RAID技術(shù)在數(shù)字圖書(shū)館中的應(yīng)用

陰江烽

（廣東省委黨校圖書(shū)館，廣東 廣州 510053）

1 RAID的特點(diǎn)

RAID誕生于1987年,其定義要追溯到1988年發(fā)表的A Case forRedundant Array of Inexpensive Disks(RAID)中,是由三位加州大學(xué)伯克利分校的研究人員提出的這種陣列的發(fā)展方向。它的作用是將小的廉價(jià)磁盤(pán)組合起來(lái)建立一個(gè)大型、快速和安全穩(wěn)定的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存媒介，代替大的昂貴磁盤(pán)，以此降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的費(fèi)用。它在物理上由多個(gè)磁盤(pán)組成，但在邏輯上就只有一個(gè)邏輯盤(pán)，通過(guò)把數(shù)據(jù)分成多個(gè)數(shù)據(jù)塊(Block)在多個(gè)磁盤(pán)上并行寫(xiě)入/讀出，以提高訪問(wèn)磁盤(pán)的速度。早期RAID一般是在SCSI磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上實(shí)現(xiàn)的，SCSI適配器保證每個(gè)SCSI通道隨時(shí)都是暢通的，在同一時(shí)刻每個(gè)SCSI磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器都能自由地向主機(jī)傳遞數(shù)據(jù)，不會(huì)出現(xiàn)像IDE磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器爭(zhēng)用設(shè)備通道的現(xiàn)象。

RAID是一個(gè)服務(wù)器大容量硬盤(pán)，其可用性強(qiáng)，延展性好，作業(yè)效率高，在大型主機(jī)上經(jīng)?？梢?jiàn)，尤其在信息存取量大的主機(jī)上。RAID的主要特點(diǎn)是：（1）性能好。這是最重要的一個(gè)方面。開(kāi)發(fā)RAID就是為了提高性能，從理論上說(shuō)，僅RAID0就可以獲得使用單硬盤(pán)雙倍的速度，如果使用者想要增加信息存儲(chǔ)量及存取速度，那么RAID是極好的選擇。（2）價(jià)格低。如前所述，RAID開(kāi)發(fā)的初衷就是利用“便宜”的小硬盤(pán)組合起來(lái)代替大的昂貴硬盤(pán)，自然在價(jià)格上就有一定的優(yōu)勢(shì)。（3）穩(wěn)定性好。特別是硬RAID的穩(wěn)定性要比軟RAID更高一些。（4）操作簡(jiǎn)便。RAID操作簡(jiǎn)便，比較容易掌握。（5）兼容性。硬RAID的兼容性很好，甚至可以兼容DOS，而軟RAID只有Windows2000/XP才能支持。（6）安全性。RAID具有很好的安全性，這也是信息存儲(chǔ)最需要的。

2 RAID的分類(lèi)

RAID在信息存儲(chǔ)方式上，因不同的需求有不同的規(guī)格，經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，現(xiàn)在已擁有了從RAID 0到RAID 7共8種基本RAID級(jí)別，還有一些基本RAID級(jí)別的組合形式，如RAID 0+1（即RAID 0與RAID 1的組合），RAID 50（RAID 0與 RAID 5的組合）等。不同的RAID級(jí)別代表著不同的存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全性和存儲(chǔ)成本，其比較如下圖：

2.1 RAID 0

RAID 0是一種串行架構(gòu)，其全名叫做數(shù)據(jù)分塊儲(chǔ)存陣列（Stripping），是最常用的，也是所有規(guī)格中惟一不具容錯(cuò)性，但效率卻是最高的。它將一個(gè)邏輯盤(pán)的數(shù)據(jù)分割成數(shù)個(gè)區(qū)塊分布在多個(gè)物理磁盤(pán)上，由于RAID 0使用了一種名為“數(shù)據(jù)串行”的機(jī)制，數(shù)據(jù)是用連續(xù)“串行”的形式，以規(guī)定的大小儲(chǔ)存在實(shí)體硬盤(pán)上，這表示大于實(shí)際串行大小的文件將會(huì)被分散儲(chǔ)存在硬盤(pán)陣列中，因此單一文件中的不同串行可以平行處理，在這種情況下，其陣列或“串行集合”的數(shù)據(jù)傳輸率即為陣列中最低速硬盤(pán)的數(shù)據(jù)傳輸率與該陣列硬盤(pán)數(shù)之乘積。若使用相同的硬盤(pán)，則數(shù)據(jù)傳輸率帶寬恰好是單個(gè)硬盤(pán)傳輸率的倍數(shù)，為了不浪費(fèi)空間，一般在RAID 0的組建時(shí)，均選用容量相同的硬盤(pán)，若條件允許，最好選用型號(hào)也相同的硬盤(pán)。此規(guī)格最需提醒用戶的是，如果陣列中任何一塊硬盤(pán)損壞，整個(gè)系統(tǒng)的信息將全部損失。且構(gòu)建好陣列后，陣列中的硬盤(pán)將無(wú)法單獨(dú)使用。

2.2 RAID 1

RAID 1是一種鏡像架構(gòu)，又稱(chēng)為Mirror或Mirroring（鏡像），因?yàn)樗褪菍⒁环菪畔⑼瑫r(shí)儲(chǔ)存于兩個(gè)硬盤(pán)中。簡(jiǎn)單地說(shuō)，即是一個(gè)兩塊硬盤(pán)所構(gòu)成的RAID 1陣列，其容量?jī)H等于一塊硬盤(pán)的容量，因?yàn)榱硪粔K只是當(dāng)作數(shù)據(jù)“鏡像”。若其中一個(gè)硬盤(pán)出現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)仍可正常運(yùn)作，它具有備份的功能。顯然這是最可靠的一種陣列，不過(guò)也是較貴的一種RAID解決方案。RAID 1的寫(xiě)入速度通常較慢，是由于數(shù)據(jù)要分別寫(xiě)入兩塊硬盤(pán)中并作比較導(dǎo)致的，讀取速度較單一硬盤(pán)來(lái)得快，是因?yàn)閿?shù)據(jù)會(huì)從兩塊硬盤(pán)中較快的一塊中讀取。

2.3 RAID 2

RAID 2是RAID 0的改良版，以漢明碼（Hamming Code）方式將信息編碼后分割為獨(dú)立位元，并將信息分別寫(xiě)入硬盤(pán)中，但是因?yàn)榧尤肓隋e(cuò)誤修正碼(ECC,Error Correction Code)，所以儲(chǔ)存的信息會(huì)比原來(lái)的大。

2.4 RAID 3

RAID 3也被稱(chēng)為帶有專(zhuān)用奇偶位的條帶，每個(gè)條帶片上都有相當(dāng)于一“塊”那么大的空間來(lái)有效存儲(chǔ)冗余信息，即奇偶位。奇偶位是數(shù)據(jù)編碼信息，如果某個(gè)磁盤(pán)發(fā)生故障，可以用來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)。RAID 3需要經(jīng)過(guò)編碼將信息位元分割，并分別存于硬盤(pán)中，而將同位元檢查單獨(dú)存于一個(gè)硬盤(pán)中。但由于信息的位元分散在不同的硬盤(pán)上，因此就算讀取一小段信息都有可能用到所有的硬盤(pán)，故這種規(guī)格比較適合在讀取大量信息時(shí)使用，尤其有益于訪問(wèn)較長(zhǎng)的連續(xù)記錄。RAID 3需要同步主軸驅(qū)動(dòng)器來(lái)預(yù)防較短的記錄導(dǎo)致的性能下降。

2.5 RAID 4

RAID 4與RAID 3不同的是，它在分割時(shí)是以區(qū)塊為單位分別存放于硬盤(pán)中，但每份信息存取都必須從同位元檢查的那個(gè)硬盤(pán)中取出，并于相對(duì)應(yīng)的同位信息核對(duì)，由于使用頻繁，所以該硬盤(pán)損耗率可能會(huì)提高。

2.6 RAID 5

RAID 5也被叫做帶分布式奇偶位的條帶，每個(gè)條帶片上都有相當(dāng)于一個(gè)“塊”那么大的地方用來(lái)存放奇偶位。它改善了RAID 4同位元檢查使用頻繁的問(wèn)題，將原始信息與同位元檢查重新組合后，以位元分割的方式儲(chǔ)存于各硬盤(pán)中，所以每個(gè)硬盤(pán)都有同位信息，以降低存取過(guò)度的問(wèn)題。

2.7 RAID 0+1

這是一種Dual Level RAID，也有人稱(chēng)之為RAID Level 10，它就像是由RAID 0和RAID 1組合而成，叫做“零加一”，也稱(chēng)為RAID 10，方法就是鏡像一個(gè)串行集和將鏡像做串行格式化。即兩組按一定的分割區(qū)域，連接不同的兩塊大容量的陣列硬盤(pán)，它們互為“鏡像”。因?yàn)槭褂昧舜薪Y(jié)構(gòu)，所以讀寫(xiě)性能極佳，系統(tǒng)也十分可靠。在每次寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，磁盤(pán)陣列控制器會(huì)將數(shù)據(jù)同時(shí)寫(xiě)入兩組 “大容量陣列硬盤(pán)組”。同RAID 1一樣，雖然其硬盤(pán)使用率只有50%，但它卻是最高效率的劃分方式。其特點(diǎn)使其特別適用于既有大量數(shù)據(jù)需要存取，同時(shí)又對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求嚴(yán)格的領(lǐng)域。

2.8 RAID 50

RAID 50也被稱(chēng)為分布奇偶位陣列條帶，RAID 50其實(shí)就是RAID 0與RAID 5的組合。它像RAID 0一樣，跨磁盤(pán)存取數(shù)據(jù)；又像RAID 5一樣，使用分布式奇偶位，RAID 50提供數(shù)據(jù)可靠性，優(yōu)秀的整體性能，并支持更大的卷尺寸，最適合需要高可靠性存儲(chǔ)、高讀取速度、高數(shù)據(jù)傳輸性能的應(yīng)用。

3 RAID技術(shù)在數(shù)字圖書(shū)館中的應(yīng)用

信息存儲(chǔ)技術(shù)目前已經(jīng)得到了IT業(yè)界和各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的重視，同時(shí)也為數(shù)字圖書(shū)館提供了解決海量信息存儲(chǔ)難的技術(shù)和信息存取與檢索的絕妙空間。

3.1 數(shù)字圖書(shū)館的發(fā)展前景

數(shù)字圖書(shū)館從電子圖書(shū)館之父——美國(guó)學(xué)者Vannevar Bush于1945年在 《大西洋月刊》中提出“Memex”一詞至今，已經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的歷程。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和完善。數(shù)字圖書(shū)館的網(wǎng)絡(luò)化、互聯(lián)化、世界化的程度將進(jìn)一步加深，并將逐步形成數(shù)字圖書(shū)館群，實(shí)現(xiàn)真正意義上的資源共享。目前，各國(guó)正在致力于創(chuàng)建全球數(shù)字圖書(shū)館 （Global Digital Library，GDL）模型。GDL 是未來(lái)圖書(shū)館的發(fā)展趨勢(shì)，一旦GDL建設(shè)成功，全球用戶將能夠以最低的成本、極快的速度存取分布在全球的數(shù)字化信息資源庫(kù)的信息。

3.1.1 21世紀(jì)現(xiàn)代化圖書(shū)館的特征。（1）辦館模式、存在形態(tài)的一體化、網(wǎng)絡(luò)化、國(guó)際化。（2）館藏資源的電子化、虛擬化、特色化。（3）業(yè)務(wù)工作的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、兼容化。（4）用戶需求的社會(huì)化、多元化、集成化。（5）用戶利用圖書(shū)館的自助化、遠(yuǎn)程化、即時(shí)化。（6）服務(wù)手段的自動(dòng)化、智能化、便捷化。（7）服務(wù)內(nèi)容的深入化、精品化、專(zhuān)業(yè)化。（8）業(yè)務(wù)組織結(jié)構(gòu)的學(xué)科化、平面化、矩陣化。

3.1.2未來(lái)圖書(shū)館的存在形式。（1）物理形態(tài)——現(xiàn)實(shí)空間和虛擬空間的統(tǒng)一。（2）載體形態(tài)——紙質(zhì)印刷型文獻(xiàn)和電子型文獻(xiàn)的統(tǒng)一。（3）信息記錄形態(tài)——數(shù)字化與非數(shù)字化的統(tǒng)一。（4）資源配置形態(tài)——協(xié)作收藏與資源共享的統(tǒng)一。（5）功能形態(tài)——整理和創(chuàng)新的統(tǒng)一。

3.2 RAID在數(shù)字圖書(shū)館中的應(yīng)用

眾所周知，在傳統(tǒng)的圖書(shū)館中，信息和知識(shí)的傳播完全依賴于其物質(zhì)載體，一本書(shū)中的資源不能同時(shí)被多個(gè)讀者共享，另外讀者還必須到圖書(shū)館借閱書(shū)籍，才能獲得其中的信息資源。而現(xiàn)代化管理的圖書(shū)館則運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，徹底改變了這種現(xiàn)象?，F(xiàn)代化的網(wǎng)上圖書(shū)館系統(tǒng)軟件是其重要組成部分，也是不可或缺的，一般該系統(tǒng)均采用了先進(jìn)數(shù)據(jù)壓縮解壓縮技術(shù)、虛擬光驅(qū)和光盤(pán)管理技術(shù)。系統(tǒng)管理員可通過(guò)該系統(tǒng)軟件將現(xiàn)有的光盤(pán)軟件壓縮并拷貝到服務(wù)器的磁盤(pán)陣列上，形成資源庫(kù)，建立網(wǎng)上圖書(shū)館。在局域網(wǎng)內(nèi)的任意一臺(tái)工作機(jī)上的用戶可以同時(shí)或不同時(shí)地調(diào)用資源庫(kù)中相同或不同的信息資源，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的資源共享。而不用去圖書(shū)館等待借閱，更不會(huì)遭遇“此書(shū)已借出”的煩惱。

網(wǎng)上圖書(shū)館主要包括建立系統(tǒng)和點(diǎn)播系統(tǒng)兩個(gè)功能，建立系統(tǒng)是指系統(tǒng)管理員將光盤(pán)壓縮并拷貝到服務(wù)器所連接的磁盤(pán)陣列中，并對(duì)這些資料實(shí)施分類(lèi)管理，以便于系統(tǒng)管理員和讀者查詢?yōu)g覽；點(diǎn)播系統(tǒng)是指網(wǎng)上圖書(shū)館建立后，在網(wǎng)絡(luò)中的任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，讀者可以查詢已建立的分類(lèi)資料庫(kù)，并點(diǎn)播出自己所需的資料，而不必?fù)?dān)心資料是否被其他讀者所使用。網(wǎng)上圖書(shū)館作為校園網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，上網(wǎng)后既可供校園網(wǎng)所有站點(diǎn)點(diǎn)播查詢館藏資源，又可作為一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)獨(dú)立存在。

3.3 信息存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

RAID不失為目前中小型圖書(shū)館信息存儲(chǔ)技術(shù)的最佳選擇。但隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、INTERNET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，IT領(lǐng)域的又一次浪潮—網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展空間。IT用戶已經(jīng)深刻地認(rèn)識(shí)到：不管網(wǎng)絡(luò)功能發(fā)展到什么程度，人們最終需要的是網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)的核心，簡(jiǎn)便、快速、安全地傳輸可用數(shù)據(jù)才是網(wǎng)絡(luò)最根本的用途。因此，在未來(lái)可以預(yù)見(jiàn)，各用戶的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)將以驚人的速度保持增長(zhǎng)，越來(lái)越多的用戶要求從原來(lái)的以“服務(wù)器中心”模式，轉(zhuǎn)變以“數(shù)據(jù)中心”為模式的智能的獨(dú)立地位的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)解決方案。目前流行的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)主要有以下三種。

3.3.1直接網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)NAS(Network Attached Storage)，實(shí)施以“數(shù)據(jù)中心”為模式，它集成IP技術(shù)及RAID技術(shù)于一身，是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口和以太網(wǎng)絡(luò)直接相連的存儲(chǔ)服務(wù)器系統(tǒng)，各種文件服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)工作站都可透過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接存取NAS上的數(shù)據(jù)，由于它不需要通過(guò)文件服務(wù)器，明顯縮短了響應(yīng)時(shí)間，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的帶寬。NAS可在幾分鐘內(nèi)增加到網(wǎng)絡(luò)，可提供高可用性的磁盤(pán)陣列存儲(chǔ)系統(tǒng)，還能提高文件服務(wù)速度，減輕網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的負(fù)擔(dān)，降低購(gòu)買(mǎi)及維護(hù)成本，以及在不間斷網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境下增加或設(shè)置存儲(chǔ)系統(tǒng)，是最符合我國(guó)國(guó)情的存儲(chǔ)解決方案。

3.3.2 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)SAN(Storage Area Network)，是以光纖技術(shù)為核心組成的、多功能的、以“數(shù)據(jù)中心”為服務(wù)模式的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)備份系統(tǒng)，它的組成包括存儲(chǔ)備份管理軟件系統(tǒng)、光纖陣列、磁帶庫(kù)或光盤(pán)庫(kù)、光纖交換機(jī)等設(shè)備，目前它在存儲(chǔ)領(lǐng)域里是容量最大、速度最快、擴(kuò)充性最強(qiáng)、安全性最高、功能最完善的存儲(chǔ)備份系統(tǒng)，但最大的缺點(diǎn)是管理較復(fù)雜及價(jià)格太昂貴而讓大多數(shù)客戶望而卻步。

3.3.3 直接附加存儲(chǔ)DAS(Direct Attached Storage)，被定義為直接連接在各種服務(wù)器或客戶端擴(kuò)展接口下的具備RAID技術(shù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。它依賴于服務(wù)器，其本身是硬件的堆疊，不帶有任何存儲(chǔ)操作技術(shù)。屬于以“服務(wù)器中心”模式。

［1］ 林林.深入淺出玩 RIAD［J］.電腦愛(ài)好者,2001,(2).

［2］ 陳東平.電腦配置雙劍合壁之雙硬盤(pán)和RIAD篇［J］.電腦愛(ài)好者,2001,(7).

［3］ 鄒蓬.走近 RAID［N］.電腦報(bào),2002-1-28(F1).

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