内存双通道于RAID能让计算机速度翻倍提升的两种技术

1、. .PAGE8 / NUMPAGES8存双通道于RAID能让计算机速度翻倍提升的两种技术RAID说的通俗点， 就是一台计算机使用多个硬盘，能实现多个硬盘同时读取，每多加一块硬盘计算机的磁盘读取速度就能多提高一倍。这只是个人理解，详细请往下看存双通道，如果DDR 400 的带宽为3.2GB/sec 那么双通道后 就变成3.2GB/sec翻了一倍就是这个意思RAID是“Redundant Array of Independent Disk”的缩写，中文意思是独立冗余磁盘阵列。冗余磁盘阵列技术诞生于1987年，由美国加州大学伯克利分校提出。RAID磁盘阵列（Redundant Array of I

2、ndependent Disks）简单地解释，就是将N台硬盘透过RAID Controller（分Hardware，Software）结合成虚拟单台大容量的硬盘使用，其特色是N台硬盘同时读取速度加快与提供容错性Fault Tolerant，所以RAID是当成平时主要访问Data的Storage不是Backup Solution。 在RAID有一基本概念称为EDAP（Extended Data Availability and Protection），其强调扩充性与容错机制， 也是各家厂商如：Mylex，IBM，HP，Compaq，Adaptec，Infortrend等诉求的重点，包括在不须停机

3、情况下可处理以下动作： RAID 磁盘阵列支援自动检测故障硬盘； RAID 磁盘阵列支援重建硬盘坏轨的资料； RAID 磁盘阵列支援支持不须停机的硬盘备援 Hot Spare； RAID 磁盘阵列支援支持不须停机的硬盘替换 Hot Swap； RAID 磁盘阵列支援扩充硬盘容量等。 一旦RAID阵列出现故障，硬件服务商只能给客户重新初始化或者REBUILD，这样客户数据就会无法挽回。因此对RAID0、RAID1、RAID5以与组合型的RAID系列磁盘阵列数据恢复，出现故障以后只要不对阵列作初始化操作，就有机会恢复出故障RAID磁盘阵列的数据。 技术规（1）RAID技术规简介 冗余磁盘阵列技术最

4、初的研制目的是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，以降低大批量数据存储的费用，同时也希望采用冗余信息的方式，使得磁盘失效时不会使对数据的访问受损失，从而开发出一定水平的数据保护技术，并且能适当的提升数据传输速度。 过去RAID一直是高档服务器才有缘享用，一直作为高档SCSI硬盘配套技术作应用。近来随着技术的发展和产品成本的不断下降，IDE硬盘性能有了很大提升，加之RAID芯片的普与，使得RAID也逐渐在个人电脑上得到应用。 那么为何叫做冗余磁盘阵列呢？冗余的汉语意思即多余，重复。而磁盘阵列说明不仅仅是一个磁盘，而是一组磁盘。这时你应该明白了，它是利用重复的磁盘来处理数据，使得数据的稳定性得

5、到提高。 （2）RAID的工作原理 RAID如何实现数据存储的高稳定性呢？我们不妨来看一下它的工作原理。RAID按照实现原理的不同分为不同的级别，不同的级别之间工作模式是有区别的。整个的RAID结构是一些磁盘结构，通过对磁盘进行组合达到提高效率，减少错误的目的，不要因为这么多名词而被吓坏了，它们的原理实际上十分简单。问了便于说明，下面示意图中的每个方块代表一个磁盘，竖的叫块或磁盘阵列，横称之为带区。（3）RAID规 主要包含RAID 0RAID 7等数个规，它们的侧重点各不一样，常见的规有如下几种：RAID 0：无差错控制的带区组要实现RAID0必须要有两个以上硬盘驱动器，RAID0实现了带区

6、组，数据并不是保存在一个硬盘上，而是分成数据块保存在不同驱动器上。因为将数据分布在不同驱动器上，所以数据吞吐率大大提高，驱动器的负载也比较平衡。如果刚好所需要的数据在不同的驱动器上效率最好。它不需要计算校验码，实现容易。它的缺点是它没有数据差错控制，如果一个驱动器中的数据发生错误，即使其它盘上的数据正确也无济于事了。不应该将它用于对数据稳定性要求高的场合。如果用户进行图象（包括动画）编辑和其它要求传输比较大的场合使用RAID0比较合适。同时，RAID可以提高数据传输速率，比如所需读取的文件分布在两个硬盘上，这两个硬盘可以同时读取。那么原来读取同样文件的时间被缩短为1/2。在所有的级别中，RAI

7、D 0的速度是最快的。但是RAID 0没有冗余功能的，如果一个磁盘（物理）损坏，则所有的数据都无法使用RAID 1：镜象结构 对于使用这种RAID1结构的设备来说，RAID控制器必须能够同时对两个盘进行读操作和对两个镜象盘进行写操作。通过下面的结构图您也可以看到必须有两个驱动器。因为是镜象结构在一组盘出现问题时，可以使用镜象，提高系统的容错能力。它比较容易设计和实现。每读一次盘只能读出一块数据，也就是说数据块传送速率与单独的盘的读取速率一样。因为RAID1的校验十分完备，因此对系统的处理能力有很大的影响，通常的RAID功能由软件实现，而这样的实现方法在服务器负载比较重的时候会大大影响服务器效率

8、。当您的系统需要极高的可靠性时，如进行数据统计，那么使用RAID1比较合适。而且RAID1技术支持“热替换”，即不断电的情况下对故障磁盘进行更换，更换完毕只要从镜像盘上恢复数据即可。当主硬盘损坏时，镜像硬盘就可以代替主硬盘工作。镜像硬盘相当于一个备份盘，可想而知，这种硬盘模式的安全性是非常高的，RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但是其磁盘的利用率却只有50%，是所有RAID级别中最低的。 RAID2：带海明码校验 从概念上讲，RAID 2 同RAID 3类似， 两者都是将数据条块化分布于不同的硬盘上， 条块单位为位或字节。然而RAID 2 使用一定的编码技术来提供错误

9、检查与恢复。这种编码技术需要多个磁盘存放检查与恢复信息，使得RAID 2技术实施更复杂。因此，在商业环境中很少使用。下图左边的各个磁盘上是数据的各个位，由一个数据不同的位运算得到的海明校验码可以保存另一组磁盘上，具体情况请见下图。由于海明码的特点，它可以在数据发生错误的情况下将错误校正，以保证输出的正确。它的数据传送速率相当高，如果希望达到比较理想的速度，那最好提高保存校验码ECC码的硬盘，对于控制器的设计来说，它又比RAID3，4或5要简单。没有免费的午餐，这里也一样，要利用海明码，必须要付出数据冗余的代价。输出数据的速率与驱动器组中速度最慢的相等。 RAID3：带奇偶校验码的并行传送 这种

10、校验码与RAID2不同，只能查错不能纠错。它访问数据时一次处理一个带区，这样可以提高读取和写入速度,它象RAID 0一样以并行的方式来存放数，但速度没有RAID 0快。校验码在写入数据时产生并保存在另一个磁盘上。需要实现时用户必须要有三个以上的驱动器，写入速率与读出速率都很高，因为校验位比较少，因此计算时间相对而言比较少。用软件实现RAID控制将是十分困难的，控制器的实现也不是很容易。它主要用于图形（包括动画）等要求吞吐率比较高的场合。不同于RAID 2，RAID 3使用单块磁盘存放奇偶校验信息。如果一块磁盘失效，奇偶盘与其他数据盘可以重新产生数据。 如果奇偶盘失效，则不影响数据使用。RAID

11、 3对于大量的连续数据可提供很好的传输率，但对于随机数据，奇偶盘会成为写操作的瓶颈。 利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安全性高，但是硬盘利用率得到了很大的提高，为n-1。RAID4：带奇偶校验码的独立磁盘结构 RAID4和RAID3很象，不同的是，它对数据的访问是按数据块进行的，也就是按磁盘进行的，每次是一个盘。在图上可以这么看，RAID3是一次一横条，而RAID4一次一竖条。它的特点的RAID3也挺象，不过在失败恢复时，它的难度可要比RAID3大得多了，控制器的设计难度也要大许多，而且访问数据的效率不怎么好。 RAID5：分布式奇偶校验的独立磁盘结构 从它的示意图上可以看到，它的奇偶

12、校验码存在于所有磁盘上，其中的p0代表第0带区的奇偶校验值，其它的意思也一样。RAID5的读出效率很高，写入效率一般，块式的集体访问效率不错。因为奇偶校验码在不同的磁盘上，所以提高了可靠性，允许单个磁盘出错。RAID 5也是以数据的校验位来保证数据的安全，但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位，而是将数据段的校验位交互存放于各个硬盘上。这样，任何一个硬盘损坏，都可以根据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据。硬盘的利用率为n-1。 但是它对数据传输的并行性解决不好，而且控制器的设计也相当困难。RAID 3 与RAID 5相比，重要的区别在于RAID 3每进行一次数据传输，需涉与到所有的阵列盘。而对于

13、RAID 5来说，大部分数据传输只对一块磁盘操作，可进行并行操作。在RAID 5中有“写损失”，即每一次写操作，将产生四个实际的读/写操作，其中两次读旧的数据与奇偶信息，两次写新的数据与奇偶信息。 RAID6：带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构 名字很长，但是如果看到图，大家立刻会明白是为什么，请注意p0代表第0带区的奇偶校验值，而pA代表数据块A的奇偶校验值。它是对RAID5的扩展，主要是用于要求数据绝对不能出错的场合。当然了，由于引入了第二种奇偶校验值，所以需要N+2个磁盘，同时对控制器的设计变得十分复杂，写入速度也不好，用于计算奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时间比较多，造成了

14、不必须的负载。我想除了军队没有人用得起这种东西。 RAID7：优化的高速数据传送磁盘结构 RAID7所有的I/O传送均是同步进行的，可以分别控制，这样提高了系统的并行性，提高系统访问数据的速度；每个磁盘都带有高速缓冲存储器，实时操作系统可以使用任何实时操作芯片，达到不同实时系统的需要。允许使用SNMP协议进行管理和监视，可以对校验区指定独立的传送信道以提高效率。可以连接多台主机，因为加入高速缓冲存储器，当多用户访问系统时，访问时间几乎接近于0。由于采用并行结构，因此数据访问效率大大提高。需要注意的是它引入了一个高速缓冲存储器，这有利有弊，因为一旦系统断电，在高速缓冲存储器的数据就会全部丢失，因

15、此需要和UPS一起工作。当然了，这么快的东西，价格也非常昂贵。 RAID10：高可靠性与高效磁盘结构 这种结构无非是一个带区结构加一个镜象结构，因为两种结构各有优缺点，因此可以相互补充，达到既高效又高速还可以的目的。大家可以结合两种结构的优点和缺点来理解这种新结构。这种新结构的价格高，可扩充性不好。主要用于容易不大，但要求速度和差错控制的数据库中。 RAID53：高效数据传送磁盘结构 越到后面的结构就是对前面结构的一种重复和再利用，这种结构就是RAID3和带区结构的统一，因此它速度比较快，也有容错功能。但价格十分高，不易于实现。这是因为所有的数据必须经过带区和按位存储两种方法，在考虑到效率的情

16、况下，要求这些磁盘同步真是不容易。RAID0+1： 把RAID0和RAID1技术结合起来，即RAID0+1。数据除分布在多个盘上外，每个盘都有其物理镜像盘，提供全冗余能力，允许一个以下磁盘故障，而不影响数据可用性，并具有快速读/写能力。要求至少4个硬盘才能作成RAID0+1。 （4）OD模式OD通常又称为Span。它是在逻辑上将几个物理磁盘一个接一个连起来， 组成一个大的逻辑磁盘。OD不提供容错，该阵列的容量等于组成Span的所有磁盘的容量的总和。OD严格意义上说，不属于RAID的围。不过现在很多IDE RAID控制芯片都带着种模式，OD就是简单的硬盘容量叠加，但系统处理时并没有采用并行的方式

17、，写入数据的时候就是先写的一块硬盘，写满了再写第二块硬盘实际应用中最常见的是RAID0 RAID1 RAID5 和RAID10 由于在大多数场合，RAID5包含了RAID2-4的优点，所以RAID2-4基本退出市场现在，一般认为RAID2-4只用于RAID开发研究（5）我们能够用得上的IDE RAID 上面是对RAID原理的叙述，而我们Pcfans最关心的是RAID的应用。我们日常使用IDE硬盘，而且很容易买到IDE RAID卡和集成RAID芯片的主板。所以跟我们最贴近的是IDE RAID。限于应用级别很低，IDE RAID多数只支持RAID 0，RAID 1，RAID 0+1，OD模式。RA

18、ID的应用 开始时RAID 方案主要针对SCSI硬盘系统，系统成本比较昂贵。1993年，HighPoint公司推出了第一款IDE-RAID控制芯片，能够利用相对廉价的IDE 硬盘来组建RAID系统，从而大大降低了RAID的“门槛”。从此，个人用户也开始关注这项技术，因为硬盘是现代个人计算机中发展最为“缓慢”和最缺少安全性的设备，而用户存储在其中的数据却常常远超计算机的本身价格。在花费相对较少的情况下，RAID技术可以使个人用户也享受到成倍的磁盘速度提升和更高的数据安全性，现在个人电脑市场上的IDE-RAID控制芯片主要出自HighPoint和Promise公司，此外还有一部分来自AMI公司（如

19、表 2）。 面向个人用户的IDE-RAID芯片一般只提供了RAID 0、RAID 1和RAID 0+1（RAID 10）等RAID规的支持，虽然它们在技术上无法与商用系统相提并论，但是对普通用户来说其提供的速度提升和安全保证已经足够了。随着硬盘接口传输率的不断提高，IDE-RAID芯片也不断地更新换代，芯片市场上的主流芯片已经全部支持ATA 100标准，而HighPoint公司新推出的HPT 372芯片和Promise最新的PDC20276芯片，甚至已经可以支持ATA 133标准的IDE硬盘。在主板厂商竞争加剧、个人电脑用户要求逐渐提高的今天，在主板上板载RAID芯片的厂商已经不在少数，用户完

20、全可以不用购置 RAID卡，直接组建自己的磁盘阵列，感受磁盘狂飙的速度。双通道存技术双通道存技术其实是一种存控制和管理技术，它依赖于芯片组的存控制器发生作用，在理论上能够使两条同等规格存所提供的带宽增长一倍。它并不是什么新技术，早就被应用于服务器和工作站系统中了，只是为了解决台式机日益窘迫的存带宽瓶颈问题它才走到了台式机主板技术的前台。在几年前，英特尔公司曾经推出了支持双通道存传输技术的i820芯片组，它与RDRAM存构成了一对黄金搭档，所发挥出来的卓绝性能使其一时成为市场的最大亮点，但生产成本过高的缺陷却造成了叫好不叫座的情况，最后被市场所淘汰。由于英特尔已经放弃了对RDRAM的支持，所以目

21、前主流芯片组的双通道存技术均是指双通道DDR存技术，主流双通道存平台英特尔方面是英特尔 865、875系列，而AMD方面则是NVIDIA Nforce2系列。双通道存技术是解决CPU总线带宽与存带宽的矛盾的低价、高性能的方案。现在CPU的FSB（前端总线频率）越来越高，英特尔 Pentium 4比AMD Athlon XP对存带宽具有高得多的需求。英特尔 Pentium 4处理器与北桥芯片的数据传输采用QDR（Quad Data Rate，四次数据传输）技术，其FSB是外频的4倍。英特尔 Pentium 4的FSB分别是400、533、800MHz，总线带宽分别是3.2GB/sec，4.2GB

22、/sec和6.4GB/sec，而DDR 266/DDR 333/DDR 400所能提供的存带宽分别是2.1GB/sec，2.7GB/sec和3.2GB/sec。在单通道存模式下，DDR存无法提供CPU所需要的数据带宽从而成为系统的性能瓶颈。而在双通道存模式下，双通道DDR 266、DDR 333、DDR 400所能提供的存带宽分别是4.2GB/sec，5.4GB/sec和6.4GB/sec，在这里可以看到，双通道DDR 400存刚好可以满足800MHz FSB Pentium 4处理器的带宽需求。而对AMD Athlon XP平台而言，其处理器与北桥芯片的数据传输技术采用DDR（Double

23、Data Rate，双倍数据传输）技术，FSB是外频的2倍，其对存带宽的需求远远低于英特尔 Pentium 4平台，其FSB分别为266、333、400MHz，总线带宽分别是2.1GB/sec，2.7GB/sec和3.2GB/sec，使用单通道的DDR 266、DDR 333、DDR 400就能满足其带宽需求，所以在AMD K7平台上使用双通道DDR存技术，可说是收效不多，性能提高并不如英特尔平台那样明显，对性能影响最明显的还是采用集成显示芯片的整合型主板。NVIDIA推出的nForce芯片组是第一个把DDR存接口扩展为128-bit的芯片组，随后英特尔在它的E7500服务器主板芯片组上也使用

24、了这种双通道DDR存技术，SiS和VIA也纷纷响应，积极研发这项可使DDR存带宽成倍增长的技术。但是，由于种种原因，要实现这种双通道DDR（128 bit的并行存接口）传输对于众多芯片组厂商来说绝非易事。DDR SDRAM存和RDRAM存完全不同，后者有着高延时的特性并且为串行传输方式，这些特性决定了设计一款支持双通道RDRAM存芯片组的难度和成本都不算太高。但DDR SDRAM存却有着自身局限性，它本身是低延时特性的，采用的是并行传输模式，还有最重要的一点：当DDR SDRAM工作频率高于400MHz时，其信号波形往往会出现失真问题，这些都为设计一款支持双通道DDR存系统的芯片组带来不小的难度，芯片组的制造成本也会相应地提高，这些因素都制约着这项存控制技术的发展。普通的单通道存系统具有一个64位的存控制器，而双通道存系统则有2个64位的存控制器，在双通道模式下具有128bit的存位宽，从而在理论上把存带宽提高一倍。虽然双64位存体系所提供的带宽等同于一个128位存体系所提供的带宽，但是二者所达到效果却是不同的。双通道体系包含了两个独立的、具备互补性的智能存控制器，理论上来说，两个存控制器都能够在彼此间零延迟的情况下同时运作。比如说两个存控制器，一个为A、另一个为B。当控制器B准备进行下一次存取存的时候，控制器A就在读/写主存，反之亦然。两个存控制器的这种互