RAID-Implementierung und -Konfiguration in Betriebssystemen
Aug 09, 2025Einige Programme werden direkt auf dem Host-Computer geschrieben und laufen auf der untersten Ebene des Betriebssystems. Mithilfe des Big-Dipper-Konzepts virtualisieren sie die physischen Festplatten des SCSI- oder IDE-Controllers des Hosts in verschiedene virtuelle Festplatten, die dann übergeordneten Programmierschnittstellen wie Volume-Management-Programmen zur Verfügung gestellt werden. Diese Softwareprogramme verwenden ein Konfigurationstool, mit dem Benutzer auswählen können, welche Festplatten kombiniert werden sollen und welche Art von ÜBERFALL Konfiguration zu bilden.
Beispielsweise kann ein Computer mit zwei IDE-Laufwerken und vier SCSI-Laufwerken ausgestattet sein. Die IDE-Laufwerke sind direkt an die integrierte IDE-Schnittstelle des Motherboards angeschlossen, während die SCSI-Laufwerke an eine PCI-SCSI-Karte angeschlossen sind. Ohne die Verwendung eines RAID-Programms kann das System alle sechs Laufwerke erkennen, sie mit dem Dateisystem formatieren und sie für den Lese-/Schreibzugriff von Anwendungen einem Laufwerksbuchstaben oder Verzeichnis zuordnen.
Nach der Installation des RAID-Programms konfiguriert der Benutzer die beiden E-Laufwerke über die Konfigurationsoberfläche zu einem RAID 0-System. Wenn jedes IDE-Laufwerk ursprünglich eine Kapazität von 80 GB hatte, erstellt die RAID 0-Konfiguration eine einzelne „virtuelle“ Festplatte mit einer Kapazität von 160 GB. Anschließend konfiguriert der Benutzer ein RAID 5-System mit vier SCSI-Laufwerken. Wenn jedes SCSI-Laufwerk ursprünglich eine Kapazität von 73 GB hatte, entspricht die virtuelle Festplattenkapazität nach der Konfiguration der vier Laufwerke in RAID 5 etwa der Kapazität von drei Laufwerken, also 216 GB.
Da das RAID-Programm einen Teil des Speicherplatzes zum Speichern von RAID-Informationen nutzt, reduziert sich die tatsächliche Kapazität. Nach der Verarbeitung durch das RAID-Programm werden diese sechs Laufwerke letztendlich auf zwei virtuelle Laufwerke reduziert. In Windows werden beim Öffnen der Datenträgerverwaltung nur zwei Festplatten angezeigt: eine mit einer Kapazität von 160 GB (Festplatte 1) und die andere mit einer Kapazität von 219 GB (Festplatte 2). Diese beiden Laufwerke können dann beispielsweise mit dem Dateisystem NTFS formatiert werden. Das Formatierungsprogramm merkt dabei nicht, dass die Daten auf mehrere physikalische Laufwerke geschrieben werden.
Beispielsweise gibt das Formatierungsprogramm zu einem bestimmten Zeitpunkt einen Befehl aus, um Daten von der Speicherstartadresse X zur LBA-Startadresse 10000 und der Länge 128 auf Festplatte 1 (einem virtuellen RAID 0-Laufwerk, das aus zwei IDE-Laufwerken besteht) zu schreiben. Das RAID-Programm fängt diesen Befehl ab und analysiert ihn. Wenn Festplatte 1 ein RAID 0-System ist, berechnet die RAID-Engine die Daten für die 128 Sektoren ab LBA 10000, ordnet die logischen LBAs den physischen LBAs der physischen Festplatten zu und schreibt die entsprechenden Daten auf die physischen Festplatten. Nach dem Schreiben erhält der Formatierer ein erfolgreiches Schreibsignal und fährt mit dem nächsten I0 fort. Dieser Prozess verschleiert die Kenntnis des übergeordneten Programms über die zugrunde liegenden physischen Festplattendetails. Andere RAID-Konfigurationen funktionieren auf die gleiche Weise, wenn auch mit komplexeren Algorithmen. Selbst diese komplexen Algorithmen, wenn sie vom CPU, sind tausende oder sogar zehntausende Male schneller als die Lese- und Schreibgeschwindigkeit von Festplatten.
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