RAID卡原理與設置

RAID卡有自己的CPU,Cache Memory,通過集成或借用主板上的 SCSI 控制器來管理硬盤,可以稱之爲一個智能化的設備。
   
RAID卡的分類一般根據集成的SCSI 控制器來劃分。如果沒有集成SCSI控制器,而是借用主板上的 SCSI控制器來管理硬盤，則爲零通道RAID卡。根據RAID卡集成的SCSI控制器的通道數量，可以分爲單通道、雙通道、三通道RAID卡。還可以按照 SCSI 控制器的標準來劃分RAID卡的種類，如Ultra Wide 、 Ultra2 Wide 、 Ultra160
Wide 。
   
RAID 處理器是一個PCI從設備，接受並執行來自系統的命令。同時佔用PCI中斷，代表 SCSI 磁盤子系統向系統提出中斷請求，請求佔用PCI總線,返回對系統命令的響應，如輸送SCSI硬盤上的數據。
　　作爲 RAID卡的CPU,通過執行閃存中的Firmware ，控制 SCSI 控制器、Cache Memory 以及指示報警電路，來實現 RAID 卡的功能，運作流程如下：
（ 1 ）初始化 RAID 卡寄存器
（ 2 ）讀取 NVRAM 的上次 RAID 參數，與硬盤實際信息進行比較，顯示結果
（ 3 ）發送配置提示、響應 HOST 命令進入配置界面
（ 4 ）提供配置菜單、將用戶提供的RAID卡參數、RAID 參數存入 NVRAM
（ 5 ）根據 RAID 參數，通過 SCSI 控制器對硬盤進行初始化寫操作
（ 6 ）完成配置
（ 7 ）等待 Host 發出讀寫操作命令
　　 RAID 卡提高磁盤讀寫性能的另一手段是：磁盤 CACHE 。
　　 對於磁盤 I/O 來說，如果沒有 CACHE ，就直接從硬盤讀寫；如果有 CACHE ，則首先從 CACHE 讀寫。
　　 CACHE 具有兩大功能：
-- 預讀
　　 CACHE 預讀提高了計算機系統中的硬盤讀的功能，尤其是在讀取含有大量文件碎片的文件時。具有良好預讀功能的 RAID 卡能在看起來很隨機的讀訪問中，識別出讀取磁盤的規律，通過這個規律提前將系統要讀取的數據放在 CACHE 中。
預讀的兩種方式：
Read Ahead
　　由於硬盤數據經常是以一族連續的硬盤扇區組織起來的，所以有時侯如把系統所請求的扇區隨後的一個扇區裏的數據同時讀進來是有價值的。對於數據文件的讀取有利,特別是系統CPU的性能低時。
Pre-Fetch
　　 當RAID卡發現系統要讀的是先前已經讀過的數據時，在這一次，便將這一個數據塊的數據寫到 CACHE裏。對於程序文件的讀取有利 。
-- 回寫
　　 回寫是通過暫時將數據存在 CACHE
裏，從而推遲將數據寫到慢設備（如硬盤、磁帶機）的一種工作方式。數據將在隨後的時間，硬盤閒置的時候寫到硬盤中。寫的時候也是統一將CACHE內的尚未寫出的數據按照數據塊的在硬盤中的 BLOCK 序號寫入，這樣可以提高寫的效率。
回寫需要加電池給CACHE 供電，以免數據在寫到硬盤之前系統斷電導致硬盤數據丟失。
　　增加 CACHE 大小對於預讀來說，爲系統提供了更多的來自 CACHE 的可供讀取的記錄。 對於回寫來說，允許控制卡保存更多的記錄留待後期寫磁盤。特別是對於電梯式回寫，使得連續的回寫段之間有更近的間隔，降低硬盤寫操作的平均訪時間並提高了吞吐率。
寫策略
? -- 回寫（ Write Back ）
? -- 通寫（ Write Through ）
　　 通寫模式下，所有數據在以命令完成狀態返回到計算機之前，直接寫到硬盤。兩種寫策略比較來說，寫策略由通寫改爲回寫時，可大幅度提高 RAID 性能。但回寫具有一定的數據危險性。在突然斷電的情況下，會丟失存於Cache 尚未寫入硬盤的數據。
　　 RAID卡工作在寫策略爲 THROUGH 時，緩存大小對 RAID 卡的性能影響很小，只有當寫策略改爲 BACK時，緩存的作用纔會發揮出來。
　　 影響 RAID卡性能的因素很多，其中可調因素主要有RAID 卡緩存（ CACHE ）大小、寫策略（ WRITE POLICY
）、讀策略（ READ POLICY ）、條帶的大小（ STRIPE SIZE ）。不同的RAID卡雖然說法略有不同，但意思是一樣的。很多設置可以在RAID卡的配置工具中調整。
Adaptec3200s RAID 卡
5.1 Adaptec3200s RAID 卡簡介
　　Adaptec3200s卡是Adaptec所推出的一款Ultra160雙通道RAID卡。
1 、功能特點
1 ）支持兩個 Ultra160 SCSI LVD 通道，每個通道支持15個Ultra160 SCSI 設備
2 ） 100MHz RISC Intel I960 RN RAID 處理器
3 ） Cache Memory ： 32~128 ECC SDRAM
4 ）支持 RAID0 、 1 、 10 、 5 、 50
5 ） RAID 陣列採用後臺初始化 , 即：可以一邊運行操作系統和應用程序 , 一邊進行初始化
6 ） 64 位 PCI 接口
7 ） Battery backup module , 採用電池備份回寫數據
8 ）支持 SAF-TE 功能，
9 ）在線的邏輯盤容量擴展
10 ） 支持 Hotspare 功能。
11 ） 可以在操作系統下運行 Storage Manager 來管理 RAID 陣列
5.2 RAID 卡配置方法
　　 開機前，首先檢查 RAID 卡對 PCI 的接插、同熱插拔模組的 SCSI 線連接是否良好。開機後，根據屏幕提示按 +A 鍵，在系統 BIOS POST 完之後，屏幕會出現蘭色的配置窗口界面。
配置步驟：
1 ）窗口的上方工具條上出現 File 、 RAID 、 Action 、 Help 菜單項。
2 ）屏幕的左邊一欄是 Configuration ，右邊是 Information 欄。
3 ）光標條落在左邊欄的 -BUS0 上，回車以後出現通道0 上所接的物理磁盤列表。落在 -BUS1 上，回車以後出現的是通道 1 上的物理磁盤。
4 ）按 +R ，上面的工具條 RAID 菜單項便下拉出子菜單，光標落在 Create… 上回車，出現 RAID
type 的選擇： RAID-0 、 RAID-1 、 RAID-5 。按 TAB 鍵使光標條落在所要配置的 RAID 級別上，空格選中該項。
5 ）隨後 TAB 鍵選擇 Suggested Stripe Size 爲 32KB~256KB ，建議設爲 64KB 。
6 ） TAB 點亮 OK 進行回車，出現了：
7 ）（ 0 ， 0 ， 0 ， 0 ） ? 硬盤型號 1
8 ）（ 0 ， 0 ， 1 ， 0 ） ? 硬盤型號 2
9 ） 。。。
10 ）（ 0 ， 1 ， x ， 0 ） ? 硬盤型號 x
11 ） 按空格鍵點中所要配置的硬盤，用 TAB 鍵將光標落到 Done 上回車，此時左邊欄中出現了 RAID-0 或 RAID-1 或
RAID-5 的菜單條，光標落在上面後，回車即出現所配置成的邏輯陣列中的若干硬盤。右邊的 Information 一欄中的 Status
：項後面出現了 Not Set into Hardware 。
12 ）按 TAB 鍵使光標條落在左邊一欄的 Configuration 上，用 TAB 鍵進入右邊一欄中 EBDA Relocation 項上，按空格鍵將該項劃上勾號；同時進入 Enable Boot CDROM 一項上，按空格鍵將該項劃上勾號。
13 ）按 +F 進入 File 子菜單中，選擇 Set System Config 回車，系統出現
“Configuration Changes” 的提示，選擇 OK 回車，右邊 Information 一欄中的 Status ：後出現
“Building” 的字樣，表示 RAID 陣列已經開始初始化。下面的 “Progress ： ” 後顯示初始化的進度。
14 ）按  +F 出現上面的 File 的下拉菜單，選擇 Exit 退出配置界面。系統重新啓動。
15 ）如果是做 RAID10 ，首先分別將要做 RAID1 的 1,…,N 組硬盤進行 RAID1 配置，配置完成後便有 N
個邏輯盤，配置方法如上所述。隨後，將光標條移到 RAID 卡 “3200S” 的菜單項上，按 +R 選擇
Configure… 回車，出現 RAID type 的窗口，此時 RAID-1 和 RAID-5 皆已隱去。選擇 RAID-0 ， OK
回車，右邊一欄就出現：
16 ）（ 0 ， 0 ， 0 ， 0 ） DPT ? ?RAID-1
17 ）（ 0 ， 0 ， 1 ， 0 ） DPT ? ?RAID-1
18 ） …
19 ）（ 0 ， x ， x ， 0 ） DPT ? ?RAID-1
20 ）的選擇項，按空格鍵選擇將要配置成 RAID0 的邏輯盤，選擇 Done 。此時左邊一欄出現（ 0 ， 0 ， 0 ， 0 ） FW
RAID0 的菜單項。按 +F 進入 File 子菜單中，選擇 Set System Config 回車，便配置完成。
21 ） 配置 RAID50 的步驟同 10 ），只是首先配置的 N 個邏輯盤爲 RAID5 陣列。
22 ）當有 4 塊或 4 塊以上的硬盤做 RAID5 時，可以將其中的一塊硬盤設置爲 Hotspare 硬盤，設置的方法是：
A 、首先將不做 Spare 的硬盤按照上述的配置步驟配置爲 RAID5
B 、然後在左邊一欄，使光標條落到剩下的那一塊硬盤上，按 +A 激活上面的 Action 菜單，選擇其中的 Make Hotspare 回車。
C 、按 +F ，選擇 Set System Config 回車，配置完成。
5.3 RAID 陣列的管理
在 Adaptec3200S RAID 卡中，物理磁盤的狀態有下表所示的 5 種。
? ? 物理磁盤狀態 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 解釋說明
? ? ? Optimal 磁盤正常工作
? ? ? Failed 磁盤有故障
? ? ? Missing 磁盤被拔去
? ? ? Spare 磁盤作熱交換備用盤
? Rebuild initiated 磁盤正在做數據恢復
在 Storage Manager 中，通過在物理磁盤的圖形對象上，插上不同顏色的旗幟來表示這幾種狀態：
Optimal ?: ? 沒有旗幟
Failed : ? ? 紅色的旗幟
Missing ： ? ? 黑色的旗幟
Spare: ? ? ? 沒有旗幟，上面帶 “+” 字
Rebuild initiated: ? ? 白色的旗幟
在 Adaptec3200S RAID 卡中，對物理磁盤的操作有下表所示的 5 種。
對物理磁盤的操作 物理磁盤狀態
（前提條件） ? ? ? ? ? 解釋說明
? format ?Optimal 對磁盤進行低級格式化
? Fail drive ?Optimal 將磁盤變爲 Failed 狀態
? Make Optimal ?Failed 將一個原先有故障的硬盤變爲可用狀態
? Make Hot Spare ?Optimal 將一個可用的磁盤標誌爲 Spare 狀態，作熱交換備用盤使用
Remove Hot Spare ?Spare 將一個 SPARE 磁盤改變狀態，不作熱交換備用盤使用
在 Adaptec3200S RAID 卡中，對於一個已經配置完成的邏輯陣列，有以下 5 種狀態：
邏輯磁盤狀態 ? ? ? ? ? ? ? ? 解釋說明
? ? Building 該 RAID 陣列正在進行後臺初始化，此時不可有硬盤發生故障
? ? Optimal 該 RAID 陣列已經初始化完成，此時該陣列允許一個 硬盤發生故障
? ? Degraded 該 RAID 陣列有一個硬盤 Fail, 但是還可以數據恢復 ;
或者是 Build 過程被中斷，還可以繼續 Build
Reconstructing ? ? ? ? ? 該 RAID 陣列正在進行數據恢復
? ? ? Dead ? ? ? 該 RAID 陣列已經損壞，數據無法得到恢復
在 Storage Manager 中，用邏輯盤的圖形對象上的不同顏色的旗幟來表示這幾種狀態：
Building 或 Reconstructing ?: ? 蘭色的旗幟
Degraded : ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 黃色的旗幟
Dead ： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 紅色的旗幟
Optimal: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 沒有旗幟
對邏輯磁盤的操作主要有以下 3 種：
對邏輯磁盤的操作邏輯磁盤狀態 ? ? ? 解釋說明
? ? ? Build ?Degraded 將一個 RAID 陣列進行數據恢復
? ?
? Stop Bld ? Building 或
? Rebuilding 使一個正在初始化或 Rebuilding 的邏輯陣列停止初始化或數據恢復
? ? NameOptima 、 Building
或 Rebuilding ? 對一個邏輯盤進行命名
? Delete RAIDOptimal 、 Building 或 Rebuilding 將一個邏輯陣列刪除
　　 RAID 陣列的管理最常見的是在 RAID5 的陣列中，監測在 RAID 中是否有硬盤故障，如果有，用 Spare 硬盤來替換髮生故障的硬盤，重建（ Rebuilding ） RAID 。在運行管理軟件

以
後，以上過程都是自動完成的，而且時間較短，管理員只需要檢查陣列中哪一個硬盤發生了故障，將其替換掉，這是 Adaptec3200S RAID
卡的一個優點。但是如果沒有使用熱交換（ Hot spare ），那麼就需要管理員來檢查是哪一個硬盤故障，並且手工將其替換掉，隨後計算機可以通過
Bus scan 檢測到並開始 Rebuild ，但是，如果在管理員發現之前又有一塊硬盤發生了故障，那麼 RAID
無法進行重建，系統將會崩潰。所以推薦採用熱交換（ Hot spare ）方式，可以使系統得到最爲安全可靠的保護。
操作系統下安裝的 RAID 管理工具。這種方式的優點就是系統管理員可以在系統運行過程中，監視 RAID 陣列的狀態，並可以對 RAID 陣列中的磁盤或者整個邏輯陣列進行操作。
　　 對於 Adaptec3200S RAID 來說，在 WinNT 、 Win2000 和 Linux Redhat 中，有方便的 RAID
管理工具，點擊 “ 程序 ” 下的 Storage Manager 下的 Storage Manager ，會出現 RAID 管理軟件的窗口。
　　 點擊窗口中的“ Switch View” 按鈕，就可以在物理上的 SCSI 設備和邏輯上的 SCSI 設備兩種視圖之間切換。
　　 當磁盤陣列中某個磁盤發生故障了，點擊“ Switch View”
後，邏輯設備視圖中，代表該磁盤的圖形對象中會出現一個紅色的旗幟，而此時邏輯盤的圖形對象上會出現一個黃色的旗幟，表示該邏輯盤處於
Degraded 狀態。系統管理員看到這種情況，就知道應該把它替換掉，原先作爲 Spare 硬盤的圖形對象就歸入到 RAID
陣列中，邏輯盤的圖形對象上面便插上了一個蘭色的旗幟，點擊它回車便可以看到它的狀態爲 Reconstructing,
同時可以看到其進度。此時，原來 Fail 的磁盤位置更換了一個磁盤後，需要點擊其圖形對象，執行 Make Optimal 操作，把
Failed 標誌清除，隨即該磁盤也自動變爲 Spare 狀態。
　　 如果配置的 RAID 陣列中不含 Spare 硬盤，那麼系統管理員就需要手工替換上一個硬盤後，雙擊代表該磁盤的圖形對象，在 Make Optimal 之後，可以點擊 Build 按鈕，完成手工 Reconstructing