存儲(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ).

1、 2013 IBM Corporation存儲(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ) 2Part1：什么是存儲(chǔ)？3什么是存儲(chǔ)？ 存儲(chǔ)系統(tǒng)是整個(gè)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(tái)。 早先的存儲(chǔ)形式是存儲(chǔ)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(gè)機(jī)箱之內(nèi)，并且該存儲(chǔ)設(shè)備是給本臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器獨(dú)占使用的。 缺點(diǎn)： 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(gè)磁盤的運(yùn)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(chǔ)”5真正的“存儲(chǔ)” 將磁盤從服務(wù)器中脫離出來(lái)，集中到一起管理 商業(yè)、大容量、為企業(yè)解決信息時(shí)代海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

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

3、 DAS NAS SAN10DASServerDAS(Direct Access Storage)11DAS特點(diǎn)Server12NASNAS(Network Attachment Storage)UnixWindowsLinuxTCP/IP13NAS特點(diǎn)UnixWindowsLinuxTCP/IP集成簡(jiǎn)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(guò)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(guò)通過(guò)NFS或或CIFS對(duì)外提供文件訪問(wèn)服務(wù)。對(duì)外提供文件訪問(wèn)服務(wù)。 14SANSAN(Storage Area Netwo

4、rk)15SAN特點(diǎn)遠(yuǎn)距離穩(wěn)定高速的數(shù)據(jù)傳輸“無(wú)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(gè)設(shè)備直連個(gè)設(shè)備直連Switched Fabric至多至多1600萬(wàn)個(gè)設(shè)備萬(wàn)個(gè)設(shè)備Arbitrated Loop至多至多 126 設(shè)備設(shè)備17SAN中共享存儲(chǔ)NTSolaris DisksHP-UXNTDisksHP-UXDisksSolaris共享存儲(chǔ)18常見磁盤接口類型 ATA SATA SCSI FC19RAID技術(shù) RAID為廉價(jià)磁盤冗余陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks） RAID技術(shù)將一個(gè)

5、個(gè)單獨(dú)的磁盤以不同的組合方式形成一個(gè)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(jí)別來(lái)標(biāo)識(shí)。 RAID技術(shù)是由美國(guó)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(chǔ)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(duì)讀取性能要求較高但所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為非重要數(shù)據(jù)的情況下。應(yīng)用于對(duì)讀取性能要求較高但所存儲(chǔ)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(gè)由N個(gè)磁盤組成的RAID

6、0系統(tǒng)，它的讀寫性能將是單個(gè)磁盤讀取性能的N倍。 一個(gè)明顯的缺點(diǎn)：不提供數(shù)據(jù)冗余保護(hù)，一旦數(shù)據(jù)損壞，將無(wú)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(shí)時(shí)間會(huì)有影響，但是讀的時(shí)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(dòng)從鏡像磁盤讀取數(shù)據(jù)，不會(huì)影響用戶工作。22RAID3RAID3采用一個(gè)硬盤作為校驗(yàn)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(gè)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(yàn)，并把校驗(yàn)值寫入到校驗(yàn)盤中。 23RAID3 RAID3系統(tǒng)在

7、完整的情況下讀取時(shí)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(cuò)能力 寫時(shí)性能大為下降，因?yàn)槊恳淮螌懖僮?，即使是改?dòng)某個(gè)數(shù)據(jù)盤上的一個(gè)數(shù)據(jù)塊，也必須根據(jù)所有同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)來(lái)重新計(jì)算校驗(yàn)值寫入到校驗(yàn)盤中，一個(gè)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(jì)算校驗(yàn)值，寫入校驗(yàn)值等操作，系統(tǒng)開銷大為增加。 RAID3的校驗(yàn)盤在系統(tǒng)接受大量的寫操作時(shí)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(jī)制相似，但是數(shù)據(jù)校驗(yàn)的信息被均勻的分散到的陣列的各個(gè)磁盤上，這樣就不存在并發(fā)寫操作時(shí)的校

8、驗(yàn)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(gè)奇偶校驗(yàn)信息，寫入數(shù)據(jù)的速度比對(duì)單個(gè)磁盤進(jìn)行寫入操作稍慢 25RAID6RAID 6提供兩級(jí)冗余，即陣列中的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器失敗時(shí)，陣列仍然能夠繼續(xù)工作。RAID 6的實(shí)現(xiàn)代價(jià)最高，因?yàn)镽AID 6不僅要支持?jǐn)?shù)據(jù)的恢復(fù)，又要支持校驗(yàn)的恢復(fù)，這使RAID 6控制器比其他級(jí)R A I D更復(fù)雜和更昂貴。當(dāng)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊執(zhí)行寫操作時(shí)， RAID 6做兩個(gè)獨(dú)立的校驗(yàn)計(jì)算，因此，它能夠支持兩個(gè)磁盤的失敗。 RAID 6的第一種方法是用兩種不同的方法計(jì)算校驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)思想最容易的方法之一是用兩個(gè)校驗(yàn)磁盤支持?jǐn)?shù)據(jù)磁盤，第一個(gè)校驗(yàn)磁盤

9、支持一種校驗(yàn)算法，而第二個(gè)磁盤支持另一種校驗(yàn)算法，使用兩種算法稱為P + Q校驗(yàn)。 通過(guò)求解帶有兩個(gè)變量的方程，可以恢復(fù)兩個(gè)磁盤上的數(shù)據(jù)，這是一個(gè)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(duì)條帶化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像。但與RAID10 不同，一個(gè)磁盤的丟失等同于整個(gè)鏡像條帶的丟失，所以一旦鏡像盤失敗，則存儲(chǔ)系統(tǒng)成為一個(gè)RAID-0 系統(tǒng)（即只有條帶化）。RAID01的實(shí)際應(yīng)用非常

10、少。28RAID對(duì)比RAID級(jí)*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(cuò)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(xiàng)沒有有有有需要的磁盤數(shù)一個(gè)或多個(gè)只需2個(gè)三個(gè)或更多只需4個(gè)可用容量NN/2（n-1）/nN/229RAID重構(gòu) 對(duì)于raid10，當(dāng)一塊磁盤失效時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)的操作只是復(fù)制一個(gè)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(duì)于raid5的存儲(chǔ)陣列，則需要從每塊磁盤中讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)重新計(jì)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(gè)磁盤中讀出總共是1000G的數(shù)據(jù)量計(jì)算得出250G的數(shù)據(jù)。30SAN存儲(chǔ)架構(gòu)設(shè)備組成光纖存儲(chǔ)設(shè)備光纖Switch光纖HBA卡光纖線纜31光纖存儲(chǔ)設(shè)備光纖主機(jī)通道高性能強(qiáng)大擴(kuò)展能力內(nèi)部架構(gòu)32光纖存儲(chǔ)內(nèi)部架構(gòu)存儲(chǔ)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(dú)立獨(dú)立電源電源獨(dú)立獨(dú)立電源電源存儲(chǔ)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(jī)vFiber Channel交換機(jī)交換機(jī)qSAN專用交換機(jī)