網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的速度與安全網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的速度與安全

1、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的速度與安全網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的速度與安全 淺談RAID的應(yīng)用 摘要：本文以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的RAID技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)當(dāng)前校園網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，分析了在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的時(shí)代，如何以合適的價(jià)格，獲得盡可能高的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存取速度，并保障網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。 關(guān)鍵詞：RAID，速度，安全。 RAID技術(shù)簡(jiǎn)釋 一、RAID RAID：即Redundant Array of Independent Disks，冗余磁盤陣列技術(shù)。 二、RAID模式 RAID 0：又稱Striping陣列，做RAID 0需要兩上或兩個(gè)以上的、容量相同的硬盤，N個(gè)硬盤做成RAID0后的硬盤容量為單個(gè)硬盤的N倍。在做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)將數(shù)據(jù)分割存儲(chǔ)到

2、多塊硬盤上，磁盤讀寫時(shí)負(fù)載平均分配到多塊硬盤，由于多塊硬盤均可同時(shí)讀寫，所以速度顯著提升。也正是由于數(shù)據(jù)被分割存儲(chǔ)到多塊硬盤，所以數(shù)據(jù)的完整性依賴于多塊硬盤數(shù)據(jù)均完好無損，一旦其中一塊硬盤的數(shù)據(jù)損壞或磁盤故障，那么所有的數(shù)據(jù)都將丟失。所以RAID0數(shù)據(jù)存取性能好、速度快，但可靠性差，RAID 0通常用于對(duì)磁盤性能要求高但對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求不高的場(chǎng)合。 RAID 1：又稱Mirror陣列，做RAID 1需要兩個(gè)容量相同的硬盤，兩個(gè)硬盤做成RAID1后的硬盤容量為單個(gè)硬盤容量。在做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)將同樣的數(shù)據(jù)寫入兩塊硬盤，兩塊硬盤互為鏡像盤，當(dāng)一塊硬盤中的數(shù)據(jù)受損或磁盤故障時(shí)，另一塊硬盤可繼續(xù)工作，并可在

3、需要時(shí)重建RAID1陣列。但RAID 1不能提升磁盤性能，RAID 1適合對(duì)數(shù)據(jù)可靠性要求嚴(yán)格的場(chǎng)合。RAID 2：帶海明碼校驗(yàn)磁盤陣列，RAID2是為大型機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)開發(fā)的。磁盤驅(qū)動(dòng)器組中的第一個(gè)、第二個(gè)、第四個(gè).第2的n次冪個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器是專門的校驗(yàn)盤，用于校驗(yàn)和糾錯(cuò)，例如七個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器的RAID2，第一、二、四個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器是糾錯(cuò)盤，其余的用于存放數(shù)據(jù)。使用的磁盤驅(qū)動(dòng)器越多，校驗(yàn)盤在其中占的百分比越少。RAID2對(duì)大數(shù)據(jù)量的輸入輸出有很高的性能，但少量數(shù)據(jù)的輸入輸出時(shí)性能不好。由于海明碼的特點(diǎn)，它可以在數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤的情況下將錯(cuò)誤校正，以保證輸出的正確。它的數(shù)據(jù)傳送速率相當(dāng)高，如果希望達(dá)到比

4、較理想的速度，那最好提高保存校驗(yàn)碼的硬盤性能，對(duì)于控制器的設(shè)計(jì)來說，它又比RAID3、4、5要簡(jiǎn)單。但是利用海明碼校驗(yàn)必須要付出數(shù)據(jù)冗余的代價(jià)。RAID 3：做RAID 3至少需要三塊硬盤，N個(gè)硬盤做成RAID 3后的硬盤容量為單個(gè)硬盤的N-1倍。RAID 3是將數(shù)據(jù)先做XOR 運(yùn)算，產(chǎn)生Parity Data后，再將數(shù)據(jù)和Parity Data以并行存取模式寫入成員磁盤驅(qū)動(dòng)器中，進(jìn)一步來說，RAID3每一筆數(shù)據(jù)傳輸，都更新整個(gè)Stripe即每一個(gè)成員磁盤驅(qū)動(dòng)器相對(duì)位置的數(shù)據(jù)都一起更新，因此不會(huì)發(fā)生需要把部分磁盤驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)有的數(shù)據(jù)讀出來，與新數(shù)據(jù)作XOR運(yùn)算，再寫入的情況發(fā)生。因此，在所有RAI

5、D級(jí)別中，RAID3的寫入性能是最好的。RAID 4：帶奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)，做RAID 4至少需要三塊硬盤，RAID 4和RAID 3很相似，不同的是RAID4對(duì)數(shù)據(jù)的訪問是按數(shù)據(jù)塊進(jìn)行的，也就是按磁盤進(jìn)行的，每次是一個(gè)盤。RAID 3是一次一橫條，而RAID 4一次一豎條。所以RAID3常須訪問陣列中所有的硬盤驅(qū)動(dòng)器，而RAID4只須訪問有用的硬盤驅(qū)動(dòng)器。這樣讀數(shù)據(jù)的速度大大提高了，但在寫數(shù)據(jù)方面，需將從數(shù)據(jù)硬盤驅(qū)動(dòng)器和校驗(yàn)硬盤驅(qū)動(dòng)器中恢復(fù)出的舊數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)通過異或運(yùn)算，然后再將更新后的數(shù)據(jù)和檢驗(yàn)位寫入硬盤驅(qū)動(dòng)器，所以處理時(shí)間較RAID3長。RAID 5：類似于RAID 0，做RAID

6、 5至少需要三塊硬盤，N個(gè)硬盤(N2)做成RAID5后的硬盤容量為單個(gè)硬盤的N-1倍，在做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)將數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)按bit拆分到硬盤，在數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)可以按奇偶校驗(yàn)碼重建數(shù)據(jù)，容錯(cuò)能力強(qiáng)于RAID0，但它需要一塊硬盤來容納額外的奇偶校驗(yàn)信息。RAID 5的Parity Data分散寫入到各個(gè)成員磁盤驅(qū)動(dòng)器，脫離如RAID 4單一專屬Parity Disk的寫入瓶頸。但是，RAID 5在做數(shù)據(jù)寫入時(shí)，仍然稍微受到讀、改、寫過程的拖累。RAID6：帶有兩種分布存儲(chǔ)的奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)，幾乎沒有進(jìn)行商用。它使用一種分配在不同的驅(qū)動(dòng)器上的第二種奇偶方案，擴(kuò)展了RAID5。它能承受多個(gè)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)出現(xiàn)

7、故障，但是，性能尤其是寫操作卻很差，而且，系統(tǒng)需要一個(gè)極為復(fù)雜的控制器。當(dāng)然由于引入了第二種奇偶校驗(yàn)值，所以需要N+2個(gè)磁盤，同時(shí)對(duì)控制器的設(shè)計(jì)變得十分復(fù)雜，用于計(jì)算奇偶校驗(yàn)值和驗(yàn)證數(shù)據(jù)正確性所花費(fèi)的時(shí)間比較多，造成了不必須的負(fù)載。 RAID 7：磁盤陣列新標(biāo)準(zhǔn)RAID 7。其實(shí)，RAID 7不僅僅是一種技術(shù)，還是一種存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)（Storage Computer）。因?yàn)樗cRAID0、1、5標(biāo)準(zhǔn)有明顯區(qū)別，RAID 7自身帶有智能化實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和用于存儲(chǔ)管理的軟件工具，可完全獨(dú)立于主機(jī)運(yùn)行，不占用主機(jī)CPU資源。RAID7不僅具有更高的性能和卓越的存儲(chǔ)管理能力，而且集普通RAID標(biāo)準(zhǔn)的所有優(yōu)點(diǎn)

8、于一身，因而RAID 7系統(tǒng)整體性能極佳。RAID7存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（Storage Computer Operating System）是一套實(shí)時(shí)事件驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)，主要用來進(jìn)行系統(tǒng)初始化和安排RAID7磁盤陣列的所有數(shù)據(jù)傳輸，并把它們轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的物理存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器上。通過自身系統(tǒng)中陣列電腦板來設(shè)定和控制讀寫速度，存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)可使主機(jī)I/O傳遞性能達(dá)到最佳。如果一個(gè)磁盤出現(xiàn)故障，還可自動(dòng)執(zhí)行恢復(fù)操作，并可管理備份磁盤的重建過程。RAID 10：即RAID 0+1，它綜合了RAID 0和RAID 1的優(yōu)點(diǎn)，適合用在速度需求高、又要完全容錯(cuò)的應(yīng)用。做RAID10至少需要4塊硬盤，并且是偶數(shù)個(gè)，

9、N個(gè)硬盤做成RAID 10后的容量為單個(gè)硬盤的N/2倍。RAID 0和RAID1的原理很簡(jiǎn)單，合起來之后還是很簡(jiǎn)單，但RAID 0+1到底應(yīng)該是RAID 0 over RAID 1，RAID產(chǎn)品的類型 長期以來，提到陣列產(chǎn)品，人們自然想到SCSI硬盤和SCSI接口，很長一段時(shí)期內(nèi)確實(shí)如此，然而隨著IDE硬盤的興起，以其廉價(jià)、易用、日益可靠的性能，在陣列市場(chǎng)也占據(jù)了一席之地。簡(jiǎn)單的陣列產(chǎn)品以插入到計(jì)算機(jī)插槽的一張RAID卡來實(shí)現(xiàn)，更簡(jiǎn)單的甚至將RAID卡集成到計(jì)算機(jī)主板上，高檔應(yīng)用是陣列柜，特別是FC(光接口)硬盤的出現(xiàn)，使陣列柜的形式更加豐富多采。普通的陳列采用RAID卡方法實(shí)現(xiàn)，一般最多能實(shí)

10、現(xiàn)RAID 0、1、5功能，按接口類型可以分為IDE RAID卡和SCSI RAID卡，主要應(yīng)用在圖形工作和PC服務(wù)器上，由于價(jià)格相對(duì)低廉，應(yīng)用在普通中小學(xué)的校園網(wǎng)絡(luò)作網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備，也是一種較好的選擇。專業(yè)的陳列產(chǎn)品即是陣列柜，陣列柜自帶有CPU和大容量的CACHE，主要應(yīng)用在大型的網(wǎng)絡(luò)中心，性能遠(yuǎn)高于普通的陳列產(chǎn)品，下面介紹幾種接口的陣列柜： IDE-IDE RAID 第一個(gè)IDE表示硬盤接口，第二個(gè)表示磁盤陣列柜的接口，以下類同(各公司表達(dá)不一致)。RAID陣列柜用IDE硬盤，與主機(jī)或服務(wù)器的連接用IDE連線。這種產(chǎn)品簡(jiǎn)單有效。IDE硬盤使用方便，價(jià)位低廉，質(zhì)量和性能進(jìn)步神速，IDE硬盤構(gòu)

11、成的陣列順應(yīng)了時(shí)代的需求。 IDE-SCSI RAID 為小型工作站特別設(shè)計(jì)，是高可靠高性能，低價(jià)格RAID系統(tǒng)解決方案。采用IDE硬盤，可以掛接6只硬盤，一般支持RAID0、1、10、5等。由于具備低廉的價(jià)格和較高的可靠性，其市場(chǎng)前景看好。 RAID的實(shí)現(xiàn)方式 RAID功能在一般的實(shí)際應(yīng)用中，是以RAID卡（硬件）的方式實(shí)現(xiàn)的，按接口可分為：SCSI RAID卡、IDE RAID卡，在部份操作系統(tǒng)中，也可以使用操作系統(tǒng)的軟件功能來實(shí)現(xiàn)RAID功能，所以RAID系統(tǒng)又可以分為硬件RAID和軟件RAID兩大類。 1、硬件RAID系統(tǒng) SCSI RAID卡用于連接SCSI硬盤，SCSI RAID卡

12、的性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，一般的SCSI RAID卡就具有RAID 0、1、10、5功能，但SCSI RAID卡價(jià)格昂貴，一般的SCSI RAID卡都要近萬元。IDE RAID卡用于連接IDE硬盤做成RAID系統(tǒng)，一般的IDE RAID卡只具有RAID 0、1功能，功能強(qiáng)的具有RAID 10功能，IDE RAID卡是在近年才推出的，IDE RAID卡價(jià)格低廉，一般只要幾百元，市面上的許多計(jì)算機(jī)主板上就已經(jīng)集成了IDERAID卡，加上IDE硬盤低廉的價(jià)格，部份服務(wù)器廠商也開始提供廉價(jià)的具有IDE RAID功能的服務(wù)器。順便提一下，有部份廉價(jià)的IDE RAID卡，其實(shí)是軟件RAID。 通過本人的應(yīng)用比

13、較，IDE RAID系統(tǒng)性能相對(duì)較差，兩個(gè)IDE硬盤組成的RAID 0系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存取速度比單個(gè)硬盤大約提升30%，而且穩(wěn)定性也明顯不如SCSI RAID系統(tǒng)。而兩個(gè)SCSI硬盤組成的RAID 0系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存取速度比單個(gè)硬盤大約提升85%，而且性能穩(wěn)定。但相同容量的RAID系統(tǒng)，SCSI RAID系統(tǒng)的價(jià)格是IDE RAID系統(tǒng)的10倍，這自然只是低檔RAID系統(tǒng)的比較，高檔的RAID系統(tǒng)是不會(huì)使用IDE RAID的。 2、軟件RAID系統(tǒng) 在部分操作系統(tǒng)支持下，也可以使用操作系統(tǒng)本身的軟件功能來實(shí)現(xiàn)RAID功能，下面以Windows 2000系統(tǒng)來作簡(jiǎn)單的介紹。Windows 2000能不依賴

14、于RAID卡，提供類似于RAID 0、RAID 1和RAID 5的陣列支持，分別被稱為“帶區(qū)卷”、“鏡像卷”和“RAID5卷”，Windows 2000 Server版能提供上述三種陣列的支持，而Windows 2000 Professional僅支持類似RAID 0的帶區(qū)卷。Windows 2000能不依賴于RAID卡，提供類似于RAID 0、RAID 1和RAID5的陣列支持，分別被稱為“帶區(qū)卷”、“鏡像卷”和“RAID5卷”，Windows 2000 Server版能提供上述三種陣列的支持，Windows 2000Professional僅支持類似RAID 0的帶區(qū)卷。 一、創(chuàng)建Wind

15、ows 2000軟件RAID的條件 要?jiǎng)?chuàng)建Windows 2000軟件RAID，需要有兩塊以上的物理硬盤并安裝Windows2000操作系統(tǒng)。 二、動(dòng)態(tài)磁盤上的五種卷 1、簡(jiǎn)單卷：構(gòu)成單個(gè)物理磁盤空間的卷。它可以由磁盤上的單個(gè)區(qū)域或同一磁盤上連接在一起的多個(gè)區(qū)域組成，可以在同一磁盤內(nèi)擴(kuò)展簡(jiǎn)單卷。 2、跨區(qū)卷：簡(jiǎn)單卷也可以擴(kuò)展到其它的物理磁盤，這樣由多個(gè)物理磁盤的空間組成的卷就稱為跨區(qū)卷。簡(jiǎn)單卷和跨區(qū)卷都不屬于RAID范疇。 3、帶區(qū)卷：以帶區(qū)形式在兩個(gè)或多個(gè)物理磁盤上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的卷。帶區(qū)卷上的數(shù)據(jù)被交替、平均（以帶區(qū)形式）地分配給這些磁盤，帶區(qū)卷是所有Windows2000可用的卷中性能最佳的，

16、但它不提供容錯(cuò)。如果帶區(qū)卷上的任何一個(gè)磁盤數(shù)據(jù)損壞或磁盤故障，則整個(gè)卷上的數(shù)據(jù)都將丟失。帶區(qū)卷可以看作硬件RAID中的RAID0。 4、鏡像卷：在兩個(gè)物理磁盤上復(fù)制數(shù)據(jù)的容錯(cuò)卷。它通過使用卷的副本（鏡像）復(fù)制該卷中的信息來提供數(shù)據(jù)冗余，鏡像總位于另一個(gè)磁盤上。如果其中一個(gè)物理磁盤出現(xiàn)故障，則該故障磁盤上的數(shù)據(jù)將不可用，但是系統(tǒng)可以使用未受影響的磁盤繼續(xù)操作。鏡像卷可以看作硬件RAID中的RAID1。 5、RAID5卷：具有數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)的容錯(cuò)卷，有時(shí)分布于三個(gè)或更多的物理磁盤，奇偶校驗(yàn)用于在陣列失效后重建數(shù)據(jù)。如果物理磁盤的某一部分失敗，您可以用余下的數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)信息重新創(chuàng)建磁盤上失敗的那一

17、部分上的數(shù)據(jù)。類似硬件RAID中的RAID 5，在硬件IDE RAID中，RAID 5是很少見的，通常在SCSI RAID卡和高檔IDE RAID卡中才能提供。 RAID技術(shù)在校園網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 在校園網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)的類型比較復(fù)雜，數(shù)據(jù)庫、音視頻文件、網(wǎng)頁文件、教師自己的文件等。文件數(shù)量眾多，大小不一，所以在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的配置的時(shí)，需要進(jìn)行全面的考慮，教師自己的文件需要有較高的安全性，不能造成文件損失，對(duì)于數(shù)據(jù)庫文件，需要考慮大文件的多用戶訪問特性，而音視頻文件需要數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)的高速傳輸、不能有延遲，對(duì)于網(wǎng)頁文件又需要考慮大量的小文件在多用戶訪問下的高速讀取性能。 一、主域控制器 對(duì)于主域控制器

18、，是整個(gè)校園網(wǎng)絡(luò)的核心，其性能將影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在設(shè)計(jì)主域控制器時(shí)，要從多方面進(jìn)行綜合考慮，因?yàn)榧泄芾碇麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)千個(gè)用戶帳號(hào)，還有數(shù)百臺(tái)計(jì)算機(jī)的帳號(hào)，要求其性能要穩(wěn)定，數(shù)據(jù)需要高度的安全，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存取速度要快。本人在實(shí)踐中，采用了一臺(tái)雙CPU的服務(wù)器，1G的內(nèi)存，并配置了4塊高速SCSI硬盤，做成RAID10磁盤，有效的提高了服務(wù)器的處理能力和數(shù)據(jù)的存取速度，同時(shí)保障了網(wǎng)絡(luò)上關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全性，結(jié)合1G的網(wǎng)絡(luò)接口速度，可以保證大量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐量。 二、代理服務(wù)器 代理服務(wù)器的性能，主要考慮的是服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理能力，以滿足眾多用戶的Internet代理服務(wù)，數(shù)據(jù)的安全性可放在第二位。為了滿足高速數(shù)據(jù)處理服務(wù)和大量的小文件存取服務(wù)，代理服務(wù)器設(shè)計(jì)為雙CPU服務(wù)器，1G的內(nèi)存，并配置了2塊15K轉(zhuǎn)的高速SCSI硬盤，做成RAID0磁盤，并設(shè)計(jì)了10G的Internet高速緩存。 三、資源服務(wù)器 資源服務(wù)器中的文件類型最復(fù)雜，各種類型的數(shù)據(jù)都有：數(shù)據(jù)庫服務(wù)、海量的網(wǎng)頁文件、大量的音視頻文件等等