存儲基礎(chǔ)知識(RAID及磁盤技術(shù))..-共50頁課件

1、存儲基礎(chǔ)知識RAID技術(shù) RAID基本概念定義 RAID （Redundant Array of Independent Disks）即獨(dú)立磁盤冗余陣列，RAID技術(shù)將多個單獨(dú)的物理硬盤以不同的方式組合成一個邏輯硬盤，從而達(dá)到提升存儲容量、讀寫性能和數(shù)據(jù)安全性的目的。根據(jù)不同的組合方式可以分為不同的RAID級別RAID 0數(shù)據(jù)條帶化，無校驗(yàn)RAID 1數(shù)據(jù)鏡像，無校驗(yàn)RAID 2海明碼錯誤校驗(yàn)及校正（不常用）RAID 3數(shù)據(jù)條帶化讀寫，校驗(yàn)信息存放于專用盤（不常用）RAID 4單次寫數(shù)據(jù)采用單個硬盤，專用盤存放校驗(yàn)數(shù)據(jù)（不常用）RAID 5數(shù)據(jù)條帶化，校驗(yàn)信息分布式存放RAID 6數(shù)據(jù)條帶化，

2、分布式校驗(yàn)并提供兩級冗余可靠性未使用 RAID一旦硬盤損壞，資料將丟失!作業(yè)將停頓!資料仍然存在!使用 RAIDRAID出現(xiàn)原因 一 提高容量未使用 RAID使用 RAID硬盤容量單塊硬盤容量硬盤容量= 單塊硬盤容量 x NRAID出現(xiàn)原因 二 一旦硬盤損壞，資料將丟失!作業(yè)將停頓!提升速度未使用 RAID使用 RAIDI/O 1I/O 2I/O 1I/O 2(Disk 1)(Disk 2)節(jié)省時間速度 N x單塊硬盤的速度Total request execution timeSoftware setupAccess TimeData TransferSoftware CompletionR

3、AID出現(xiàn)原因 三 CPU運(yùn)算速度飛速提高，數(shù)據(jù)讀寫速度不應(yīng)該成為計算機(jī)系統(tǒng)處理的瓶頸RAID基本概念 條帶 分條條帶硬盤0硬盤2硬盤1硬盤3大數(shù)據(jù)塊寫入RAID時會被分成多個數(shù)據(jù)塊并行寫入多塊硬盤，這些大小一致的數(shù)據(jù)塊就稱為條帶。同時數(shù)據(jù)讀取時會并行從多塊硬盤讀取條帶數(shù)據(jù)，最后完整輸出。條帶無疑會大幅度提升整體讀寫效率。RAID基本概念 重建（Rebuild） 數(shù)據(jù)盤A1A0PA0A1PXOR故障數(shù)據(jù)盤校驗(yàn)盤A2A2XOR數(shù)據(jù)盤更換某塊硬盤出現(xiàn)故障后，一旦將其更換為正常硬盤，RAID便會通過其他硬盤數(shù)據(jù)計算出壞盤上原有的數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)重建回新添硬盤上。RAID基本概念物理卷和邏輯卷 RAID

4、10RAID5RAID由幾塊硬盤（物理卷）組成RAID可以多個硬盤按照指定容量創(chuàng)建一個或多個邏輯卷，便通過LUN（Logic Unit Number）來標(biāo)識。一個邏輯卷對于主機(jī)來說就是一塊硬盤（物理卷）物理卷物理卷邏輯卷邏輯卷多個物理卷上創(chuàng)建1個邏輯卷多個物理卷上創(chuàng)建2個邏輯卷LUN1LUN2LUN3RAID 0 條帶存儲(Striping)原理：又稱數(shù)據(jù)分條，即把數(shù)據(jù)分成若干相等大小的小塊，并把它們寫到陣列上不同的硬盤上，這種技術(shù)又稱“Stripping”（即將數(shù)據(jù)條帶化），RAID0在讀寫時是以并行的方式對各硬盤同時進(jìn)行操作。 優(yōu)點(diǎn) 磁盤空間利用率最高 在所有的級別中，RAID 0的速度是

5、最快的 缺點(diǎn) 無冗余功能，如果一個磁盤損壞，則所有的數(shù)據(jù)都無法使用 不適合關(guān)鍵業(yè)務(wù) 應(yīng)用 媒體編輯 圖像編輯 需要高帶寬的應(yīng)用RAID 1 鏡像/雙工優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)安全性相對其它RAID級，是最好的缺點(diǎn)磁盤利用率只有50%，是所有RAID上磁盤利用率最低的一個級別原理：即每個工作盤都有一個鏡像盤，每次寫數(shù)據(jù)時必須同時寫入鏡像盤，讀數(shù)據(jù)時只從工作盤讀出，一旦工作盤發(fā)生故障立即轉(zhuǎn)入鏡像盤，從鏡像盤中讀出數(shù)據(jù)。當(dāng)更換故障盤后，數(shù)據(jù)可以重構(gòu)，恢復(fù)工作盤正確數(shù)據(jù) 應(yīng)用 財務(wù) 金融 需要高數(shù)據(jù)可用性的應(yīng)用RAID 3 (條帶分布+專用盤校驗(yàn))原理：使用至少三塊硬盤配置，在其中的一塊硬盤上存貯專用的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)某

6、塊硬盤出現(xiàn)故障時，其它硬盤可以通過校驗(yàn)數(shù)據(jù)將有故障的硬盤的數(shù)據(jù)重新恢復(fù)出來。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)以位或字節(jié)的方式存于各盤（分散記錄在組內(nèi)相同扇區(qū)的各個硬盤上） 優(yōu)點(diǎn)高可用性磁盤利用率較高(N-1)并行I/O傳輸，順序讀性能較高缺點(diǎn)校驗(yàn)盤成為性能瓶頸每次讀寫牽動整個組，每次只能完成一次I/O 應(yīng)用 流媒體服務(wù)器 圖像編輯 視頻編輯RAID 5 (條帶技術(shù)+分布式校驗(yàn))原理：RAID5 將所有校驗(yàn)的數(shù)據(jù)分別存貯在所有的硬盤上,每一個硬盤的不同地方既存貯數(shù)據(jù)，也存貯校驗(yàn)數(shù)據(jù)。當(dāng)某塊硬盤出現(xiàn)故障時，其它硬盤可以通過校驗(yàn)數(shù)據(jù)將故障的硬盤的數(shù)據(jù)重新恢復(fù)出來。優(yōu)點(diǎn)高可用性磁盤利用率較高(N-1),沒有固定的校驗(yàn)盤，奇

7、偶校驗(yàn)信息均勻分布在陣列所屬的所有磁盤中隨機(jī)讀寫性能高允許在同一組內(nèi)并發(fā)進(jìn)行多個寫操作缺點(diǎn)異或較驗(yàn)影響存儲性能 應(yīng)用 文件及應(yīng)用服務(wù)器 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 Web, E-mail 局域網(wǎng)服務(wù)器RAID6（Double parity drive）高級數(shù)據(jù)保護(hù)特點(diǎn)：較高的數(shù)據(jù)冗余性能；超強(qiáng)的數(shù)據(jù)保護(hù)能力，可以應(yīng)付多顆盤同時出錯；優(yōu)點(diǎn)：允許在同一組內(nèi)并發(fā)進(jìn)行多個寫操作缺點(diǎn)：計算校驗(yàn)地址占用較多的處理時間；較低的寫入速率。RAID6 P+QRAID6 P+Q會根據(jù)公式計算出P和Q的值，當(dāng)有兩個數(shù)據(jù)同時丟失時，仍可以計算出原數(shù)據(jù)磁盤1磁盤2磁盤3磁盤4磁盤5條帶1數(shù)據(jù)1a數(shù)據(jù)1b數(shù)據(jù)1cP1Q1條帶2數(shù)據(jù)2d

8、數(shù)據(jù)2eP2Q2數(shù)據(jù)2f條帶3數(shù)據(jù)3gP3Q3數(shù)據(jù)3h數(shù)據(jù)3i條帶4P4Q4數(shù)據(jù)4j數(shù)據(jù)4k數(shù)據(jù)4l條帶5Q5數(shù)據(jù)5m數(shù)據(jù)5n數(shù)據(jù)5oP5RAID 級別比較項(xiàng)目RAID0RAID1RAID10RAID5、RAID3最小配置1243性能HighestLowestRAID5RAID10RAID0RAID1RAID5 RAID10特點(diǎn)無容錯最佳的容錯最佳的容錯提供容錯磁盤利用率100%50%50%(N-1)/N描述不帶奇偶效驗(yàn)的條帶集磁盤鏡像RAID0與RAID1的結(jié)合帶奇偶效驗(yàn)的條帶集其中RAID3與RAID5的區(qū)別為：RAID3更適合于順序存取，RAID5更適合于隨機(jī)存取。需要根據(jù)具體的應(yīng)用情況

9、決定使用那種RAID級別。RAID性能比較RAID級*RAID-0RAID-1RAID-5RAID-10RAID-50RAID-6別名條帶鏡象分布奇偶位條帶鏡象陣列條帶分布奇偶陣列條帶分布奇偶條帶容錯性沒有有有有有有冗余類型沒有復(fù)制奇偶位復(fù)制奇偶位兩種奇偶位熱備盤選項(xiàng)沒有有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個不小于6的偶數(shù)（6，8，10，12，14，16）（因?yàn)镽AID5最少3個，再做鏡像，就是6個）四個或更多可用容量NN / 2 N - 1 N / 2N-2N2DAS NAS SAN存儲體系架構(gòu)介紹 Direct Attached Storage(DAS)直接外掛存儲 服

10、務(wù)器直接后掛存儲設(shè)備，最經(jīng)濟(jì)的一種結(jié)構(gòu)。 Network Attached Storage (NAS)網(wǎng)絡(luò)連接存儲 網(wǎng)絡(luò)上直接掛接的存儲設(shè)備，相當(dāng)于一個網(wǎng)絡(luò)文件共享服務(wù)器。 Storage Area Network (SAN)存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用光纖技術(shù)的SAN網(wǎng)絡(luò)，傳輸介質(zhì)為光纖，性能最高，目前使用較廣 ISCSI(IP-SAN) iSCSI-利用TCP/IP協(xié)議連接存儲設(shè)備,可以理解為SCSI over IP,是將SCSI命令封裝到TCP/IP數(shù)據(jù)包中,通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸SCSI數(shù)據(jù)。DAS-直連存儲Client 2Server AApplication AServer BApplication

11、 BServer CApplication CDisks for Server ADisks for Server BDisks for Server CClient 3Client 1Local AreaNetworkSAN- 存儲局域網(wǎng)絡(luò)Client 2Client 3Client 1Server AApplication AServer BApplication BServer CApplication CDisks for Server ADisks for Server BDisks for Server CSANLocal AreaNetworkDisk ArrayNAS-網(wǎng)絡(luò)附加

12、存儲Disks for File System ADisks for File System BNAS Device AFile System ANAS Device BFile System BInternal/External connectivityto disks or arraysServer AFile System AServer BFile System BClient 1Client 2Client 3Local AreaNetworkSAN、iSCSI、NAS的特點(diǎn)NAS為解決數(shù)據(jù)共享問題和優(yōu)化文件（File）存儲而產(chǎn)生的存儲技術(shù)文件管理系統(tǒng)在存儲設(shè)備端，是文件服務(wù)+IP的

13、一種技術(shù)多應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（文件）SAN為解決DAS的問題而產(chǎn)生的存儲技術(shù)是DAS+網(wǎng)絡(luò)的一種技術(shù)多應(yīng)用于OLTP系統(tǒng)（如：ERP）iSCSIiSCSI也叫IP SAN多應(yīng)用于PC服務(wù)器平臺、Windows（SQL Server、Exchange）、Linux、小型數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)NASSAN/iSCSI操作系統(tǒng)文件管理系統(tǒng)RAID控制磁盤讀寫應(yīng)用系統(tǒng)IO調(diào)用模式存儲架構(gòu)適用分類SAN:提供可用性、可管理性和擴(kuò)展性目標(biāo)應(yīng)用:數(shù)據(jù)庫/ERP/OLTP災(zāi)難恢復(fù)數(shù)據(jù)倉儲NAS:易于安裝和管理，低價位, 目標(biāo)應(yīng)用:文件服務(wù)器集中/更換PDM/CAD文件共享DAS: 只適用于小型商務(wù)IP-SAN與FC-

14、SAN比較IP-SAN適用環(huán)境：異地間的數(shù)據(jù)交換及容災(zāi)，備份，非關(guān)鍵應(yīng)用的集中存儲。FC-SAN適用環(huán)境：關(guān)鍵應(yīng)用的集中存儲、備份及容災(zāi)。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)IP-SAN部署成本低共享網(wǎng)絡(luò)（IP網(wǎng)絡(luò)復(fù)用，提高網(wǎng)絡(luò)利用率）維護(hù)簡便適合遠(yuǎn)距離傳輸傳輸效率低（正常IP網(wǎng)絡(luò)利用率不足50%）傳輸安全性低傳輸延時無保障一般占用大量主機(jī)資源FC-SAN傳輸效率高傳輸安全性高傳輸延時極小占用主機(jī)資源少技術(shù)成熟應(yīng)用范圍最廣的專業(yè)存儲架構(gòu)部署成本較高需要專屬網(wǎng)絡(luò)DAS優(yōu)點(diǎn): 成本低，對于小型用戶來說，易于維護(hù)缺點(diǎn): 性能不高，系統(tǒng)停機(jī)多，資源無法共享，多系統(tǒng)環(huán)境下的管理成本增加NAS優(yōu)點(diǎn): 方便，文件級的數(shù)據(jù)共享，集中化管

15、理缺點(diǎn): 需要貢獻(xiàn)文件系統(tǒng)，安全性無法保障，性能一般，磁盤級數(shù)據(jù)無法共享集中，復(fù)雜系統(tǒng)的成本大，維護(hù)難，擴(kuò)容受限SAN優(yōu)點(diǎn): 集中化的管理，高性能，減少停機(jī)時間，安全保障高缺點(diǎn): 成本昂貴、系統(tǒng)復(fù)雜。磁盤陣列的兼容性限制了設(shè)備選擇空間及資源共享。機(jī)械硬盤 機(jī)械式硬盤結(jié)構(gòu)主軸馬達(dá)(Spindle Motor)磁頭基座(Base Plate)磁頭停放區(qū)(Parking Zone)盤片(Media)傳動部件接口容量：指硬盤能存儲的數(shù)據(jù)量大小，以字節(jié)為基本單位單碟容量：硬盤都是由一個或幾個盤片組成的，單碟容量就是指包括正反兩面在內(nèi)的單個盤片的總?cè)萘?轉(zhuǎn)速：即主軸馬達(dá)轉(zhuǎn)動速度，單位為RPM（Round

16、Per Minute)，即每分鐘盤片轉(zhuǎn)動圈數(shù)緩存：是硬盤控制器上的一塊內(nèi)存芯片，具有極快的存取速度，它是硬盤內(nèi)部盤片和外部接口之間的緩沖器機(jī)械式硬盤主要指標(biāo)（一） 平均訪問時間：硬盤磁頭找到目標(biāo)數(shù)據(jù)所需的平均時間平均尋道時間：磁頭尋找目標(biāo)數(shù)據(jù)所在磁道所需的平均時間平均潛伏時間：當(dāng)磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道后，等待指定的數(shù)據(jù)扇區(qū)轉(zhuǎn)動到磁頭下方的時間數(shù)據(jù)傳輸率：內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率：數(shù)據(jù)從盤片表面?zhèn)鬏數(shù)接脖P的緩存的速率外部數(shù)據(jù)傳輸率：數(shù)據(jù)從硬盤的緩存讀出到外部總線的速率機(jī)械式硬盤主要指標(biāo)（二） 硬盤的讀寫速度同硬盤的轉(zhuǎn)速成正比更高的轉(zhuǎn)速可縮短硬盤的實(shí)際讀寫時間硬盤緩存的大小直接影響硬盤的整體性能轉(zhuǎn)速和緩存

17、對硬盤性能的影響硬盤接口類型硬盤容量發(fā)展容量FC硬盤 100GB 300GB 750GB 1000GB146GB300GBSAS硬盤250GB 400GB 500GB 750GB1000GBSATA硬盤73GB 300GB146GB 500GB73GB 300GB146GB 20192019SCSI硬盤73GB 2000GB2000GB600GB450GB450GB600GB硬盤對比FC磁盤、SAS磁盤、企業(yè)級SATA磁盤的性能對比硬盤類型轉(zhuǎn)速M(fèi)TBF平均尋道時間持續(xù)讀寫速率應(yīng)用特點(diǎn)企業(yè)級SATA磁盤7200 RPM120萬小時8.5ms2530MB/秒大容量、小吞吐量，高性價比SAS磁盤15

18、000 RPM160 萬小時3.5ms80 MB/秒大容量、高可靠FC磁盤15000 RPM160 萬小時3.5ms4055MB/秒高可靠、負(fù)荷能力高、企業(yè)級應(yīng)用ATA/IDE接口硬盤簡介Power連接器主/從盤 跳線40-pin連接器ATA（Advanced Technology Attachment）硬盤是傳統(tǒng)的桌面級硬盤，主要應(yīng)用于個人PC機(jī)，也經(jīng)常稱為IDE硬盤ATA接口為并行ATA技術(shù)，下一代的產(chǎn)品是串行ATA（SATA）最高速度133M/S，已達(dá)性能極性。SATA接口硬盤介紹SATA：串行ATA (Serial AdvancedTechnologyAttachment )SATA硬

19、盤采用點(diǎn)對點(diǎn)連接方式，支持熱插拔，即插即用SATA采用串行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，第二代（SATA ）300MB/s接口硬盤目前仍是主流，SATAD目前已經(jīng)商用，速率為600MB/sSCSI接口硬盤介紹SCSI (Small Computer System Interface )小型計算機(jī)系統(tǒng)接口SCSI硬盤并發(fā)處理性能優(yōu)異，常應(yīng)用于企業(yè)級存儲領(lǐng)域SCSI硬盤采用并行接口，接口速率目前發(fā)展到320MB/s，基本已經(jīng)達(dá)到極限，已被其串行版本SAS硬盤完全替代80-pin 公接頭SAS接口硬盤介紹SAS(Serial Attached SCSI) 串行SCSI 接口SAS是一種點(diǎn)對點(diǎn)、全雙工、雙端口的接

20、口SAS專為滿足高性能企業(yè)需求而設(shè)計，并且兼容SATA硬盤，為企業(yè)用戶帶來前所未有的靈活性接口速率為300MB/S，600MB/S（SAS）FC接口硬盤介紹FC-AL(fibre channel arbitrated loop)是一種雙端口的串行存儲接口FC-AL利用類似SATA/SAS所用的4芯連接，提供一種單環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個控制器能訪問126個硬盤4Gb/S的硬盤接口速率Services 固態(tài)硬盤 Solid State Disk固態(tài)硬盤的定義 固態(tài)硬盤，是由控制單元和固態(tài)存儲單元（DRAM或FLASH芯片）組成的硬盤, 簡單的說就是用固態(tài)電子存儲芯片通過陣列的形式而夠成的硬盤。其內(nèi)部存儲

21、單元利用固態(tài)電子存儲芯片陣列取代了傳統(tǒng)HDD硬盤的磁碟組。固態(tài)硬盤的接口規(guī)范定義、功能及使用方法均與普通硬盤完全相同,在產(chǎn)品外形和尺寸上也完全與普通硬盤一致,包括3 . 5 英寸、2 . 5 英寸、1 . 8 英寸多種類型。 SSD基于DRAM基于FLASHMLCMulti-Level Cell多層單元NANDNORSLCSingle Layer Cell 單層單元固態(tài)硬盤的存儲介質(zhì)分為兩種：采用閃存（FLASH芯片）作為存儲介質(zhì)采用DRAM作為存儲介質(zhì)固態(tài)硬盤的類型SLC更昂貴，但也更可靠，速度快，且寫次數(shù)更高（只是容量?。?。SLC和MLCSLC和MLC兩者的差異在于每單元存儲的數(shù)據(jù)量（密度

22、），MLC的存儲容量比SLC大，但是SLC更簡單可靠，SLC讀取和寫入的速度都比MLC更快，而且SLC比MLC更耐用，MLC每單元可擦除1萬次至5萬次，而SLC可擦除10w次以上，所以，企業(yè)級的閃存產(chǎn)品一般都選用SLC，這也是為什么企業(yè)級產(chǎn)品比家用產(chǎn)品貴很多的原因。SSD單層單元與多層單元數(shù)據(jù)存取速度快。固態(tài)硬盤沒有傳統(tǒng)硬盤復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，既沒有磁碟，也不存在磁頭，它無需花費(fèi)較長的時間尋道，讀取速度更不會受到轉(zhuǎn)速的限制。防震抗摔。SSD固態(tài)硬盤內(nèi)部不存在任何機(jī)械部件，這樣即使在高速移動甚至伴隨翻轉(zhuǎn)傾斜的情況下也不會影響到正常使用。沒有噪音，發(fā)熱低。由于與傳統(tǒng)硬盤物理結(jié)構(gòu)不同，SSD 固態(tài)硬盤不存在磁頭臂尋道的聲音和盤片