存儲技術(shù)基礎(chǔ).

1、 2013 IBM Corporation存儲技術(shù)基礎(chǔ) 2Part1：什么是存儲？3什么是存儲？ 存儲系統(tǒng)是整個IT系統(tǒng)的基石，是IT技術(shù)賴以存在和發(fā)揮效能的基礎(chǔ)平臺。 早先的存儲形式是存儲設(shè)備（通常是磁盤）與應(yīng)用服務(wù)器其他硬件直接安裝于同一個機箱之內(nèi)，并且該存儲設(shè)備是給本臺應(yīng)用服務(wù)器獨占使用的。 缺點： 1、隨著服務(wù)器數(shù)量的增多，磁盤數(shù)量也在增加，且分散在不同的服務(wù)器上，查看每一個磁盤的運行狀況都需要到不同的應(yīng)用服務(wù)器上去查看。 2、更換磁盤也需要拆開服務(wù)器，中斷應(yīng)用。 4真正的“存儲”5真正的“存儲” 將磁盤從服務(wù)器中脫離出來，集中到一起管理 商業(yè)、大容量、為企業(yè)解決信息時代海量數(shù)據(jù)的存儲

2、才是真正的存儲 一個問題：如何將服務(wù)器和盤陣連接起來？ SCSI協(xié)議，通過專用的線纜將服務(wù)器的總線和存儲設(shè)備連接起來，通過專門的SCSI指令來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。后來發(fā)展到FC協(xié)議。 6存儲的多樣性存儲軟件存儲軟件設(shè)備管理軟件高可用軟件備份軟件存儲管理軟件數(shù)據(jù)管理軟件外置存儲系統(tǒng)外置存儲系統(tǒng)硬盤柜磁盤陣列NAS磁帶庫 存儲連接設(shè)備存儲連接設(shè)備SCSI卡RAID卡FC通道卡FC交換機存儲管理設(shè)備存儲管理設(shè)備存儲方案存儲方案存儲硬件存儲硬件存儲軟件存儲軟件 2013 IBM CorporationPart2：存儲的架構(gòu)發(fā)展8存儲架構(gòu)發(fā)展存儲集中存儲集中應(yīng)用集中應(yīng)用集中9存儲架構(gòu):DAS、NAS、SAN

3、 DAS NAS SAN10DASServerDAS(Direct Access Storage)11DAS特點Server12NASNAS(Network Attachment Storage)UnixWindowsLinuxTCP/IP13NAS特點UnixWindowsLinuxTCP/IP集成簡易NAS操作系統(tǒng)支持NFS、CIFS等文件系統(tǒng)和協(xié)議共享通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)NAS是一種文件共享服務(wù)。擁有自己的文件系統(tǒng)，是一種文件共享服務(wù)。擁有自己的文件系統(tǒng)，通過通過NFS或或CIFS對外提供文件訪問服務(wù)。對外提供文件訪問服務(wù)。 14SANSAN(Storage Area Netwo

4、rk)15SAN特點遠(yuǎn)距離穩(wěn)定高速的數(shù)據(jù)傳輸“無限”設(shè)備的集合數(shù)據(jù)集中與管理降低整體成本16FC（光纖通道）連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Point-to-Point2 個設(shè)備直連個設(shè)備直連Switched Fabric至多至多1600萬個設(shè)備萬個設(shè)備Arbitrated Loop至多至多 126 設(shè)備設(shè)備17SAN中共享存儲NTSolaris DisksHP-UXNTDisksHP-UXDisksSolaris共享存儲18常見磁盤接口類型 ATA SATA SCSI FC19RAID技術(shù) RAID為廉價磁盤冗余陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks） RAID技術(shù)將一個

5、個單獨的磁盤以不同的組合方式形成一個邏輯硬盤，從而提高了磁盤讀取的性能和數(shù)據(jù)的安全性。 不同的組合方式用RAID級別來標(biāo)識。 RAID技術(shù)是由美國加州大學(xué)伯克利分校D.A. Patterson教授在1988年提出的，作為高性能、高可靠的存儲技術(shù)，在今天已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。20RAID0-RAID0應(yīng)用于對讀取性能要求較高但所存儲的數(shù)據(jù)為非重要數(shù)據(jù)的情況下。應(yīng)用于對讀取性能要求較高但所存儲的數(shù)據(jù)為非重要數(shù)據(jù)的情況下。RAID0也稱為條帶化（stripe），將數(shù)據(jù)分成一定的大小順序的寫道陣列的磁盤里，RAID0可以并行的執(zhí)行讀寫操作，可以充分利用總線的帶寬，理論上講，一個由N個磁盤組成的RAID

6、0系統(tǒng)，它的讀寫性能將是單個磁盤讀取性能的N倍。 一個明顯的缺點：不提供數(shù)據(jù)冗余保護(hù)，一旦數(shù)據(jù)損壞，將無法恢復(fù)。 21RAID1RAID1鏡像（mirror），它將數(shù)據(jù)完全一致的分別寫到工作磁盤和鏡像磁盤，因此它的磁盤空間利用率為50，在數(shù)據(jù)寫入時時間會有影響，但是讀的時候沒有任何影響，RAID1提供了最佳的數(shù)據(jù)保護(hù)，一旦工作磁盤發(fā)生故障，系統(tǒng)自動從鏡像磁盤讀取數(shù)據(jù)，不會影響用戶工作。22RAID3RAID3采用一個硬盤作為校驗盤，其余磁盤作為數(shù)據(jù)盤，數(shù)據(jù)按位或字節(jié)的方式交叉的存取到各個數(shù)據(jù)盤中。 不同磁盤上同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)做異或校驗，并把校驗值寫入到校驗盤中。 23RAID3 RAID3系統(tǒng)在

7、完整的情況下讀取時沒有任何性能上的影響，讀性能與RAID0一致，卻提供了數(shù)據(jù)容錯能力 寫時性能大為下降，因為每一次寫操作，即使是改動某個數(shù)據(jù)盤上的一個數(shù)據(jù)塊，也必須根據(jù)所有同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)來重新計算校驗值寫入到校驗盤中，一個寫操作包含了寫入數(shù)據(jù)塊，讀取同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)塊，計算校驗值，寫入校驗值等操作，系統(tǒng)開銷大為增加。 RAID3的校驗盤在系統(tǒng)接受大量的寫操作時容易形成性能瓶頸，因而適用于有大量讀操作如web系統(tǒng)以及信息查詢等應(yīng)用或持續(xù)大塊數(shù)據(jù)流（例如非線性編輯）的應(yīng)用。24RAID5RAID5與RAID3的機制相似，但是數(shù)據(jù)校驗的信息被均勻的分散到的陣列的各個磁盤上，這樣就不存在并發(fā)寫操作時的校

8、驗盤性能瓶頸。 RAID 5具有和RAID 0相近似的數(shù)據(jù)讀取速度，只是多了一個奇偶校驗信息，寫入數(shù)據(jù)的速度比對單個磁盤進(jìn)行寫入操作稍慢 25RAID6RAID 6提供兩級冗余，即陣列中的兩個驅(qū)動器失敗時，陣列仍然能夠繼續(xù)工作。RAID 6的實現(xiàn)代價最高，因為RAID 6不僅要支持?jǐn)?shù)據(jù)的恢復(fù)，又要支持校驗的恢復(fù)，這使RAID 6控制器比其他級R A I D更復(fù)雜和更昂貴。當(dāng)對每個數(shù)據(jù)塊執(zhí)行寫操作時， RAID 6做兩個獨立的校驗計算，因此，它能夠支持兩個磁盤的失敗。 RAID 6的第一種方法是用兩種不同的方法計算校驗數(shù)據(jù)。實現(xiàn)這個思想最容易的方法之一是用兩個校驗磁盤支持?jǐn)?shù)據(jù)磁盤，第一個校驗磁盤

9、支持一種校驗算法，而第二個磁盤支持另一種校驗算法，使用兩種算法稱為P + Q校驗。 通過求解帶有兩個變量的方程，可以恢復(fù)兩個磁盤上的數(shù)據(jù)，這是一個代數(shù)方法，可以由硬件輔助處理器加速求解。 26RAID10RAID10是RAID1和RAID0的結(jié)合，也稱為RAID（0+1），先做鏡像然后做條帶化，既提高了系統(tǒng)的讀寫性能，有提供了數(shù)據(jù)冗余保護(hù) 27RAID01RAID01也是RAID0和RAID1的結(jié)合，但它是對條帶化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像。但與RAID10 不同，一個磁盤的丟失等同于整個鏡像條帶的丟失，所以一旦鏡像盤失敗，則存儲系統(tǒng)成為一個RAID-0 系統(tǒng)（即只有條帶化）。RAID01的實際應(yīng)用非常

10、少。28RAID對比RAID級*RAID-0RAID-1RAID-5RAID-10別名條帶鏡象分布奇偶位條帶鏡象陣列條帶容錯性沒有有有有冗余類型沒有復(fù)制奇偶位復(fù)制熱備盤選項沒有有有有需要的磁盤數(shù)一個或多個只需2個三個或更多只需4個可用容量NN/2（n-1）/nN/229RAID重構(gòu) 對于raid10，當(dāng)一塊磁盤失效時，進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)的操作只是復(fù)制一個新磁盤，如果假定磁盤的容量為250G，那么復(fù)制的數(shù)據(jù)量為250G。 對于raid5的存儲陣列，則需要從每塊磁盤中讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過重新計算得到一塊硬盤的數(shù)據(jù)量，如果raid5是以4+1的方式組建，每塊磁盤的容量也為250G，那么，需要在剩余的4個磁盤中讀出總共是1000G的數(shù)據(jù)量計算得出250G的數(shù)據(jù)。30SAN存儲架構(gòu)設(shè)備組成光纖存儲設(shè)備光纖Switch光纖HBA卡光纖線纜31光纖存儲設(shè)備光纖主機通道高性能強大擴展能力內(nèi)部架構(gòu)32光纖存儲內(nèi)部架構(gòu)存儲處理器風(fēng)扇風(fēng)扇風(fēng)扇風(fēng)扇風(fēng)扇風(fēng)扇電源電源電源電源獨立獨立電源電源獨立獨立電源電源存儲處理器 SP 光纖通道光纖通道 x 2鏡像緩存鏡像緩存FCCPU SP 光纖通道光纖通道 x 2鏡像緩存鏡像緩存CPUFCLCCLCCLCCLCCLCCLCCCMI 33光纖交換機vFiber Channel交換機交換機qSAN專用交換機