【電腦技術】認識NAS及RAID|安心電腦維修聯盟

 

NAS是甚麼?

網路儲存設備 (Network Attached Storage,NAS),是一種專門的資料儲存技術的名稱,它可以直接連接在電腦網路上面,對異質網路使用者提供了集中式資料存取服務。

NAS 和傳統的檔案儲存服務或是直接儲存設備不同的地方在於NAS設備上面的作業系統和軟體只提供了資料儲存、資料存取、以及相關的管理功能;此外,NAS設備也提供了不止一種檔案傳輸協定。NAS系統通常有一個以上的硬碟,而且和傳統的檔案伺服器一樣,通常會把它們組成RAID來提供服務;有了NAS以後,網路上的其他伺服器就可以不必再兼任檔案伺服器的功能。NAS的型式很多樣化,可以是一個大量生產的嵌入式設備,也可以在一般的電腦上執行NAS的軟體。

NAS用的是以檔案為單位的通訊協定,例如像是NFS(在UNIX系統上很常見)或是SMB(常用在 MS 視窗環境)。NAS所用的是以檔案為單位的通訊協定,大家都很清楚它們的運作模式,相對之下,儲域網路(SAN) 用的則是以區塊為單位的通訊協定、通常是透過SCSI再轉為光纖通道或是 iSCSI。(還有其他各種不同的 SAN 通訊協定,像是ATA over Ethernet和HyperSCSI,不過這些都不常見。)

NAS 電腦或設備用的通常是精簡版的作業系統,只提供了最單純的檔案服務和其相關的通訊協定;舉例來說,有一個叫 FreeNAS 的開放源碼 NAS 軟體用的就是精簡版的FreeBSD,它可以在一般的電腦硬體上執行,而商業化的嵌入式設備用的則是封閉源碼的作業系統和通訊協定程式。

網路儲存設備 一開始是在 1983 年 Novell 公司的 NetWare 作業系統裡面的檔案分享功能和 NCP 通訊協定裡面所引進來的觀念;而在 UNIX 界,1984 年時昇陽公司發表了 NFS,讓網路伺服器之間能夠利用網路程式彼此能夠分享儲存空間。3Com 公司的 3Server 和 3+Share 軟體是當時第一個為了開放系統伺服器而特別設計的伺服器 (其中包括了專屬軟硬體及多台磁碟機),該公司也從 1985 年到 1990 年代初期一直領導時代的潮流,3Com 和微軟公司在這個新市場上還合作開發了 LAN Manager 軟體及其通訊協定。受到 Novell 的檔案侗服器的啟發,IBM、昇陽、以及其他相當多的公司都開始研發專屬的伺服器;3server 應該是第一家專門為桌上型作業系統開發專屬 NAS 的公司,而 Auspex Systems 則是第一家為 UNIX 市場開發專屬 NFS 伺服器的公司。在 1990 年代早期,Auspex 公司的一些員工獨立出來開了另一家叫 Network Appliance 的公司,同時支援了 Windows 和 UNIX 系統,開啟了專屬 NAS 的市場。

NAS可讓資料的使用率提升,主要的原因在於資料不會像以往一樣依附在SERVER上,比方說以往使用者不會因為SERVER的關閉而讓使用者無法使用,因為使用者連結的是NAS。 NAS也讓資料管理變得輕鬆及簡單,讓原本需要在伺服器上進行的繁複設定程序,簡化成幾個步驟就可完成,大大的節省設定時間。

 

RAID是甚麼?

在計算機術語中,RAID(Redundant Array of Independent Disks,獨立磁碟備援陣列;在台灣稱為:磁碟陣列)的基本思想就是把多個相對便宜的硬碟組合起來,成為一個磁碟陣列組,使性能達到甚至超過一個價格昂貴、容量巨大的硬碟。根據選擇的版本不同,RAID比單顆硬碟有以下一個或多個方面的好處:增強資料整合度,增強容錯功能,增加處理量或容量。另外,磁碟陣列組對於電腦來說,看起來就像一個單獨的硬碟或邏輯存儲單元。分為RAID-0,RAID-1,RAID-1E,RAID-5,RAID-6,RAID-10, RAID-50。

簡單來說,RAID把多個硬碟組合成為一個邏輯磁區,因此,作業系統只會把它當作一個硬碟。RAID常被用在伺服器電腦上,並且常使用完全相同的硬碟作為組合。由於硬碟價格的不斷下降與RAID功能更加有效地與主機板整合,它也成為了玩家的一個選擇,特別是需要大容量儲存空間的工作,如:視訊與音訊製作。

最初的RAID分成了不同的等級,每種等級都有其理論上的優缺點。這些年來,出現了對於RAID觀念不同的應用。

 

基本RAID分類-JBOD

<Just a Bunch Of Disks>在某些分類上,JBOD並不算是RAID的等級。只是將多個磁碟空間合併成一個大的邏輯磁碟,不具有錯誤備援機制。資料的存放機制是由第一顆磁碟開始依序往後存放,即作業系統看到的是一個大磁碟(由許多小磁碟組成)。但如果磁碟損毀,則該顆硬碟上的所有資料將無法救回。若第一顆硬碟損壞,通常無法作救援(因大部分檔案系統將檔案表存在磁碟前端,即第一顆),失去檔案表即失去一切資料。

 

 

基本RAID分類-RAID 0

RAID 0



將多個磁碟合併成一個大的磁碟,不具有冗餘,並行I/O,速度最快。RAID 0亦稱為帶區集。它是將多個磁碟並列起來,成為一個大磁碟。在存放數據時,其將數據按磁碟的個數來進行分段,然後同時將這些數據寫進這些盤中。所以,在所有的級別中,RAID 0的速度是最快的。但是RAID 0沒有備援功能,如果一個磁碟(物理)損壞,則所有的數據都會丟失。

理論上越多的磁碟效能就等於[單一磁碟效能]x[磁碟數],但實際上受限於匯流排I/O瓶頸及其它因素的影響,RAID 效能會隨邊際遞減,也就是說,假設一個磁碟的效能是50MB/秒,兩個磁碟的RAID 0效能約96MB/秒,三個磁碟的RAID 0也許是130MB/秒而不是150MB/秒。所以,兩個磁碟的RAID 0最能明顯感受到效能的提升。



但如果是以軟體方式來實作RAID,則磁碟的空間則不見得受限於此(例如Linux Software RAID),透過軟體實作可以經由不同的組合而善用所有的磁碟空間。

 

基本RAID分類-RAID 1  

RAID 1



兩組以上的N個磁碟相互作鏡像,速度沒有提高,除非擁有相同資料的主磁碟與鏡像同時損壞,否則最高可壞剩N個磁碟,可靠性最高。RAID 1就是鏡像。其原理為在主硬碟上存放數據的同時也在鏡像硬碟上寫一樣的數據。當主硬碟(物理)損壞時,鏡像硬碟則代替主硬碟的工作。因為有鏡像硬碟做數據備份,所以RAID 1的數據安全性在所有的RAID級別上來說是最好的。但無論用多少磁碟做RAID 1,僅算一個磁碟的容量,是所有RAID上磁碟利用率最低的一個級別。

 

基本RAID分類-RAID 2

RAID 2

這是RAID 0的改良版,以漢明碼(en:Hamming Code)的方式將數據進行編碼後分割為獨立的位元,並將數據分別寫入硬碟中。因為在數據中加入了錯誤修正碼(ECC,Error Correction Code),所以數據整體的容量會比原始數據大一些,RAID2最少要三台磁碟機方能運作

 

基本RAID分類-RAID 3

RAID 3



採用Bit-interleaving(數據交錯存儲)技術,它需要通過編碼再將數據位元分割後分別存在硬碟中,而將同位元檢查後單獨存在一個硬碟中,但由於數據內的位元分散在不同的硬碟上,因此就算要讀取一小段數據資料都可能需要所有的硬碟進行工作,所以這種規格比較適於讀取大量數據時使用

 

基本RAID分類-RAID 4

RAID 4



它與RAID 3不同的是它在分割時是以區塊為單位分別存在硬碟中,但每次的數據存取都必須從同位元檢查的那個硬碟中取出對應的同位元數據進行核對,由於過於頻繁的使用,所以對硬碟的損耗可能會提高 (Block interleaving)

 

基本RAID分類-RAID 5

 RAID 5



RAID Level 5 是一種存儲性能、數據安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。它使用的是Disk Striping(硬碟分割)技術。RAID 5 至少需要三顆硬碟, RAID 5不對存儲的數據進行備份,而是把數據和相對應的奇偶校驗信息存儲到組成RAID5的各個磁碟上,並且奇偶校驗信息和相對應的數據分別存儲於不同的磁碟上。當RAID5的一個磁碟數據發生損壞後,利用剩下的數據和相應的奇偶校驗信息去恢復被損壞的數據。 RAID 5可以理解為是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以為系統提供數據安全保障,但保障程度要比Mirror低而磁碟空間利用率要比Mirror高。RAID 5具有和RAID 0相近似的數據讀取速度,只是多了一個奇偶校驗信息,寫入數據的速度比對單個磁碟進行寫入操作稍慢。同時由於多個數據對應一個奇偶校驗信息,RAID 5的磁碟空間利用率要比RAID 1高,存儲成本相對較低廉。

 

基本RAID分類-RAID 6

RAID 6



同一陣列中容許兩個硬碟同時失效(或是當一個失效後還來不及更換便有第二個失效)後,更換新硬碟時再由另兩個正常硬碟將備份的資料建立在新的硬碟中,所以至少必須具備四或四個以上硬碟才能生效。

 

資料出處: Wikipedia

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