全性，但磁盘空间利用率只有50%。RAID1主要用于存放系统软件、数据及其他重要文件。它提供了数据的实时备份，一旦发生故障，所有的关键数据即刻就可使用。

（3）RAID2级（采用纠错海明码的磁盘阵列）：采用了海明码纠错技术，用户需增加校验盘来提供单纠错和双验错功能。对数据的访问涉及阵列中的每一个盘。大量数据传输时I/O性能较高，但不利于小批量数据传输。实际应用中很少使用。

（4）RAID3和RAID4级（采用奇偶校验码的磁盘阵列）：把奇偶校验码存放在一个独立的校验盘上，如果有一个盘失效，其上的数据可以通过对其他盘上的数据进行异或运算得到。读数据很快，但因为写入数据时要计算校验位，速度较慢。

（5）RAID5级（无独立校验盘的奇偶校验码磁盘阵列）：与RAID4类似，但没有独立的校验盘，校验信息分布在组内所有盘上，对于大、小批量数据读写性能都很好。RAID4和RAID5使用了独立存取（Independent Access）技术，阵列中每一个磁盘都相互独立地操作，所以I/O请求可以并行处理。该技术非常适合于I/O请求率高的应用而不太适应于要求高数据传输率的应用。与其他方案类似，RAID4、RAID5也应用了数据分块技术，但块的尺寸相对大一点。

（6）RAID6级：这是一个强化的RAID产品结构。阵列中设置一个专用校验盘，它具有独立的数据存取和控制路径，可经由独立的异步校验总线、高速缓存总线或扩展总线来完成快速存取的传输操作。值得注意的是，RAID6在校验盘上使用异步技术读写，这种异步仅限于校验盘，而阵列中的数据盘和面向主机的I/O传输仍与以前的RAID结构雷同，即采用的是同步操作技术。仅此校验异步存取，加上Cache存取传输，RAID6的性能就比RAID5要好。

（7）RAID7级：RAID7等级是至今为止理论上性能最高的RAID模式，因为它从组建方式上就已经和以往的方式有了重大的不同。以往一个硬盘是一个组成阵列的“柱子”，而在RAID 7中，多个硬盘组成一个“柱子”，它们都有各自的通道。这样做的好处就是在读写某一区域的数据时，可以迅速定位，而不会因为以往因单个硬盘的限制同一时间只能访问该数据区的一部分，在RAID7中，以前的单个硬盘相当于分割成多个独立的硬盘，有自己的读写通道，效率也就不言自明了。然而，RAID7的设计与相应的组成规模注定了它是一揽子承包计划。

总体上说，RAID7是一个整体的系统，有自己的操作系统，有自己的处理器，有自己的总线，而不是通过简单的插卡就可以实现的。RAID7所有的I/O传输都是异步的，因为它有自己独立的控制器和带有Cache的接口，与系统时钟并不同步。所有的读写操作都将通过一个带有中心Cache的高速系统总线进行传输，称为X-Bus。专用的校验硬盘可以用于任何通道。带有完整功能的即时操作系统内嵌于阵列控制微处理器，这是RAID7的心脏，负责各通道的通信及Cache的管理，这也是它与其他等级最大不同点之一。归纳起来，RAID7的主要特点如下。

.连通性：可增至12个主机接口。

.扩展性：线性容量可增至48个硬盘。

.开放式系统：运用标准的SCSI硬盘、标准的PC总线、主板及SIMM内存，集成Cache的数据总线（就是上文提到的X-Bus），在Cache内部完成校验生成工作，多重的附加驱动可以随时热机待命，提高冗余率和灵活性。

.易管理性：SNMP可以让管理员远程监视并实现系统控制。

按照RAID7设计者的说法，这种阵列将比其他RAID等级提高150%～600%写入时的I/O性能，但这引起了不小的争议。

磁盘

在磁表面存储器中，磁盘的存取速度最快，且具有较大的存储容量，是目前广泛使用的外存储器。磁盘存储器由盘片、驱动器、控制器和接口组成。盘片的两面用来存储信息。驱动器用于驱动磁头（读／写头）沿盘面作径向运动以寻找目标磁道位置，驱动盘片以额定速率稳定旋转，通常是5400～15000r/min（Revolution Per Minute，RPM），并且控制数据的写入和读出。控制器接收主机发来的命令，将它转换成磁盘驱动器的控制命令，并实现主机和驱动器之间数据格式的转换及数据传送，以控制驱动器的读／写操作。一个控制器可以控制一台或多台驱动器。接口是主机和磁盘存储器之间的连接逻辑。

磁盘存储器也称为硬盘存储器。硬盘存储器具有存储容量大，使用寿命长，存取速度较快的特点。硬盘存储器的硬件包括硬盘控制器（适配器）、硬盘驱动器以及连接电缆。硬盘控制器（Hard Disk Controller，HDC）对硬盘进行管理，并在主机和硬盘之间传送数据。硬盘控制器以适配卡的形式插在主板上或直接集成在主板上，然后通过电缆与硬盘驱动器相连。硬盘驱动器（Hard Disk Drive，HDD）中有盘片、磁头、主轴电机（盘片旋转驱动机构）、磁头定位机构、读／写电路和控制逻辑等。

为了提高单台驱动器的存储容量，在硬盘驱动器内使用了多个盘片，它们被叠装在主轴上，构成一个盘组；每个盘片的两面都可用作记录面，所以一个硬盘的存储容量又称为盘组容量。

硬盘的接口方式可以说是硬盘另一个非常重要的技术指标，这点从SCSI硬盘和IDE硬盘的巨大差价就能体现出来，接口方式直接决定硬盘的性能。现在最常见的接口有IDE（ATA）和SCSI两种，此外还有一些移动硬盘采用了PCMCIA或USB接口。

.IDE（Integrated Drive Electronics）：IDE接口最初由CDC、康柏和西部数据公司联合开发，由美国国家标准协会（ATA）制定标准，所以又称ATA接口。普通用户家里的硬盘几乎全是IDE接口的。IDE接口的硬盘可细分为ATA-1（IDE）、ATA-2（EIDE）、ATA-3（Fast ATA-2）、ATA-4（包括UItraATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66）与Serial ATA（包括Ultra ATA/100及其他后续的接口类型）。基本IDE接口数据传输率为4.1Mb/s，传输方式有PIO和DMA两种，支持总线为ISA和EISA。后来为提高数据传输率、增加接口上能连接的设备数量、突破528MB限制及连接光驱的需要，又陆续开发了ATA-2、ATAPI和针对PCI总线的FAST-ATA、FAST-ATA2等标准，数据传输率达到了16.67MB/s。

.小型计算机系统接口（Small Computer System Interface，SCSI）：SCSI并不是专为硬盘设计的，实际上它是一种总线型接口。由于独立于系统总线工作，所以它的最大优势在于其系统占用率极低，但由于其昂贵的价格，这种接口的硬盘大多用于服务器等高端应用场合。

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