精實新聞 2002-09-18 10:09:05 記者 徐玉君 報導

資料備援產品的產生
資料備援產品的運用而生，主要是因應硬碟機效能無法追上CPU與記憶體技術的日新月異，為了彌補當中的差距所提出的替代方案，稱之為RAID(Redundant Array of Independence Disk)，中文翻譯為「容錯式獨立磁碟陣列」。其主要概念即是把多顆獨立的硬碟組合起來形成一個硬碟組，以提供比單顆更安全或更高性能的技術。而依加速、備份、容錯等不同的功能，磁碟陣列的等級分為從RAID 0到RAID 5。

何謂RAID？
RAID就是將數顆實體硬碟(Physial)串接或併接以組成一個大的虛擬硬碟(或稱邏輯硬碟，Logical/Virtral)，並可依需要利用同一位元檢核的技術，提供資料容錯功能，由於RAID將資料切割成許多區塊，因此寫入或是讀取資料時，對多顆硬碟同時進行存取﹔實體硬碟的數目越多，存取的速度越快，RAID的出現，使得硬碟在執行速度與性能上大為提高，且RAID的好處包括：提昇資料讀取效能、提昇資料保存的安全性、使用者可依需求，設定不同等級的RAID，運用上極具彈性、支援熱抽換(Hot Swap)和熱備援(Hot Spare)並具備自動資料重建的能力。

而磁碟陣列控制器(Controller)是整個系統的核心，從外觀上來看與主機板或是繪圖卡沒有太大差別，RAID Controller以PCB為載體，並將CPU、ASIC、I/O Chip、Ｆlash Ram、Dram、Sram等元件置於其上，再搭配硬碟、電源供應器與機殼所組成，與主機連接的介面為內接式及外接式兩種，內接式的磁碟陣列控制卡直接插入主機板上的PCI或是SCSI插槽，連到磁碟機後直接放在機殼內﹔外接式的磁碟陣列控制器則是安裝在磁碟櫃中，輸出端連接磁碟櫃內的磁碟機，輸入端則接到主機的介面卡。

RAID分五種等級
依據儲存資料方式的不同，RAID支援的等級也包括從RAID Level 0到RAID Level 5等五種。
RAID Level 0：由兩顆以上的硬碟組成，只是單純以提高資料存取速度為目的。
RAID Level 1：又稱為磁碟鏡像(Disk Mirroring)，是一種以安全性為主要考量的應用。當然為了兼具速度及安全性，也發展出RAID Level 0+1。
RAID Level 3／RAID Level 4：係由三顆以上硬碟組成，同位元檢查資料放在第一顆硬碟，通常稱為同位碟(Parity Disk)，在寫入資料前，控制器先將資料分割為數個區段，並計算出同位檢核位元或位元組，以提供資料容錯效果，主要應用在繪圖或是影像處理等需要進行大量讀寫的工作，RAID Level 3與RAID Level 4大部份的特性相同，只是計算區段單位不同，RAID Level 3以bit或是byte為計算單位，RAID Level 4則是以block為計算單位。

RAID Level 5：稱為「輪轉同位型陣列」(Rotating Parity Array)，RAID Level 5具備了備援(Spare)的概念，除了均是將資料切割後再寫入硬碟，但是在檢查碼資料儲存的方式不同，只要有任一硬碟損壞時，控制器會從每一顆存有檢查碼的硬碟自動重建故障硬碟上的資料，將資料寫回硬碟中。

由於磁碟陣列控制器產品並不是一個消費性市場，所以不像PC相關產品有通用的工業標準，「量身訂作」的元件才能將效能發揮到極限，RAID 0至RAID 5中的演算法則是和BIOS一併寫入Flash，演算法的設計，關係到資料儲存與備份的能力，也是廠商間技術水準的比較指標。

整體而言，CPU掌握資料的運算，RAID的演算法則是以韌體的方式寫入Flash，因此，CPU、ASIC、Flash三者的配合攸關整體控制器的表現，廠商的軟體功力決定了演算法的設計，廠商若欲在RAID領域發展，元件的整合能力是成敗的關鍵。

RAID對個人來說功能已綽綽有餘，但對於企業用戶而言，複雜的檔案管理需求，已經不是RAID可以滿足，因此針對企業用戶設計的儲存系統也運而生。依照資料儲存媒體的特性及存取資料的效率而言，備援系統可分為Off-Line、Near-Line、On-Line三種。

Off-Line又稱異地備援：主要透過兩種方式進行備份，一是將資料存在磁帶機後，將磁帶存放到安全的地方，另一種則是透過光纖通道(或其他寬頻網路)連接到遠端的機房儲存資料。
Near-Line：利用光碟機、光碟櫃或是Mo機等常用的儲存設備，儲存非即時需求的資料，操作難度低、建構成本低、維護也容易。
On-Line：則是利用RAID，在利用電腦或伺服器的同時，提供即時的檔案備份，當電腦或是硬碟損壞時，可以利用另一顆磁碟將資料還原。

若就伺服器主機與儲存系統間資料存取通道的種類，又可區分為DAS(Direct Attached Storage，直接附加儲存裝置)、NAS(Network Attathed Storage，網路附加儲存裝置)、SAN(Storage Area Network，儲存區域網路)三種。

DAS：是最早被企業應用的儲存裝置，儲存設備透過SCSI介面連接負責存取的伺服器，提供較IDE介面更快的存取效能，用戶端再透過伺服器存取資料。不過，DAS的資料庫採取分散式架構，也就是儲存設備和用戶端無法同步進行資料備份，當需要備份大量檔案時，會吃掉網路頻寬及伺服器資源，進而影響系統運作效率。

基於DAS在擴充性與資料集中性有所缺陷，因此出現了NAS及SAN的概念產品。

NAS：是獨立於網路上的儲存裝置，使用時只要設好IP即可。不過仍限制於網路頻寬的要求，由於資料存取同時需要網路頻寬，使用者若需處理區域網路內的大量資料，運作效能上仍會受到影響。不過由於NAS最主要的概念就是網路上共享資源儲存，NAS即是一個專門負責儲存的機器，其中包含了簡易運算單元和記憶單元，內建的作業系統與軟體提供檔案管理的功能，透過Web-Base的介面IP設定好，即可在區域網路上即插即用。使用者只要透過瀏覽器，皆可透過統一的介面對NAS進行設定與監控，NAS跨平台的作業能力，降低為適應不同平台而增構伺服器的成本，而原有的伺服器可以專職進行儲存以外的功能，使伺服器發揮應有的效能。

再加上NSA走的是Windows或是Linux的作業平台，又是架構在TCP/IP的基礎上，國內廠商對相關技術的著墨也較多，進入的門檻也相對較低。

而SAN：利用交換器、光纖通道(Fibre Channel)與伺服器相互連結，基本概念在於將各儲存媒體結合成一個獨立網路，由於資料存取在不同的網路上進行，因此區域網路內的資源不會互相干擾，光纖通道的傳輸速率可高達100MB/s，最大延伸距離可達10公里，伺服器與儲存系統可放在不同的地方，可連接多台且跨平台的伺服器，加上不需利用到企業內部網路，因此可以保有網路頻寬效能。而目前SAN的連接方式有集中式與分散式兩種，集中式是將多台伺服器連到一台儲存設備，分散式是多台伺服器連接到多台儲存設備。

不過建構SAN時，光纖通道的規格並無統一的業界標準，不像NAS利用發展成熟的TCP/IP，因此，不同系統供應商的產品相容性上有待克服。加上SAN的建構成本十分昂貴，包括具光纖通道功能的PCI介面卡、光纖集線器、光纖交換器等，這些設備動輒數百萬元到數千萬元不等，對於預算有限的使用者而言，無非築起一道難以跨越的門檻。

因此，NAS成為國內廠商較具跨入門檻的產品市場，該項產品目前分為低階、中階、高階三類，主要以市場區隔、產品功能作為區分的標準。

低階產品：入門級的NAS將兩個以上的IDE硬碟組成RAIE 0或是RAID 1，提供基本資料備份或是加速存取功能，入門的產品主要瞄準SOHO市場或是人力財力有限的中小型企業，通常這兩類用戶較缺乏MIS及IT的技術與人力，嵌入式的設計可以省卻額外維護成本，入門級的產品也是目前國內廠商最有機會的市場。
中階產品：最多可連接7顆IDE或是SCSI的硬碟，並可組成RAID 0與RAID 5，提供更完整的資料保護，由於中階NAS具備熱插拔的功能，所以可視需要使用外接式或是內建式的儲存媒體進行備份。
高階產品：高階NAS最大可擴充至100顆SCSI或是FC(Fibre Channel)硬碟，擴充性較中低階NAS為佳，但是儲存管理軟體操作相當複雜，也需要專業人員進行維護，目前EMC、Net Appliance等國際大廠是高階NAS主要供應商。