信息存储技术.pptx
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1、信息存储技术,1/98,引言,什么信息需要存储?采用什么技术实现信息存储?有怎样的信息存储的设备?,2/98,引言,思考:假如有100T数据,买 100G大小的磁盘,需要1000个!如何把1000个磁盘连接起来?如果用一般的PC,需要250台!数据存放起来了,如何管理和使用?性能如何?当设备损坏或发生事故时如何应对?,3/98,内容提要,6.1.信息存储的需求6.2.信息存储技术6.3.存储容灾和备份,4/98,6.1.信息存储的需求,信息存储概念信息存储是针对所采集的信息进行科学有序的存放、保管,以便使用的过程。三层含义:将所采集的信息,按照一定规则,记录在相应的信息载体上;将这些信息载体,
2、按照一定的特征和内容性质组成系统有序的、可供自己或他人检索的集合体;应用计算机等先进的技术和手段,提高信息存储的效率和利用水平。,5/98,6.1.信息存储的需求,信息存储作用:在企业或组织需要信息的时候,能够及时地获取这些信息,并经加工处理后为控制、管理与决策服务。存储的信息可以供企业或组织的全体人员共享,并可以重复使用,提高信息的利用率。信息的历史性特点也要求将信息予以保存,以便从同一事物不同历史阶段的信息中分析、探讨该事物的发展规律,供管理决策时使用。,6/98,6.1.信息存储的需求,信息存储需要解决的几个主要问题容量速度易于管理安全:容灾与备份可扩展性,7/98,6.2.信息存储的技
3、术,信息存储的介质 信息存储的介质包括:纸介质;缩微胶片;磁介质;光介质。,8/98,6.2.信息存储的技术,信息存储设备 目前,常用的信息存储设备有:磁带、磁带库 磁盘、磁盘阵列 光盘、光盘塔、光盘库,9/98,6.2.信息存储的技术,信息存储设备-磁带库,10/98,6.2.信息存储的技术,信息存储设备-磁带库广义的磁带库产品包括自动加载磁带机和磁带库。自动加载磁带机和磁带库实际上是将磁带和磁带机有机结合组成的。自动加载磁带机是一个位于单机中的磁带驱动器和自动磁带更换装置,它可以从装有多盘磁带的磁带匣中拾取磁带并放入驱动器中,或执行相反的过程。它可以备份PB=106GB数量级的数据。自动加
4、载磁带机能够支持例行备份过程,自动为每日的备份工作装载新的磁带。一个拥有工作组服务器的小公司或分理处可以使用自动加载磁带机来自动完成备份工作。,11/98,6.2.信息存储的技术,信息存储设备-磁盘阵列,12/98,6.2.信息存储的技术,信息存储设备-磁盘阵列磁盘阵列简称RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks,RAID),有“价格便宜且多余的磁盘阵列”之意。其原理是利用数组方式来作磁盘组,配合数据分散排列的设计,提升数据的安全性。磁盘阵列主要针对硬盘,磁盘阵列是由很多便宜、容量较小、稳定性较高、速度较慢磁盘,组合成一个大型的磁盘组。利用个别磁盘提
5、供数据所产生的加成效果来提升整个磁盘系统的效能。同时,在储存数据时,利用这项技术,将数据切割成许多区段,分别存放在各个硬盘上。,13/98,6.2.信息存储的技术,信息存储设备-光盘库,14/98,6.2.信息存储的技术,信息存储设备-光盘库光盘库是一种带有自动换盘机构(机械手)的光盘网络共享设备。光盘库一般由放置光盘的光盘架、自动换盘机构(机械手)和驱动器三部分组成。光盘库一般配置有114台驱动器,可容纳 45690片光盘,每个盘仓可容纳15或50片光盘,分为智能热插拔式盘仓和普通盘仓,这样一是可方便光盘的存放和取用,二是直接构成了三级存储的近线和离线的搭配结构。光盘库通过高速SCSI端口与
6、网络服务器相联,光盘驱动器通过自身接口与主机交换数据。用户访问光盘库时,自动换盘机构首先将驱动器中的光盘取出并放置到盘架上的指定位置,然后再从盘架中取出所需的光盘并送入驱动器中。自动换盘机构(机械手)的换盘时间通常在秒级。,15/98,6.2.信息存储的技术,常用的存储设备接口IDE:Integrated Drive Electronics,电子集成驱动器SCSI:Small Computer System Interface,小型计算机系统接口FC:Fiber Channel 光线通道,16/98,6.2.信息存储的技术,SCSI接口技术SCSI(Small Computer System
7、Interface),小型计算机系统接口;并行SCSI使得I/O总线不再是系统的瓶颈,可以使系统具有更高的输入/输出性能;SCSI提供的高质量信号支持可靠、持续的数据传输速率;SCSI比IDE速度快,因为SCSI接口卡中自带CPU;SCSI支持热插拔;SCSI支持多硬盘。,17/98,6.2.信息存储的技术,硬盘接口技术光纤通道(FibreChannel):和SCSI接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术,是专门为网络系统设计的,但随着存储系统对速度的需求,才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的,它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。光纤
8、通道的主要特性有:热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计,能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。,18/98,6.2.信息存储的技术,FC特点光纤通道技术是结合了通道技术和网络技术的优点。通道技术是硬件密集型技术,可以在缓冲区间快速传输大量的数据。网络技术是软件密集型技术,数据包可以在网络上被路由到许许多多设备中的某一个上;性能高:目前最高速度是10Gb/s;传输距离更远,一般可以达到10km以上,而SCSI才25m;可扩展能力强;稳定性和可靠性好
9、。,19/98,6.2.信息存储的技术,信息存储方式传统存储(直接存储)网络存储,20/98,6.2.信息存储的技术,直接连接存储直接连接存储(DAS,Direct Attached Storage)是数据存储领域产生最早、发展时间最长的传统数据存储方式。直接连接存储是将磁盘存储设备直接通过电缆连接到服务器的方式。它主要应用于单机或两台主机的集群环境中。主要优点是存储容量扩展简单,投入成本少,见效快。,21/98,图:传统的客户/服务器结构,22/98,网络,6.2.信息存储的技术,6.2.信息存储的技术,23/98,6.2.信息存储的技术,企业存储大容量的装置就是磁盘阵列(Disk Arra
10、y)SAN=Fiber Disk ArrayDAS,SAN,NAS皆以Disk Array为核心技术。DAS,SAN,NAS的分类,并非企业考虑存储应用的关键。,24/98,图:大容量存储装置-Disk Array,6.2.信息存储的技术,硬盘阵列技术RAID(Redundant Array of Independent Disks)由于磁盘的存取速度跟不上CPU的处理速度.从而使磁盘成为提高服务器I/O能力的一个瓶颈。为解决计算机CPU的高速和磁盘的低速之间日益加剧的矛盾,1987年美国加利福尼亚大学伯克利分校的帕特森教授等人提出了RAID(Redundant Array of Indepe
11、ndent Disks)的概念。其技术思想是:利用现有的小型廉价磁盘,把多个磁盘按一定的方法组成一个磁盘阵列,通过一些硬件技术和一系列的调度算法,使得整个磁盘阵列对用户来说,就像是在使用一个容量很大、而可靠性和速度非常高的大型磁盘。,25/98,6.2.信息存储的技术,硬盘阵列技术RAID(Redundant Array of Independent Disks)RAID有许多特点。首先,提高了存储容量,可以将多块硬盘组织起来,就像对一块硬盘那样进行读取操作;其次,多台磁盘驱动器可并行工作,提高了数据传输率,可以成倍地提高硬盘的数据读取速率,满足并发的数据访问请求;第三,由于有校验技术,提高了
12、可靠性。,26/98,6.2.信息存储的技术,硬盘阵列技术RAID(Redundant Array of Independent Disks)对于RAID1和RAID5阵列而言,当有一块硬盘损坏时,利用其他盘可以重新恢复出损坏盘上原来的数据,而不影响系统的正常工作,并可以在带电状态下更换已损坏的硬盘(即热插拔功能),阵列控制器会自动把重组数据写入新盘,或写入热备份盘而将新盘用做新的热备份盘。另外,磁盘阵列通常配有冗余设备,如电源和风扇,以保证磁盘阵列的散热和系统的可靠性。目前,常用的RAID类型可分为RAID0、RAID1、RAID3、RAID5等。,27/98,6.2.信息存储的技术,硬盘阵
13、列技术RAID(Redundant Array of Independent Disks)RAID技术是一种工业标准,各厂商对RAID级别的定义也不尽相同。目前对RAID级别的定义可以获得业界广泛认同的有4种,RAID 0、RAID 1和RAID 5。,28/98,6.2.信息存储的技术,硬盘阵列技术RAID(Redundant Array of Independent Disks)RIAD 0,数据分割RIAD 1,磁盘镜像RIAD 5,硬盘分割,29/98,6.2.信息存储的技术,硬盘阵列技术RAID(Redundant Array of Independent Disks)RAID 0是
14、无数据冗余的存储空间条带化,具有成本低、读写性能极高、存储空间利用率高等特点;适用于Video/Audio信号存储、临时文件的转储等对速度要求极其严格的特殊应用;但由于没有数据冗余,其安全性大大降低,构成阵列的任何一块硬盘的损坏都将带来灾难性的数据损失。,30/98,6.2.信息存储的技术,硬盘阵列技术RAID(Redundant Array of Independent Disks)RAID 1是两块硬盘数据完全镜像,安全性好,技术简单,管理方便,读写性能均好。但它无法扩展(单块硬盘容量),数据空间浪费大,严格意义上说,不应称之为“阵列”。,31/98,6.2.信息存储的技术,硬盘阵列技术R
15、AID(Redundant Array of Independent Disks)RIAD 5,硬盘分割,RAID 5是目前应用最广泛的RAID技术。各块独立硬盘进行条带化分割,相同的条带区进行奇偶校验(异或运算),校验数据平均分布在每块硬盘上。以n块硬盘构建的RAID 5阵列可以有n1块硬盘的容量,存储空间利用率非常高。任何一块硬盘上的数据丢失,均可以通过校验数据推算出来。RAID 5具有数据安全、读写速度快,空间利用率高等优点,应用非常广泛,但不足之处是如果1块硬盘出现故障以后,整个系统的性能将大大降低。,32/98,6.2.信息存储的技术,直接连接存储模式存在诸多弊端:存储设备只能与一台
16、服务器直接连接,只由这台服务器使用。用户要备份数据和存储数据,都要占用服务器CPU的时间,从而降低了服务器的管理效能。随着服务器的增多,数据管理会越来越复杂,工作量不断增加。如果增加存储设备,扩展存储容量,需要对服务器进行重新配置,这样做容易中断业务连续性,造成数据丢失。,33/98,图:直接存储(DAS,Directly Attached Storage),34/98,6.2.信息存储的技术,6.2.信息存储的技术,网络存储技术 自二十世纪末开始,存储技术的发展进入“存储网络”(Storage Network)时代。它将存储设备从应用服务器中分离出来,进行集中管理。存储网络具有以下特点:存储
17、设备与主机之间是多对多的关系统一性:在逻辑上是完全一体的,实现数据的集中管理面向网络应用,容易扩充,伸缩性强共享存储系统关键技术:带宽,35/98,6.2.信息存储的技术,网络存储,36/98,我校邮件服务器提供的网络存储功能,6.2.信息存储的技术,网络存储与传统存储的比较存储系统的独立性数据共享的难易程度高速的数据传输更大的存储容量中心化数据管理 多种多样的存储介质,37/98,6.2.信息存储的技术,网络数据存储方式网络连接存储(NAS)存储区域网络(SAN),38/98,6.2.信息存储的技术,39/98,图:网络连接存储(NAS)的系统结构,6.2.信息存储的技术,40/98,图:简
18、化存储管理的关键-Windows Storage Server,6.2.信息存储的技术,网络连接存储 NAS存储方式具有如下特点:可附加大容量存储,内嵌操作系统。仅仅提供存储服务,降低了存储设备的成本。特别适合于处理来自网络的I/O请求,不仅响应速度快,而且数据传输速率也很高。可以提供完全跨平台文件混合存储功能。其安装简便,友好的图形管理界面以及在线扩容能力,大大方便了网络管理人员的工作。,41/98,6.2.信息存储的技术,网络连接存储网络连接存储(NAS,Network Attached Storage)是一种基于局域网的,在存储设备端提供基于网络访问的文件级服务的网络存储技术。其体系结构
19、如图9.1所示。图中,RAID(Redundant Array of Inexpensive Disk)是廉价磁盘冗余阵列,此外也可根据需要采用前述其它存储设备。,42/98,图:NAS体系结构,6.2.信息存储的技术,存储区域网络存储区域网络(SAN,Storage Area Network)位于服务器后端,为连接服务器、存储设备而建立起一个专用数据网络,提供数据存储服务。其体系结构如下图所示。,43/98,图:SAN体系结构,SAN特别适合于服务器集群、灾难恢复等大数据量传输的领域。,44/98,图:存储局域网(SAN)的基本结构,6.2.信息存储的技术,45/98,图:存储局域网SAN的
20、一般应用,6.2.信息存储的技术,6.2.信息存储的技术,46/98,DAS、NAS、SAN比较DAS(Direct Attached Storage)NAS(Network Attached Storage)SAN(Storage Area Network),47/98,图:几种存储模式的比较,6.2.信息存储的技术,6.2.信息存储的技术,48/98,图:连接存储的三种方式的比较,6.2.信息存储的技术,49/98,DELL 存储系统产品组合,6.2.信息存储的技术,50/98,图:存储方案的经济扩展架构,6.3.存储容灾和备份,备份和容灾的概念备份和容灾的相关技术备份和容灾的解决方案,5
21、1/98,为什么要考虑备份和容灾?数据:企业的生命,52/98,6.3.存储容灾和备份,6.3.存储容灾和备份,53/98,服务器是企业运转的基石 WWW服务器,每月有几万或几十万人了解到相关的信息;邮件服务器,企业内外平均每天要成百上千封邮件的交流;数据库服务器,应用程序正常运行的后台保障;媒体服务器,辅助业务系统的一个重要部分;文件服务器,几百GB或上TB级的文件存储容量;其它服务器这些基石有时会出现问题硬件故障;软件故障;误操作;病毒入侵;意外事故;,6.3.存储容灾和备份,为什么要考虑备份和容灾硬件故障软件故障误操作病毒入侵保留历史记录发生灾难性事件,54/98,完整备份和容灾系统的组
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