《存储基础简介》PPT课件.ppt

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1、硬盘结构,磁头起初停留在盘片最内圈，不存放任何数据，成为启停取或着陆区，最外圈为0磁道，硬盘数据存放从最外圈开始。盘面：每个盘面有两个盘片，即上下盘面，按上到下的顺序依次编写。盘面好也即磁头号，每一个有效盘面都有一个对应的读写磁头。磁道：磁盘在格式化时被划分为许多同心圆，同心圆的轨迹即磁道。从0开始从外向里进行编号。柱面：所以盘面上的同一磁道，在竖直方向上构成的圆柱，即为柱面，数据的读写按柱面进行，磁头读写数据首先在同一柱面，依次向同一柱面的不同盘面上进行操作。选取柱面的过程即为寻道。扇区：将每个环形磁道等距离切割，形成等长的圆弧即为扇区。每个扇区中的数据作为一个单元同时读出或写入，是读写的最

2、小单位。,硬盘结构,硬盘结构,一个扇区有两个主要部分：存储数据地点的标识符及数据段，共512B（或4KB）。CHS编址：根据扇区中的三个信息,即扇区所在柱面（cylinder）、磁头编号(header)、扇区号(sctor),三者简称CHS，即可知道数据位于当前处理的盘片上的位置。注：可根据此计算硬盘容量。LBA(逻辑扇区)编址：硬盘保留CHS信息，但对外提供全部为线性的地址，LBA地址可由CHS三个信息转换。,硬盘数据组织,硬盘数据组织,转速:硬盘盘片每分钟转过的圈数(RPM)，决定磁盘旋转延迟的时间，是影响硬盘连续IO时吞吐量性能的主要因素。转速通常为5400/7200/10K/15K r

3、pm。平均寻道时间：硬盘磁头移动到数据所在磁道时所用的时间，单位为毫秒。是影响磁盘随机IO性能的首要因素。单碟容量：影响磁盘性能的间接因素。容量高则密度大，会显示出更高的读写效率。接口速度：是影响硬盘性能的一个最不重要的因素。目前磁盘的接口速度都很高，对性能的影响远小于转速和寻道时间。缓存：由于CPU与硬盘总线之间存在比较大的速度差异，为解决硬盘在读写数据时CPU的等待问题，在硬盘上设置适当的高速缓存，以解决二者之间速度不匹配的问题。,主要技术指标,主要衡量性能指标,机械硬盘的连续读写性很好，但随机读写数据性能不高。这是因为磁头移动至正确的磁道上需要时间，随机读写时，磁头不停的移动，时间都花在

4、了磁头寻道上，所以性能不高。顺序读写频繁的应用，传输大量连续数据，如视频编辑，视频点播VOD，关注连续读写性能。数据吞吐量是关键衡量指标（主要与转速、寻道速度相关）。随机读写频繁的应用，如小文件存储(图片)、OLTP数据库、邮件服务器，关注随机读写性能，IOPS（每秒钟读写次数）是关键衡量指标。,用于ATA指令集的并行IDE接口用于ATA指令集的串行SATA接口用于SCSI指令集的并行SCSI接口用于SCSI指令集的串行SAS接口用于SCSI指令集且承载与FibreChannel协议的串行FC接口,常用硬盘接口,ATA/IDE接口硬盘,ATA(Advanced Technology Attac

5、hment)ATA硬盘是传统的桌面级硬盘，主要应用于个人PC机，也经常称为IDE硬盘，已逐渐退出市场 ATA接口为并行ATA技术，下一代的产品是串行ATA（SATA）。最后一个ATA-7版本，使用80芯的线缆，接口速率达133MB/s。,常用硬盘介绍,SATA接口硬盘,SATA：Serial ATA(串行ATA)第二代（SATA）300MB/s接口硬盘已经形成商用，规划内的最高速率可达600MB/sSATA硬盘采用点对点连接方式，支持热插拔，即插即用端口复用（Port Multiplier），允许多个硬盘连接到同一端口,增强扩展性。可向上兼容SAS技术,常用硬盘介绍,SCSI接口硬盘,SCSI

6、(Small Computer System Interface)SCSI硬盘并发处理性能优异，常应用于企业级存储领域SCSI硬盘采用并行接口，接口速率目前发展到320MB/s，基本已经达到极限，将来必被其串行版本SAS（Serial Attached SCSI）硬盘所替代需要主板支持或有SCSI控制卡，一个通道支持15块块盘，价格高。,常用硬盘介绍,SAS接口硬盘,SAS(Serial Attached SCSI)SAS专为满足高性能企业需求而设计，比SATA盘多一个数据接口，且兼容SATA硬盘，为企业用户带来前所未有的灵活性。能够提供6.0Gbit/s的传输率，规划到12.0Gbit/s扩

7、展性非常好，可通过SAS扩展器扩展多个硬盘（用于存储阵列及高端服务器中）。,常用硬盘介绍,FC接口磁盘,FC硬盘采用FC-AL(Fiber Channel Arbitrated Loop，光纤通道仲裁环)接口模式，用于网状通道存储区域阵列中（SAN）。支持热插拔，在主机系统运行时就可安装或拆除光纤通道硬盘可实现光纤和铜缆的连接。在SAN中，扩展性强，支持连接126块盘。接口速率达8Gbit/s,常用硬盘介绍,RAID简介,RAID(独立磁盘冗余阵列)，是一种将多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的组合方式形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单块硬盘更大的存储容量、更高的可靠性和更快的读写性能。简

8、单地说，RAID 技术可以将一个硬盘上的任务分散或复制到多个（少则两个）磁盘上，借此来提高性能或建立数据冗余以防驱动器发生故障。您可以通过设定设备的 RAID 模式来决定设备以何种方式处理数据。服务器上需使用RAID卡。,RAID技术,RAID 0（也称为 FAST 模式）是速度最快的一种 RAID 模式。它需要至少两个驱动器，并且会将数据分条到每个磁盘，因为将数据分布在不同驱动器上，所以数据吞吐率大大提高，驱动器的负载也比较平衡。所有磁盘的可用容量合在一起，成为计算机上的一个逻辑卷。它不需要计算校验码，实现快速容易。,RAID 0,RAID0阵列中一旦有一个物理磁盘发生故障，所有磁盘的数据都

9、将不可访问，因为有部分数据已被写入所有磁盘。不应该将它用于对数据稳定性要求高的场合，也不宜在关键任务系统中使用。,RAID 0,RAID 1（也称为 SAFE 模式）是一种安全的 RAID 模式，它至少需要两个驱动器，RAID控制器必须能够同时对两个盘进行读操作和对两个镜象盘进行写操作，同一份数据需要写两次。如果其中一个物理磁盘出现故障，可以立即从第二个磁盘上获取数据。即使一个磁盘出现故障，也不会丢失任何数据。,RAID 1,RAID1中镜像硬盘相当于一个备份盘，可想而知，这种硬盘模式的安全性是非常高的，RAID 1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但是其磁盘的利用率却只有50%

10、，是所有RAID级别中最低的。在更注重安全性而非速度的情况下，RAID 1 是理想选择。,RAID 1,RAID 5,注：A1-AP所处的block大小成为一个条带,raid5的奇偶校验码存在于所有磁盘上，所以提高了可靠性，允许单个磁盘出错,任何一个硬盘损坏，都可以根据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据。RAID5的读出效率很高，但也有比较厉害的“写惩罚”，即每一次写操作，将产生四个实际的读/写操作，其中两次读旧的数据及奇偶信息，两次写新的数据及奇偶信息。同时raid5也有一定的IO并发率，即每次IO的数据不会占满整个条带，使系统的其他IO能够得到执行，有一定减少写惩罚的几率。公司目前大多系统

11、中都采用raid5的方式。,RAID 5,RAID 5+spare,RAID 10与RAID01,在 RAID 0+1 阵列中，最多允许两个磁盘出现故障而不会丢失数据，但故障磁盘必须属于同一 RAID 0 队列。主要用于容量不大，但要求速度和差错控制的数据库中。,在 RAID 10 阵列中，每个镜像对中可以有一个磁盘出现故障而不丢失数据。不过，故障磁盘所在阵列的工作磁盘会成为整个阵列中的弱点。如果镜像对中的另一个磁盘也发生故障，则会丢失整个阵列。主要用于容量不大，但要求速度和差错控制的数据库中。,RAID 10与RAID01,磁盘阵列,磁盘阵列,为了扩展主机存储的容量，提高存储的性能，同时满足

12、综合存储的需求，催使得磁盘系统得以脱离主机系统，单独形成存储阵列。通过相应配置，用户可以自由使用存储阵列上的磁盘，就像是使用自己主机内部的磁盘一般。,如图S1控制器与主机相连的部分成为存储阵列的前端，S2控制器的右边则称为后端。存储前端与主机连接的接口即为外部接口，外部接口可以为SCSI接口、FC接口(SAN)、以太网接口（IP SAN），相应主机需使用SCSI适配卡、FC适配卡、以太网卡传送读写磁盘的SCSI协议。盘阵RAID卡与后端连接的接口称为内部接口，内部接口可以与外部接口不同，可为SCSI/SAS/FC接口等。,磁盘阵列,SAN（存储区域网络）是指一个提供统一的，块级别数据存取的专门

13、网络（当然文件级别的访问是建立在块基础上的），服务器可以读取这些设备，就好像这些设备是服务器的一个逻辑上附加的设备，用户只能访问服务器而不能接访问SAN的网络。SAN是一种高可用性，高性能的专用存储网络，实现数据的多用户存储共享，且不影响服务器性能，对于数据库环境、数据备份和恢复存在巨大的优势。,SAN磁盘阵列,SAN中存储的后端采用光纤通道仲裁环(Arbitrated Loop)最多可支持126个设备（FC硬盘与控制器）互连；采用光纤通道交换式Fabric(Switch Fabric)最多1千6百万个设备（FC硬盘与控制器）互连。后端采用SAS总线及SAS交换芯片亦可以实现多个SAS/SAT

14、A磁盘的扩展链接。,SAN磁盘阵列,当SAN存储阵列的前端使用FC交换机，主机使用FC适配卡，传输使用FC OVER SCSI,可将其称为FC-SAN磁盘阵列。目前公司计划将多个部门的数据统一到一套高性能的SAN存储整列，目前部门正在测试此种整列的性能和可用性。FC前端端口速率达8Gbit/s。,FC-SAN磁盘阵列,FC-SAN磁盘阵列,SERVER,光纤交换机,光纤,FC卡,iSCSI：前端利用TCP/IP协议连接存储设备iSCSI是Internet Small Computer System Interface的缩写，可以理解为SCSI over IP。Internet SCSI(iSC

15、SI)目前是一个标准协议，其目的是要将SCSI命令封装到TCP/IP数据包中，使I/O数据块可通过IP网络传输。iSCSI可用于构成基于IP的SAN，一种简单而强大的技术为用户提供高速、低价、长距离的存储解决方案。使用以太网卡即可实现接口已可达10Gbit/s速率,IP-SAN磁盘阵列,IP-SAN磁盘阵列,IP地址+端口,iSCSI目标设备,iSCSI发起设备,iSCSI发起设备,iSCSI发起设备,SCSI+IP,突破距离限制,网络化存储的实现,数据高效安全传输,IP-SAN磁盘阵列,NAS的全称是Network-attached storage，是指连接到计算机网络的文件级别计算机数据存

16、储，可以为不同客户端提供数据存取。NAS服务器一般由存储硬件、操作系统以及其上的文件系统等几个部分组成。它基于TCP/IP协议实现文件级的存取服务。,NAS磁盘阵列,NAS特点：在文件服务器上能实现的任何功能，NAS都能实现 在不同的网络平台间共享数据（数据的集中管理）备份个人电脑和便携式电脑中的数据 为您的服务器数据提供一个随时可以访问的备份 从防火墙缓冲数据 为您的WEB服务器和Email服务器提供存储空间,NAS磁盘阵列,NAS的缺点 1、适用于较小网络规模或者较低数据流量的网络数据备份，接口速率为1Gbit/s级别。因为NAS仍使用应用网络进行备份和恢复，LAN除了处理正常的最终用户传输流外，还必须处理包括备份的存储磁盘请求。2、不适用于大中型数据库等要求高性能的应用,NAS磁盘阵列,NAS磁盘阵列,Unix,Windows,Linux,TCP/IP,集成简易NAS操作系统,支持NFS、CIFS等文件系统和协议共享,通过TCP/IP网络传输数据,NAS特点,NAS磁盘阵列,存储高级功能,1、快照：数据备份保护功能2、自动精简配置:数据按实际使用分配3、数据容灾：两地数据同步4、数据分层：具有不同性能的磁盘阵列，将常用的热点数据放到高性能磁盘上处理,磁盘阵列,