RAID卡的结构详解

　　软件RAID的缺点如此之多，使人们不断地思考更多实现RAID的方法。既然软件缺点太多，那么用硬件实现如何呢？

RAID卡就是一种利用独立硬件来实现RAID功能的方法。要在硬件上实现RAID功能，必须找一个物理硬件作为载体，SCSI卡或者主板上的南桥无疑就是这个载体了。人们在SCSI卡上增加了额外的芯片用于实现RAID功能。这些芯片是专门用来执行RAID算法的，可以是ASIC这样的高成本高速度运算芯片，也可以是通用指令CPU这样的通用代码执行芯片，可以从ROM中加载代码直接执行，也可以现在入RAM后执行，从而实现RAID功能。

　　实现了RAID功能的板卡（SCSI卡或者IDE拓展卡）就叫做RAID卡。同样，在主板南桥芯片上也可以实现RAID功能。由于南桥中的芯片不能靠CPU来完成它们的功能，所以这些芯片完全靠电路逻辑来自己运算，尽管速度很快，但是功能相对插卡式的RAID卡要弱。

　　对于软件RAID，至少操作系统最底层还是能感知到实际物理磁盘的，但是对于硬件RAID来说操作系统根本无法感知底层的物理磁盘。而只能通过厂家提供的RAID卡的管理软件来查看卡上所连接的物理磁盘。而且，配置RAID卡的时候，也不能在操作系统下完成，而必须进入这个硬件来完成（或者在操作系统下通过RAID卡配置工具来设置）。一般的RAID卡都是在开机自检的时候，进入它的ROM配置程序来配置各种RAID功能。

RAID卡的结构

　　带CPU的RAID卡俨然就是一个小的计算机系统，有自己的CPU、内存、ROM、总线和IO接口，只不过这个小计算机是为大计算机服务的。

SCSI RAID卡上一定要包含SCSI控制器，因为其后端连接的依然是SCSI物理磁盘。其前端连接到主机的PCI总线上，所以一定要有一个PCI总线控制器来维护PCI总线的仲裁、数据发送接收等功能。还需要有一个ROM，一般都是用Flash芯片作为ROM，其中存放着初始化RAID卡必须的代码以及实现RAID功能所需的代码。

　　RAM的作用，首先是作为数据缓存，提高性能；其次作为RAID卡上的CPU执行RAID运算所需要的内存空间。XOR芯片是专门用来做RAID3、5、6等这类校验型RAID的校验数据计算用的。如果让CPU来做校验计算，需要执行代码，将耗费很多周期。而如果直接使用专用的数字电路，一进一出就立即得到结果。所以为了解脱CPU，增加了这块专门用于XOR运算的电路模块，大大增加了数据校验计算的速度。

　　RAID卡与SCSI卡的区别就在于RAID功能，其他没有太大区别。如果RAID卡上有多个SCSI通道，那么就称为多通道RAID卡。目前SCSI RAID卡最高有4通道的，其后端可以接入4条SCSI总线，所以最多可连接64个SCSI设备（16位总线）。

　　RAID思想中有个条带化的概念。所谓的条带化，并不是真正的像低级格式化一样将磁盘划分成条和带。这个条带化是虚拟的，也就是体现在程序代码上。因为条带的位置、大小一旦设置之后，就是固定的。一个虚拟盘上的某个LBA地址块，就对应了真正物理磁盘上的一个或者多个LBA块，这些映射关系都是预先通过配置界面设定好的。而且某种RAID算法往往体现为一些复杂公式，而不是去用一张表来记录每个虚拟磁盘LBA和物理磁盘LBA的对应，用表的效率会很差。因为每个IO到来之后，RAID都要查询这个表来获取对应物理磁盘的LBA，而查询速度是非常慢的，更何况面对如此大的一张表。如果用一个逻辑LBA与物理LBA之间的函数关系公式来做运算，则速度是非常快的。

　　正是因为映射完全通过公式来进行，所以物理磁盘上根本不用写入什么标志，以标注所谓的条带。条带的概念只是逻辑上的，物理上并不存在。所以，条带等概念只需“记忆”在RAID程序代码之中就可以了，要改变也是改变程序代码即可。唯一要向磁盘上写入的就是一些RAID信息，这样即使将这些磁盘拿下来，放到同型号的另一块RAID卡上，也能无误地认出以前做好的RAID信息。SNIA协会定义了一种DDF RAID信息标准格式，要求所有RAID卡厂家都按照这个标准来存放RAID信息，这样，所有RAID卡就都通用了。