基本介紹
- 中文名：並行輸入輸出
- 外文名：Parallel input output
- 學科：計算機
- 定義：I/O設備能同時進行輸入輸出操作
- 有關術語：廉價磁碟冗餘陣列
- 領域：計算機系統
簡介,並行性,廉價磁碟冗餘陣列,並行交叉存取,RAID 的分級,RAID 的優點,
簡介
計算機系統的一個重要組成部分是 I/O 系統。在I/O 系統中，最頻繁是進行輸入輸出操作，這也是I/O 系統最重要的功能。並行輸入輸出一般是指設備能同時進行輸入輸出操作。這裡並行輸入輸出並不是只指外存設備實現輸出輸入操作的並行，在記憶體上也可以實現並行輸入輸出，例如，雙連線埠DRAM（動態隨機存取存儲器）有兩個獨立的數據連線埠，可以分別進行數據的輸入和輸出，其中一個可以直接由CPU存取，另一個連線埠可以獨立地被其他部件經過直接存取，這樣雙連線埠DRA可以實現並行輸入輸出。並行輸入輸出在一定程度上提高了系統效率，把主機從繁雜的 I/O 控制事務中解脫出來，以便更多地去完成數據處理任務。
並行性
並行性是指計算機系統具有可以同時進行運算或操作的特性，在同一時間完成兩種或兩種以上工作。它包括同時性與並發性兩種含義。同時性指兩個或兩個以上事件在同一時刻發生。並發性指兩個或兩個以上事件在同一時間間隔發生。
計算機中提高並行性的措施多種多樣，就是基本思想而言，可以歸納為如下3條途徑：
（1）時間重疊。相鄰處理過程在時間上錯開，輪流重疊使用同一套硬體的各部分。
（2）資源重複。重複設定硬體資源提高可靠性和性能。
（3）資源共享。讓多個用戶按照一定的時間順序輪流使用同一套資源，提高資源利用率。
廉價磁碟冗餘陣列
廉價磁碟冗餘陣列(RAID， Redundant Array of Inexpensive Disk)是 1987 年由美國加利福尼亞大學伯克萊分校提出的，現在已開始廣泛地套用於大、中型計算機系統和計算機網路中。它是利用一台磁碟陣列控制器，來統一管理和控制一組(幾台到幾十台)磁碟驅動器，組成一個高度可靠的、快速的大容量磁碟系統。
並行交叉存取
為了提高對磁碟的訪問速度，已把在大、中型機中套用的交叉存取(Interleave)技術套用到了磁碟存儲系統中。在該系統中，有多台磁碟驅動器，系統將每一盤塊中的數據分為若干個子盤塊數據，再把每一個子盤塊的數據分別存儲到各個不同磁碟中的相同位置上。在以後，當要將一個盤塊的數據傳送到記憶體時，採取並行傳輸方式，將各個盤塊中的子盤塊數據同時向記憶體中傳輸，從而使傳輸時間大大減少。例如，在存放一個檔案時，可將該檔案中的第一個數據子塊放在第一個磁碟驅動器上；將檔案的第二個數據子塊放在第二個磁碟上；……；將第 N 個數據子塊，放在第 N 個驅動器上。以後在讀取數據時，採取並行讀取方式，即同時從第 1～N 個數據子塊讀出數據，這樣便把磁碟 I/O 的速度提高了 N-1 倍。
RAID 的分級
RAID 在剛被推出時，是分成 6 級的，即 RAID 0 級至 RAID 5 級，後來又增加了 RAID6 級和 RAID 7 級。
(1) RAID 0 級。本級僅提供了並行交叉存取。它雖能有效地提高磁碟 I/O 速度，但並無冗餘校驗功能，致使磁碟系統的可靠性不好。只要陣列中有一個磁碟損壞，便會造成不可彌補的數據丟失，故較少使用。
(2) RAID 1 級。它具有磁碟鏡像功能，例如，當磁碟陣列中具有 8 個盤時，可利用其中 4 個作為數據盤，另外 4 個作為鏡像盤，在每次訪問磁碟時，可利用並行讀、寫特性，將數據分塊同時寫入主盤和鏡像盤。故其比傳統的鏡像盤速度快，但其磁碟容量的利用率只有 50%，它是以犧牲磁碟容量為代價的。
(3) RAID 3 級。這是具有並行傳輸功能的磁碟陣列。它利用一台奇偶校驗盤來完成數據的校驗功能，比起磁碟鏡像，它減少了所需要的冗餘磁碟數。例如，當陣列中只有 7 個盤時，可利用 6 個盤作數據盤，一個盤作校驗盤。磁碟的利用率為 6/7。RAID 3 級經常用於科學計算和圖像處理。
(4) RAID 5 級。這是一種具有獨立傳送功能的磁碟陣列。每個驅動器都各有自己獨立的數據通路，獨立地進行讀/寫，且無專門的校驗盤。用來進行糾錯的校驗信息，是以螺旋(Spiral)方式散布在所有數據盤上。RAID 5 級常用於 I/O 較頻繁的事務處理中。
(5) RAID 6 級和 RAID 7 級。這是強化了的 RAID。在 RAID 6 級的陣列中，設定了一個專用的、可快速訪問的異步校驗盤。該盤具有獨立的數據訪問通路，具有比 RAID 3 級及RAID 5 級更好的性能，但其性能改進得很有限，且價格昂貴。RAID 7 級是對 RAID 6 級的改進，在該陣列中的所有磁碟，都具有較高的傳輸速率和優異的性能，是目前最高檔次的磁碟陣列，但其價格也較高。
RAID 的優點
RAID 自 1988 年問世後，便引起了人們的普遍關注，並很快地流行起來。這主要是因為 RAID 具有下述一系列明顯的優點：
(1) 可靠性高。RAID 最大的特點就是它的高可靠性。除了 RAID 0 級外，其餘各級都採用了容錯技術。當陣列中某一磁碟損壞時，並不會造成數據的丟失，因為它既可實現磁碟鏡像，又可實現磁碟雙工，還可實現其它的冗餘方式。所以此時可根據其它未損壞磁碟中的信息，來恢復已損壞的盤中的信息。它與單台磁碟機相比，其可靠性高出了一個數量級。
(2) 磁碟 I/O 速度高。由於磁碟陣列可採取並行交叉存取方式，故可將磁碟 I/O 速度提高 N-1 倍(N 為磁碟數目)。或者說，磁碟陣列可將磁碟 I/O 速度提高數倍至數十倍。
(3) 性能/價格比高。 利用 RAID 技術來實現大容量高速存儲器時， 其體積與具有相同容量和速度的大型磁碟系統相比，只是後者的 1/3，價格也只是後者的 1/3，且可靠性高。換言之，它僅以犧牲 1/N 的容量為代價，換取了高可靠性；而不像磁碟鏡像及磁碟雙工那樣，須付出 50%容量的代價。
