RAID卡术语详解

RAID卡术语详解

RAID卡

提到RAID卡就不得不提到什么是RAID。RAID是英文Redundant Array of Independent Disks 的缩写，翻译成中文即为独立磁盘冗余阵列，或简称磁盘阵列。简单的说，RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术。组成磁盘阵列的不同方式成为RAID级别（RAID Levels）。RAID技术经过不断的发展，现在已拥有了从 RAID 0 到 6 七种基本的RAID 级别。另外，还有一些基本RAID级别的组合形式，如RAID 10（RAID 0与RAID 1的组合），RAID 50（RAID 0与RAID 5的组合）等。不同RAID 级别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本。

数据冗余的功能是在用户数据一旦发生损坏后，利用冗余信息可以使损坏数据得以恢复，从而保障了用户数据的安全性。在用户看起来，组成的磁盘组就像是一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等。总之，对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。不同的是，磁盘阵列的存储性能要比单个硬盘高很多，而且可以提供数据冗余。

RAID卡就是用来实现RAID功能的板卡，通常是由I/O处理器、SCSI控制器、SCSI连接器和缓存等一系列零组件构成的。不同的RAID卡支持的RAID功能不同。支持RADI0、RAID1、RAID3、RAID4、RAID5、RAID10不等。RAID卡可以让很多磁盘驱动器同时传输数据，而这些磁盘驱动器在逻辑上又是一个磁盘驱动器，所以使用RAID可以达到单个的磁盘驱动器几倍、几十倍甚至上百倍的速率。这也是RAID卡最初想要解决的问题。可以提供容错功能，这是RAID卡的第二个重要功能。

接口

接口是指RAID卡支持的硬盘接口，目前主要有三种：IDE接口、SCSI接口和SATA接口。

IDE接口：

IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容，对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。

IDE代表着硬盘的一种类型，但在实际的应用中，人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE 类型硬盘ATA-1，这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了，而其后发展分支出更多类型的硬盘接口，比如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等接口都属于IDE硬盘。此外，由于IDE口属于并行接口，因此为了和SATA口硬盘相区别，IDE口硬盘也叫PATA口硬盘。

SCSI接口：

SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface”（小型计算机系统接口），是同IDE完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及支持热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。SCSI硬盘和普通IDE 硬盘相比有很多优点：接口速度快，并且由于主要用于服务器，因此硬盘本身的性能也比较高，硬盘转速快，缓存容量大，CPU占用率低，扩展性远优于IDE硬盘，并且支持热插拔。

SATA接口：

使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范，2002年，虽然串行ATA的相关设备还未正式上市，但Serial ATA

委员会已抢先确立了Serial ATA 2.0规范。Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。

串口硬盘是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而知名。相对于并行ATA来说，就具有非常多的优势。首先，Serial ATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。实际上，Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次，Serial ATA的起点更高、发展潜力更大，Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比目前最新的并行ATA（即ATA/133）所能达到133MB/s的最高数据传输率还高，而在Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s 的最高数据传输率。

支持Serial-ATA技术的标志

主板上的Serial-ATA接口

RAID技术问世时是基于SCSI接口，因其成本高，因此主要面向服务器等高端应用。普通用户根本无缘拥有RAID。随着计算机的大众化，由此带动PC计算机的空前繁荣。相应的，在市场的带动下，用于PC计算机的IDE接口设备价格大幅降低，同时性能大幅提高。鉴于此，RAID技术开始移植到IDE 接口上，推出了基于IDE接口的RAID应用，称为IDE RAID。而基于SCSI接口的RAID应用则相应称为SCSI RAID。与SCSI RAID相比，IDE RAID具有极低的价格，和一点也不逊色的性能表现，相应的，IDE RAID 解决方案就具有SCSI RAID无法比拟的高性价比。因此 IDE RAID自推出后，受到普通PC用户和普通商业应用的普遍欢迎。

当然IDE RAID也有其缺点，比如在CPU占用率和连接设备数量等方面就无法与SCSI RAID相比，同时，IDE RAID目前为止还只支持RAID0、RAID1和RAID0+1，并且性能上也比SCSI RAID略逊一筹，因此高性能计算机应用方面还是以SCSI RAID为主。SATA RAID是刚刚诞生的RAID方式，它与IDE RAID类似，最大的优点是低成本，其他方面也和IDE RAID 接近

核心处理芯片

目前市场上销售的RAID控制卡可以划分为两大类：一类卡上集成专门的RISC处理器－核心处理芯片，完全通过硬件实现RAID功能，被称为硬件RAID控制卡；另外一种控制卡本身不含有处理器，没有核心处理芯片，所有RAID计算全部由系统CPU来完成，被称为固件RAID 控制卡。固件RAID卡的价格相对便宜一些，一般都在100美圆以下。

硬件RAID卡的的RAID运算由核心处理芯片来完成，占用CPU资源比较少，在复杂运算方面优势比较明显。有核心处理芯片的RAID卡比基于软件RAID技术的RAID在使用性能和

服务性能上稍胜一筹，具体表现在检测和修复多位错误的能力、RAID保护的可引导阵列、错误磁盘自动检测、剩余空间取代和阵列重建、共有的或指定的剩余空间和彩色编码报警等许多方面优于后者。另外，还提供从单一控制实施的对多RAID安装、多操作系统远程检测和管理的能力。

目前生产RAID芯片的主要厂家有Promise、Highpoint、Intel、3ware、Adaptec、Silicon Image等。

支持驱动器数目

这个参数表明了RAID卡最多可以连接的硬盘数目。在RAID系统中，可以让很多磁盘驱动器同时传输数据，而这些磁盘驱动器在逻辑上又是一个磁盘驱动器，所以使用RAID可以达到单个的磁盘驱动器几倍、几十倍甚至上百倍的速率。这也是RAID最初想要解决的问题。可以提供容错功能，这是RAID的第二个重要功能。这两种功能的一个前提就是使用多个硬盘，因此一个RAID卡所能连接硬盘的最大数目是RAID比较重要的参数之一，这个数目越大，RAID卡就可能组成更复杂的RAID功能。对于IDE RAID和SATA RAID，这个数目一般是几个到十几个，对于SCSI RAID，这个数目可以达到几十个。

独立通道数目

独立通道数目表示RAID卡带有的独立硬盘通道的个数。对于SATA RAID卡来说，由于一个SATA通道只能连接一块SATA硬盘，因此独立通道的数目就等于支持驱动器数目。对于IDE RAID卡来说，虽然一个IDE接口理论上可以连接两个IDE硬盘，但是由于有主从盘之分，因此在RAID卡上的IDE口只能连接一个IDE硬盘，这样独立通道的数目也等于支持驱动器数目。

对于SCSI RAID卡来说，由于一个SCSI接口可以连接多个（比如14个）硬盘，因此独立通道数目和支持驱动器数目相差若干倍。比如单通道的SCSI RAID卡可以连接14个硬盘，4通道则可以连接56个硬盘。但是有一种SCSI RAID卡比较特殊，它的独立通道数目为0，这种SCSI RAID卡称之为ZCR（Zero Channel RAID，零通道RAID）。ZCR最初是由Intel 和Adaptec公司共同研究并颁布的标准，它是为降低RAID卡的成本，并减小RAID卡本身的物理尺寸而开发的。需要说明的是，零通道RAID这个称呼并不确切，因为ZCR卡上只不过是没有SCSI连接器而已，实际上在采用ZCR的服务器系统中仍然有RAID的通道，ZCR卡使用了系统主板上的SCSI控制器，并且使用系统主板上原有的SCSI连接器来连接包括硬盘在内的SCSI设备。

数据传输速度

数据传输速度是指硬盘接口的传输速度。比如ATA100接口硬盘的数据传输速度为100MB/S，SATA150接口硬盘的数据传输速度为100MB/S，Ultra320 SCSI接口硬盘的数据传输速度为320MB/S。需要说明的是，这个参数只表示单个硬盘接口的传输速度，整个RAID 卡可以达到的传输速度受多方面因素的影响，包括使用的RAID级别，可以超过单个硬盘接口的传输速度。

处理器

处理器描述了RAID卡核心处理芯片的名称或者说是工作速度。目前市场上销售的RAID控制卡可以划分为两大类：一类卡上集成专门的RISC处理器——核心处理芯片，完全通过硬件实现RAID功能，被称为硬件RAID控制卡；另外一种控制卡本身不含有处理器，没有核心处理芯片，所有RAID计算全部由系统CPU来完成，被称为固件RAID控制卡。固件RAID

卡的价格相对便宜一些，一般都在100美元以下。由于RAID卡所需要的运算量相对固定，因此这个参数并不太重要，并且生产RAID卡的厂商一般并不完全公布此参数。

缓存

缓存（Cache）是RAID卡与外部总线交换数据的场所，RAID卡先将数据传送到缓存，再由缓存和外边数据总线交换数据。它是RAID卡电路板上的一块存储芯片，与硬盘盘片相比，具有极快的存取速度，实际上就是相对低速的硬盘盘片与相对高速的外部设备(例如内存)之间的缓冲器。缓存的大小与速度是直接关系到RAID卡的实际传输速度的重要因素，大缓存能够大幅度地提高数据命中率从而提高RAID卡整体性能。

多数RAID卡都配备了一定数量的内存作为高速缓存使用。不同的RAID卡出厂时配备的内存容量不同，一般为几兆到数百兆容量不等，这取决于磁盘阵列产品的应用范围

主机总线

主机总线是RAID卡和计算机连接的接口，一般是PCI接口。RAID卡通过PCI插脚与主板上的PCI插槽相连接。

上图中金黄色的插脚就是PCI插脚。需要注意的是，图中显示的是一块64位PCI RAID 卡，只有当主板上有64位PCI插槽的时候，才能把64位PCI的RAID卡安装到主板上。

PCI的英文全称为Peripheral Component Interconnect。即外部设备互联总线，是于1993年推出的PC局部总线标准。PCI总线可以分为32位总线和64位总线两种，一般PC

机使用32位PCI总线，服务器和高级工作站都带有64位PCI总线。PCI总线的主要特点是

传输速度高，目前可实现66M的工作频率，在64位总线宽度下可达到突发（Burst）传输速率264MB/s，是通常ISA总线的300倍，可以满足大吞吐量的外设的需求。现在的台式计算机几乎都带有PCI接口，在主机内部的主板上，安装时需要打开机箱

总线速度

总线速度是RAID卡使用的主机总线的速度，这个参数的数值是由RAID卡使用的主机总线来决定的。由于目前RAID卡的主机总线基本都是PCI，因此总线速度一般也都是66MHz

或者33MHz。

板卡连接器

板卡连接器基本上是SCSI RAID卡才有的。板卡连接器通常是一条线缆或者一个SCSI接口，可以在计算机内部也可以在计算机外部，用于连接计算机内部或者外部的SCSI设备。板卡连接器提供了灵活的SCSI设备连接方式，即可以连接内部的SCSI硬盘，也可以连接外部的SCSI硬盘，甚至也可以连接非硬盘SCSI设备。

外部的板卡连接器常是0.83毫米VHDCI，VHDCI是行业标准术语，意指“甚高密度电缆互连 (Very High-Density Cable Interconnect)”。内部的板卡连接器一般是68针的SCSI 接口或者是SCSI线缆。

RAID

RAID是英文Redundant Array of Independent Disks的缩写，翻译成中文意思是“独立磁盘冗余阵列”，有时也简称磁盘阵列（Disk Array）。

简单的说，RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。组成磁盘阵列的不同方式成为RAID级别（RAID Levels）。数据备份的功能是在用户数据一旦发生损坏后，利用备份信息可以使损坏数据得以恢复，从而保障了用户数据的安全性。在用户看起来，组成的磁盘组就像是一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等。总之，对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。不同的是，磁盘阵列的存储速度要比单个硬盘高很多，而且可以提供自动数据备份。

RAID技术的两大特点：一是速度、二是安全，由于这两项优点，RAID技术早期被应用于高级服务器中的SCSI接口的硬盘系统中，随着近年计算机技术的发展，ＰＣ机的CPU的速度已进入GHz 时代。IDE接口的硬盘也不甘落后，相继推出了ATA66和ATA100硬盘。这就使得RAID技术被应用于中低档甚至个人ＰＣ机上成为可能。RAID通常是由在硬盘阵列塔中的RAID 控制器或电脑中的RAID卡来实现的。

RAID技术经过不断的发展，现在已拥有了从 RAID 0 到 6 七种基本的RAID 级别。另外，还有一些基本RAID级别的组合形式，如RAID 10（RAID 0与RAID 1的组合），RAID 50（RAID 0与RAID 5的组合）等。不同RAID 级别代表着不同的存储性能、数据安全性和存储成本。但我们最为常用的是下面的几种RAID形式。

(1) RAID 0

(2) RAID 1

(3) RAID 0+1

(4) RAID 3

(5) RAID 5

RAID级别的选择有三个主要因素：可用性（数据冗余）、性能和成本。如果不要求可用性，选择RAID0以获得最佳性能。如果可用性和性能是重要的而成本不是一个主要因素，则根据硬盘数量选择RAID 1。如果可用性、成本和性能都同样重要，则根据一般的数据传输和硬盘的数量选择RAID３、RAID５。