网络服务器技术.ppt

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1、第七章 网络服务器技术,7.1 网络服务器7.2 RAID技术基础7.3 RAID技术选择解决方案7.4 网络存储,7.1 网络服务器,网络服务器是最重要的网络资源设备，对整个网络上的用户提供诸如文件共享、打印共享、数据库、WWW、E-mail等一系列服务是网络服务器的重要功能。一般来讲，服务器定义为：在以网络为中心的计算机环境中为网上用户提供共享资源(包括查询、存储、计算等)的主设备。,7.1.1 网络服务器的分类,1.按用途划分：文件打印服务器网络服务器数据库服务器文件服务器。2.按处理器类型划分：CISC（复杂指令集计算）服务器 RISC（精简指令集计算）服务器 小型机服务器。,3.按网

2、络应用规模划分：4.按系统体系结构划分：,UMA（通用内存访问）即SMP（对称 多处理器）体系结构 NUMA（非通用内存访问）体系结构。,入门级服务器 工作组级服务器 部门级服务器 企业级服务器,5.按服务器结构划分塔式机架式刀片式机柜式,7.1.2 影响服务器性能和稳定的因素,中央处理器（CPU）1.CPU的性能因素（1）CPU的数据总线宽度。数据总线的宽度决定CPU在一个处理周期内能存取的信息量，总线越宽，性能越好。目前的奔腾系列为64位数据总线。（2）CPU的时钟速度。数据总线能决定在一个周期内有多少数据是可存取的，而时钟速度能决定这些周期发生的频率。通常以MHz、GHz来度量时钟速度。

3、目前的P4可达3.4GHz。2.高速缓冲存储器(Cache)高速缓冲存储器一般简称为高速缓存，它比主存(RAM)快许多，在CPU和RAM之间承担高速缓冲作用。高速缓冲存储器容量越大，CPU传递信息的效率越高。,系统内存 由于CPU速度的不断提高，对于高性能系统的需求也不断增加。采用先进的内存技术如同步模式(SDRAM)、DDR技术，以及采用较大的内存容量可以提高整个服务器的性能。硬盘和硬盘控制器 硬盘是文件服务器中最容易出故障的部分。服务器的硬盘配置对服务器的总体效率和可靠性具有关键性的影响。选择硬盘主要从硬盘的容量、性能、价格和硬盘的接口等几个方面考虑。硬盘的性能主要由以下因素决定：1）旋转

4、速率2）平均寻道时间3）平均存取时间4）数据传输率,随机存取存储器 1）存储器性能 存储器性能的高低是以下各种因素的综合结果：CPU数据总线的时钟速度、CPU数据总线的宽度、等待状态的数目、存储器芯片的速度。2）存储器故障检验与校正（ECC）,系统总线 系统总线对提高服务器传递信息的效率起重要作用。和CPU一样，影响系统总线性能的因素也有两个：系统总线的宽度和系统总线的时钟频率。服务器中的系统总线分为服务器内部I/O总线和服务器外部I/O总线。服务器的内部I/O总线主要有ISA，EISA，VL-Bus和PCI等4种总线。现在最常用的是PCI总线。硬盘与主机的连接是通过外部I/O总线实现的。目前

5、常用的外部I/O总线主要有ATA/EIDE和SCSI两种。,7.1.3 服务器系统中的主要技术,1.对称多处理技术 对称多处理(SMP)是为了弥补单个CPU处理能力不足而引入的一种体系结构，是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU)，各CPU之间共享内存子系统和总线结构。虽然同时使用多个CPU，但是从管理的角度来看，它们的表现就像一台单机一样。目前常见的SMP有两种结构，一种是共享Cache结构，另一种是独立Cache结构。,1）共享Cache结构 共享Cache结构，实现起来比较容易。一般两个CPU插槽都做在 主板上，但是两个CPU比一个CPU的性能提高只有2030。2）独立Cache结

6、构 独立 Cache的SMP结构实现起来比较复杂。一般采用单独的CPU卡来做，但是性能提高很多，两个CPU比一个CPU性能可以提高8090。,2.分区技术 系统分区又可以分为物理分区和逻辑分区。1)物理分区：物理分区是在一个大型的SMP系统中，硬件资源如CPU、内存和I/O等被组织为一个物理单元。2)逻辑分区：逻辑分区是将SMP系统中的硬件资源(如CPU、内存和IO等)逻辑的进行划分。它不依赖于任何的物理单元。分区技术的优点有：服务器集中；隔离生产环境和测试环境；提高硬件的使用率；隔离不同的应用环境；提高硬件资源分配的灵活性；提高硬件资源的可靠性。,3.负载均衡技术 负载均衡技术指的是采用一种

7、对访问服务器的负载进行均衡(或者说分担)的措施，使两个或两个以上的服务器为客户提供相同的服务。负载均衡有两个方面的含义：1）、大量的并发访问或数据流量分担到多台结点设备上分别处理，减少用户等待响应的时间；2）、单个重负载的运算分担到多台结点设备上做并行处理，每个结点设备处理结束后，将结果汇总，返回给用户，系统处理能力得到大幅度提高。常用的负载均衡技术有：1）软/硬件负载均衡 2）本地全局负载均衡 3）更高网络层负载均衡 4）链路聚合技术 5）多主机负载均衡服务代理 6）内容分发均衡技术,4.集群高可用性技术 集群技术是将一组相互独立的计算机通过高速的通信网络组成的一个单一的计算机系统，并以单一

8、系统的模式加以管理。1）其目的：提高性能、降低成本、提高规模扩展性、增强可靠性 2）集群类型 高性能科学群集、负载均衡群集、高可用性群集 3）集群的教育科研应用 科学群集和并行计算在天气预报、核试验模拟等领域应用广泛。负载均衡群集的远程网络教育应用广泛。4）集群高可用性技术可用两种方法实现，即双机容错和多机集群。,5.磁盘阵列和热插拔 磁盘阵列一般指的是RAID磁盘阵列，也就是采用多余的磁盘来对信息进行冗余保存，从而提高磁盘系统的可靠性。当某个硬盘发生故障时，可以通过保存在其他硬盘上的冗余信息把故障硬盘上的数据全部恢复出来。热插拔是一种不停机恢复故障硬盘的技术，一般需要和磁盘阵列配合使用。当磁

9、盘发生故障时，可以在不停机的情况下更换故障硬盘并恢复故障硬盘中的数据，而此时系统仍在正常工作。,6.ECC内存7.ISC服务器控制技术 8.EMP应急管理端口 9.智能输入输出(I/O)技术,7.2 RAID技术基础,7.2.1 RAID概述7.2.2 RAID级别7.2.3 如何确定RAID级别,7.2.1 RAID概述,什么是RAID？RAID最早的全称为Redundant Arrays of Inexpensive Disks，可译为廉价磁盘冗余阵列，主要思想是使用多个廉价的小磁盘来组成大容量硬盘，或者为实现数据保护提供数据冗余。后来随着技术发展，通常将RAID解释为是Redundant

10、 Array of Independent Disks，译为独立磁盘冗余阵列，一般简称磁盘阵列。,RAID的优点 1.实现大容量存储 2.提高存取性能 3.提高容错性能 4.性价比高RAID的应用范围 基于RAID的优点，RAID主要应用于网络服务器(包括文件服务器、数据库服务器和应用服务器等)、高性能桌面系统和PC工作站。当然它也是网络存储的基本技术，用于DAS(直接访问存储设备)、NAS(网络附加存储设备)和SAN(存储区域网络)等网络存储案例。,7.2.2 RAID级别,根据不同的技术实现模式，RAID分为多个级别(Level)，目前工业界公认的标准分别为 RAID ORAID 5，还有

11、一些在此基础上的组合级别(阵列跨越)，其中最主流的是RAID O、RAID 1、RAID 5、RAID 10和RAID 50，另外RAID 3和RAID 30也被一些用户选用。,1.RAID 0 RAID 0 又称条块(Striping)阵列，它采用条块算法将数据分布到组成阵列的多个磁盘上，数据被分割成称作“blocks”(块)的片段并写入逻辑盘中。RAID 0至少使用两个磁盘，有的RAID产品也支持一个磁盘的RAID 0阵列(便于以后添加磁盘)。,2.RAID 1 又称镜像(Mirror)阵列或磁盘镜像，它将同样的数据写入到两块硬盘，两块硬盘互为镜像盘，当一块硬盘中的数据受损或磁盘故障时，另

12、一块硬盘可继续工作，并可在需要时重建RAID 1阵列。RAID 1必须使用两个磁盘。,3.RAID 5 RAID 5又称分布奇偶校验阵列，以数据的校验位来保证数据的安全，但它不是以单独的硬盘来存放数据的校验位的，而是将数据段的校验位交互存放于各个硬盘上。这样，任何一个硬盘损坏，都可以根据其他硬盘上的校验位来重建损坏的数据。RAID 5阵列最少需要3个磁盘。,4.RAID 10 RAID 10又称为镜像阵列跨越，是RAID 0和RAID 1的组合应用，实际上是将多个RAID 1阵列再组成为RAID 0阵列。它像RAID 0一样，支持数据跨磁盘存取，又像RAID 1一样，每个磁盘都有一个镜像磁盘。

13、RAID 10至少需要4个磁盘。,5.其他RAID级别 RAID 2、RAID 3、RAID 4、RAID 6、RAID 30、RAID 50。6.非标准的JBOD规范 JBOD全称Just a Bunch of Drives，可译为“简单磁盘捆绑”，通常又称为“Span”(跨越)。JBOD在逻辑上把多个物理磁盘串联到一起来提供一个大的逻辑磁盘。,7.2.3 如何确定RAID级别,一般根据安全性(数据冗余与容错)、性能(读写速度)和价格成本等因素来选择RAID级别。如果只考虑性能，不考虑安全性，就应首选RAID 0。如果安全性和性能很重要，价格并不重要，就应选择RAID 1，磁盘多的情况下可选

14、择RAID 10。如果要权衡多种因素，就应选择RAID 3或RAID 5，磁盘多的情况下选择RAID 30或RAID 50。,表7-1 RAID级别比较,图7-4 选择RAID级别的决策树,7.3 RAID技术选择解决方案,1.是选择硬件RAID还是软件RAID？尽管中小型网络的规模有限，资金有限，但是，无论从存取性能，还是数据保护角度看，应尽可能地选用硬件RAID方案。硬件RAID花费多一些，提供的整体性能绝对是物有所值。如果只是要实现小型的RAID 0或RAID 1阵列，不想花费更多的投资，也可考虑软件RAID解决方案，因为目前入门级的PC服务器或高档PC机的运算能力支持小型的RAID 0

15、或RAID 1阵列绰绰有余,2.选择外置式RAID还是内置式RAID 内置式RAID具有较高的性价比，非常适合于中小型网络服务器。一般中小型企业配备的服务器数量少，在购置PC服务器时可配备相应的内置式阵列。外置式RAID阵列性能优越，管理方便，当然价格也很昂贵，通常只有在非常高端的应用中才选用。,3.是选择SCSI阵列还是IDE阵列 SCSI阵列稳定性好、速度快，但SCSI硬盘和SCSI接口卡的价格高昂，往往只在中高档服务器上使用。除非追求极高性能，一般不主张中小企业选用SCSI阵列。IDE阵列稳定性和速度略逊于SCSI阵列，且CPU占用率较高，但价格低廉，同等存储容量的价格往往不到SCSI阵

16、列的1/3。,4.综合考察RAID的各项指标 除了根据性能、可靠性和容错性等一般性原则考察选择RAID方案外，还要考察灵活性和管理性，对于具体的产品还要考察一些专业的技术指标：1.是否支持所需的RAID级别；2.数据传输率；3.接口类型和数量；4.支持的硬盘数量；5.支持哪些操作系统；6.是否支持热交换。7.是否支持热备用；8.是否支持在线扩容；9.高速缓存容量；10.是否支持SMART技术；11.是否支持RAID级迁移；12.是否支持物理磁盘漫游。,7.4 网络存储,数据量的迅速增长对数据存储提出了新的要求，如何确保数据的一致性、安全性和可靠性，如何实现数据的集中管理，如何实现网络数据的集中

17、访问，如何实现异构环境下的数据存储和管理，成为IT主管和系统管理员面临的新问题。面对这些问题，传统的数据存储架构已经无能为力，而网络的发展提供了基于网络的存储解决方案，出现了网络存储技术及其产品。网络存储改变了存储系统作为主机附属的地位，目前的网络存储技术主要有SAN、NAS和Storage over IP。,7.4.1 网络存储概述,网络信息系统的数据存取具备超大容量、高数据传输速率以及高可用性的特点，因此往往大量地采用磁盘阵列，传统的网络数据存储方案，都是将磁盘阵列直接连接到网络服务器上。随着存储技术的发展，新型的基于网络的存储技术使得存储系统独立出来，不再附属于主机系统。目前主流的网络存

18、储技术是NAS和SAN，另外，iSCSI也是一种值得关注的网络存储技术。,1.传统的存储技术DAS 目前在各类网络中普遍采用的数据存储模式是DAS(Direct Attached Storage，译为“直接附加存储”或“直接连接存储”)，又称SAS(Server Attached Storage，译为“服务器附加存储”)。DAS将存储设备直接与服务器相连，完全以服务器(或主机)为中心，作为服务器的组成部分。DAS特别适合于对存储容量要求不高、服务器的数量很少的中小型局域网，其主要的优点在于存储容量扩展的实施非常简单，投入的成本少而见效快。,图7-5 DAS存储模式,DAS的缺点：,1）容易形成

19、服务器到存储设备的瓶颈。2）影响数据的可用性。一旦服务器出现故障，数据也不能被访问。3）存储设备分散，不便于管理监控。由于每台服务器都要配备存储设备，因此当网络规模增大时会成倍地增加网络的管理成本，而且会导致资源利用率低下。4）容易造成存储空间浪费。在不同的存储设备上可能存在相同的数据，浪费存储空间。5）对重要的数据进行备份时将会极大地占用网络的带宽。,2.网络附加存储(NAS)NAS是英文“Network Attached Storage”的缩写，通常译为“网络附加存储”或“网络连接存储”，意思是连接在网上的存储设备。这与连接在服务器上的DAS形成鲜明对照。NAS实际上是一个带有瘦服务器的存

20、储设备，相当于一 个专用的文件服务器。NAS设备直接连接到TCP/IP网络(可以是LAN或WAN)上，在功能上完全独立于网络服务器，客户机对存储设备之间的数据访问不再需要通过网络服务器转发，而是直接进行数据存取，网络服务器仅起控制管理的作用，可将网络服务器从繁重的I/O负载中解脱出来。,图7-6 NAS存储模式,NAS的特性,1）安装简单，物理位置灵活。2）方便使用和管理。3）整体性能高。4）跨平台使用。5）提高数据可用性。6）性价比优异。,NAS的应用场合,对于用户来说，使用NAS具有以下好处：发挥存储设备的效益集中管理数据 NAS主要面向高效的文件共享任务，适用于哪些需要通过网络传送大量文

21、件数据的场合。,3.存储区域网络（SAN）SAN是英文“Storage Area Network”的缩写，通常译为“存储区域网络”。SAN实际上不是一种产品，而是一种独立于服务器网络的专门网络。这种网络通过光纤通道(Fibre Channel)协议来传输数据，在网络连接上可以使用光纤或铜缆。光纤通道协议具有极高的可靠性、很好的性能、超长距离支持能力以及良好的扩展性，因而SAN作为专用于存储的子网，独立于网络服务器，不占用网络服务器运算处理的网络带宽。,图7-8 SAN存储模式,SAN的特性:1）高可用性；2）高性能；3）便于扩展；4）可实现高效备份；5）支持服务器的异构平台；6）支持集中管理和

22、远程管理。,SAN的应用场合：,对响应时间、可用性和可扩展性要求高的关键任务数据库应用。对性能、数据完整性和可靠性要求高的集中存储备份，保证关键数据的安全，可极大地提高企业数据备份和恢复操作的可靠性和可扩展性。高可用性应用环境高端容灾方案，支持服务器及其连接设备之间提供光纤通道高性能和扩展的距离。,4.NAS与SAN的比较,NAS是基于网络的存储，SAN是基于通道的存储。NAS是专门的文件存储服务器，拥有之间的操作系统，而SAN是独立的数据存储网络，网络内部的数据传输很快，单操作系统仍停留在服务器端，用户并不直接访问SAN网络。NAS提供文件级的数据访问功能，而SAN提供数据块级的数据访问功能

23、，更适合海量数据。NAS作为独立的文件服务器，支持异构环境下的文件共享，而SAN不能。SAN的应用范围更为广泛，而且可以提供对NAS设备的存储，而NAS一般只限于文件级数据访问的应用。,表7-2 NAS与SAN的比较,5.iSCSI技术 由于使用光纤连接，因此SAN的成本相当高，而分立的NAS设备又难于管理。随着用户数据量的持续增长和应用级别的提升，绝大多数中小企业开始寻求新的网络存储技术，介于传统SAN和NAS间的区域日益受到关注。越来越多的用户需要SAN的集中管理和扩展能力，但又不愿为此付出高昂的代价，于是产生了iSCSI技术。iSCSI在IP网络上传输SCSI数据块。与传统的SAN的光纤

24、通道不同，iSCSI通过TCP/IP网络传送SCSI命令(SCSI over IP)。,中小型网络数据存储技术的选择,存储模式选择原则：与现有应用系统的兼容性；存储系统未来升级和扩展；应当选用DAS的场合。选用DAS的场合有以下几种：要求 低成本；对于服务器在地理上很分散，很难实现远程互联的情况，DAS是比较好的解决方案；某些情况下，存储系统必须直接连接到应用服务器，如双机容错。数据库服务器和应用服务器需要直接连接到存储系统。,对于数据库应用，一般情况下，只有在数据库应用满足下列条件时，选用NAS才可行。数据库规模很小；数据访问以只读为主；访问数据库涉及的逻辑卷很少；对数据库访问要求的性能不高

25、。慎选SAN和iSCSI：SAN侧重于高速存储，只有当数据量非常大，对存取速度要求很高时，才应考虑采用SAN。iSCSI在IP网络上应用SCSI协议，集NAS和SAN的优点于一身，非常适合中小企业的网络存储。但作为新技术，它目前还未完全成熟，只能在千兆以太网的基础上才能够更好地发挥出它的优势。,的解决方案,1、选择NAS产品的原则明确产品定位考察产品的兼容性考察产品的升级和扩展综合考察NAS技术指标考察产商的技术支持服务2、中低端NAS解决方案提供NAS产品和解决方案的产商有：存储设备产商、工控机产商、服务器和一些集成商。,7.4.4 SAN网络存储备份系统方案,1、SAN结构存域网的解决方案

26、1）SAN存储系统结构具有以下特点开放的标准，适合于服务器和存储设备之间的共享高性能的数据存取具有高可扩充性具有高可靠性,2、系统设计1）SAN结构设计 从总体结构上分析，网络存储备份系统采用的是SAN架构，即以两台光纤交换机作为存储数据的交换平台，将系统中的应用服务器、备份管理服务器、高端磁盘阵列以及大型自动磁带库系统以光纤网络的形式连接在一起，实现数据高速交换，以及存储资源的共享。2）光纤通道交换机的选择 其选择应满足以下要求：有足够的数据交换能力、支持zoning技术、支持交换机的级联、硬件兼容性、可靠性高、易于管理、界面友好、支持流行的网管软件。3）磁盘在线存储系统的选择磁盘存储系统中

27、使用的高端产品，具有如下性能：高速I/O性能、提供RAID数据保护，提供全部热备磁盘、支持异构平台多主机的连接、具有断电数据保护功能、具有丰富的控制管理软件。,备份系统设计信息系统的备份内容主要包括系统软件、应用软件和应用数据3个部分，每个部分的备份策略也应有所不同。备份策略的制定包括以下内容：备份任务的建立；灵活的备份周期的设定；数据的全备份与增量备份；数据库联机备份的配置；裸盘与文件系统等不同类型数据的备份；数据加密压缩的配置；数据恢复。,网络教育行业光纤存储解决方案,数字图书管的规划、建设包括：内容分析建设规模分析技术分析采用光纤阵列SAN网络的优势：网络连接采用SAN架构，保证系统的高

28、性能。系统采用全光纤磁盘阵列产品，保证系统的高性能。所采用的磁盘阵列产品在结构上及硬件组成上完全是冗余设计，不存在单点故障，确保整套系统的安全运行。磁盘阵列采用不同的RAID保护级别，保证用户的不同需求。存储系统可提供高可扩展性，可在线扩容，有很好的投资保护。所有硬件均可支持热插拨，保证系统应用的连续性。系统升级不必停机，可在线升级。系统具有良好的开放性，不同厂家产品之间能够互联。系统安全性很高，可根据用户的要求，完成数据的隔离或共享。可通过增加应用软件来支持物理通路的冗余连接，以提高系统的安全性。可提供远程容灾功能来防止意外灾难引起的数据丢失。存储产品采用基于Windows的图形管理界面，维护简单。,解决方法,基础方案：,图7-13,扩展方案：,图7-14,