免费第四章-磁盘系统管理

第四章磁盘系统的管理童敏本章要求•了解磁盘原理•了解多种动态卷创建•了解RAID原理•熟练RAID5创建本章内容•4.1磁盘原理•4.2动态卷创建•4.3RAID4.1.1磁盘概念•WindowsServer2008的磁盘分为MBR磁盘与GPT磁盘两种分区形式（partitionstyle：•MBR磁盘•MBR磁盘是标准的传统形式，其磁盘分区表存储在MBR（masterbootrecord，主引导记录）内。而MBR是位于磁盘的最前端，计算机启动时，主板上的BIOS（基本输入输出系统）会先读取MBR，并将计算机的控制权交给MBR内的程序，然后由此程序来继续后续的启动工作。4.1.2磁盘概念•GPT磁盘•GPT磁盘的磁盘分区表是存储在GPT（GUIDpartitiontable）内，它也是位于磁盘的前端，而且它有主分区表和备份磁盘分区表，可提供故障转移功能。GPT磁盘通过EFI（ExtensibleFirmwareInterface）来做为计算机硬件与操作系统之间沟通的桥梁，EFI所扮演的角色类似于MRP磁盘的BIOS.•可以利用图形接口的磁盘管理命令或Diskpart命令将空的MBR磁盘转换成GPT磁盘，或将空的GPT磁盘转换成MRP磁盘。4.1.3基本磁盘与动态磁盘•WindownsServer2008又将磁盘分为基本磁盘和动态磁盘两种类型：•基本磁盘（basicdisk）•基本磁盘是传统的磁盘系统，在WindowsServer2008内新安装的磁盘默认是基本磁盘。•动态磁盘（dynamicdisk）•动态磁盘支持多种特殊的卷，其中有的可以提高系统的访问效率，有的可以提供故障转移功能，有的可以扩大磁盘的使用空间。4.1.4主分区与扩展分区•在数据能够被存储在基本磁盘之前，该磁盘必须被划分成一或数个磁盘分区，而磁盘分区分两种：•主分区（primarypartition）•主分区可以用来启动操作系统。计算机开启是会到活动（active）在主分区内读取partitionbootsector，然后将控制权交给它来启动相关的操作传统。•扩展分区（extendedpartition)•扩展分区只可以被用来存储文件，并无法启动操作系统，也就是说在计算机开启是并不会到扩展分区内读取partitionbootsector。4.1.5主分区与扩展分区•一个MBR磁盘内，最多可以创建4个分区，或最多三个主分区与一个扩展分区（见图14-2）。每一个主分区都可以被赋予一个驱动器号，•例如C:、D:等。用户可以在扩展分区内创建多个逻辑驱动器。基本磁盘内的每一个主分区或逻辑分区器又被称为基本卷（basicvolume)•一个GPT磁盘内最多可以创建128个主分区，而每一个主分区都可以被赋予一个驱动器号（不过最多只有A-Z26个代号可用）。由于可以多达128个主分区，•因此GPT磁盘不需要扩展分区。大于2TB(terabyte）的分区必须使用GPT磁盘。注意，旧版Windows系统无法辨识GTP磁盘：建议大于2TB的分区或Itanium计算机才使用GPT磁盘。4.1.6启动卷与系统卷•WindowsServer2008又另外针对x86（32位)与x64（64位）的计算机，定义了两个与分区有关的名词：•启动卷(bootvolume)•它是用来储存WindowsServer2008操作系统文件的磁盘分区。操作系统文件一般是放在Windows文件夹内，此文件夹所在的磁盘分区就是启动卷，启动卷可以是主分区或扩展分区内的逻辑启动器。•系统卷（systemvolume)•如果将系统的程序分为两个阶段来看的话，系统卷内就是存储第一阶段锁需要的启动文件，例如Bootmgr（启动管理员）、BCD（启动设置信息）等。系统利用其内的启动信息，就可以到所需的启动卷的Windows文件夹内读取其他启动WindowsServer2008所需的文件，然后进入第二阶段的启动程序。如果计算机内安装了多套Windows操作系统系统卷内的程序也会负责现实操作系统列表来供用户选择。4.2.1动态磁盘的管理•动态磁盘支持多种动态卷，它们之间有的可以提高访问效率，有的可以提供故障转移功能，有的可以扩大磁盘的使用空间，这些卷包含：•简单卷（simplevolume）•跨区卷（spannedvolume）•带区卷（stripedvolume）•镜像卷（mirroredvolume）•RAID-5卷（RAID-5volume）4.2.2动态磁盘的管理4.2.3简单卷•简单卷是动态卷中的基本单位，它的地位与基本磁盘中的主分区相当。用户可以从一个动态磁盘内选择未分配空间来新建简单卷，并且在必要的时候将此简单卷扩大4.2.4扩展简单卷4.2.5跨区卷•跨区卷是由数个位于不同磁盘的未分配空间组成的一个逻辑卷，也就是说可以将数个磁盘内的未分配空间，合并成一个跨区卷，并赋予一个共同的驱动器号。4.2.6跨区卷4.2.7带区卷•带区卷是由多个分别位于不同磁盘的未分配空间所组成的一个逻辑卷，也就是说可以从多个磁盘内分别选择未分配的空间，并将其合并成一个带区卷，然后赋予一个共同的驱动器号。•不过与跨区卷不同的是:带区卷的每一个成员，其容量大小是相同的，且数据写入时是平均写到每一个磁盘内（以64KB为单位）。带区卷是所有卷中运行效率最好的卷。4.2.8带区卷4.2.9带区卷4.2.10镜像卷•镜像卷具备故障转换的功能。可以将一个动态磁盘内的简单卷与另一个动态磁盘内的未分配空间组成一个镜像卷；或是将两个未分配的可用空间组成一个镜像卷，然后赋予一个逻辑驱动器号。这两个区域内将存储完全相同的数据，当有一个磁盘故障时，系统仍然可以使用另一个正常磁盘内的数据，因此它具备故障转移的能力4.2.11镜像卷4.2.12镜像卷4.3.1RAID磁盘阵列•RAID•概述•RAID是“RedundantArrayofIndependentDisk”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。简单地解释，就是将N台硬盘通过RAIDController（分Hardware，Software）结合成虚拟单台大容量的硬盘使用。RAID的采用为存储系统（或者服务器的内置存储）带来巨大利益，其中提高传输速率和提供容错功能是最大的优点。4.3.2RAID特色•RAID磁盘阵列（RedundantArrayofIndependentDisks）•其特色是N台硬盘同时读取速度加快及提供容错性FaultTolerant，所以RAID是当成平时主要访问数据的存储速度问题（Storage）不是备份问题（BackupSolution）。•在RAID有一基本概念称为EDAP（ExtendedDataAvailabilityandProtection），其强调扩充性及容错机制，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HotSpare；•RAID磁盘阵列支援支持不须停机的硬盘替换HotSwap；•RAID磁盘阵列支援扩充硬盘容量等。4.3.3RAID的优点•RAID的优点•RAID的采用为存储系统（或者服务器的内置存储）带来巨大利益，其中提高传输速率和提供容错功能是最大的优点。•RAID通过同时使用多个磁盘，提高了传输速率。RAID通过在多个磁盘上同时存储和读取数据来大幅提高存储系统的数据吞吐量（Throughput）。在RAID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。因为当时CPU的速度增长很快，而磁盘驱动器的数据传输速率无法大幅提高，所以需要有一种方案解决二者之间的矛盾。RAID最后成功了。•通过数据校验，RAID可以提供容错功能。这是使用RAID的第二个原因，因为普通磁盘驱动器无法提供容错功能，如果不包括写在磁盘上的CRC（循环冗余校验）码的话。RAID容错是建立在每个磁盘驱动器的硬件容错功能之上的，所以它提供更高的安全性。在很多RAID模式中都有较为完备的相互校验/恢复的措施，甚至是直接相互的镜像备份，从而大大提高了RAID系统的容错度，提高了系统的稳定冗余性。4.3.4常见RAID技术•RAID0：无差错控制的带区组•RAID1：镜象结构•RAID3：带奇偶校验码的并行传送•RAID5：分布式奇偶校验的独立磁盘结构•RAID10：高可靠性与高效磁盘结构•RAID50：被称为分布奇偶位阵列条带4.3.5RAID0•RAID0：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，RAID0的速度是最快的。但是RAID0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。4.3.6RAID1•RAID1：镜象结构•raid1•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相同。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。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，RAID1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4.3.6RAID3•RAID3：带奇偶校验码的并行传送•raid3•这种校验码与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,它像RAID0一样以并行的方式来存放数据，但速度没有RAID0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RAID2，RAID3使用单块磁盘存放奇偶校验信息。如果一块磁盘失效，奇偶盘及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。RAID3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。4.3.7RAID3•RAID5：分布式奇偶校验的独立磁盘结构•raid5•从它的示意图上可以