存儲(chǔ)相關(guān)技術(shù)概述

1、存儲(chǔ)相關(guān)技術(shù)概述目 錄4.1 存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展4.2 RAID技術(shù)4.3 主流存儲(chǔ)架構(gòu)4.1存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展(1/2) 存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,不斷的發(fā)展.先期的存儲(chǔ)只是用打孔機(jī)或者磁帶來(lái)存放數(shù)據(jù)。 硬盤(pán)的出現(xiàn)，終結(jié)了打孔機(jī)和磁帶作為主要存儲(chǔ)手段的歷史。1956年9月，IBM的一個(gè)工程小組向世界展示了第一套磁盤(pán)系統(tǒng)IBM 350 RAMAC Random Access Method of Accounting and Control，雖然這套系統(tǒng)的總?cè)萘恐挥?MB，但卻起到了一個(gè)里程碑的作用。 在350 RAMAC之后，硬盤(pán)產(chǎn)業(yè)開(kāi)始起步，從最初的24英寸發(fā)展到5.25英寸，從5MB的

2、存儲(chǔ)量突破了100MB。如今，硬盤(pán)的容量已經(jīng)用T（1000G）來(lái)形容。硬盤(pán)最主要的功能是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。雖然在馮諾伊曼計(jì)算機(jī)體系中并沒(méi)有提到硬盤(pán)，但是從現(xiàn)在計(jì)算機(jī)使用情況來(lái)看，硬盤(pán)是計(jì)算機(jī)中最重要的部分，“硬盤(pán)有價(jià)，數(shù)據(jù)無(wú)價(jià)”！隨著存儲(chǔ)介質(zhì)的不斷發(fā)展，存儲(chǔ)技術(shù)的也在不斷發(fā)展，形成了今天各種各樣的存儲(chǔ)架構(gòu)，存儲(chǔ)解決方案。4.1存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展(1/2)打孔紙卡穿孔紙袋計(jì)數(shù)電子管盤(pán)式磁帶盒式錄音磁帶磁鼓軟硬盤(pán)硬盤(pán)機(jī)硬盤(pán)LD光盤(pán)5寸光盤(pán)DVD光盤(pán)藍(lán)光DVD,HD-DVD存儲(chǔ)介質(zhì)簡(jiǎn)介目 錄4.1 存儲(chǔ)的發(fā)展和歷史4.2 RAID技術(shù)4.2.1 RAID的概念4.2.2 RAID的特點(diǎn)4.2.3 RAID的級(jí)別

3、4.2.4 RAID的實(shí)現(xiàn)方式4.2.5 RAID卡4.2.6 磁盤(pán)陣列4.2.7 RAID卡與磁盤(pán)陣列的區(qū)別4.2.8 RAID卡與磁盤(pán)陣列產(chǎn)品舉例4.3 主流存儲(chǔ)架構(gòu)4.4 磁帶機(jī)技術(shù)4.5 磁帶庫(kù)4.6 虛擬磁帶庫(kù)4.2.1 RAID的概念 RAID是“Redundant Array of Inexpensive Disks”的縮寫(xiě)，中文意思是廉價(jià)磁盤(pán)冗余陣列。冗余磁盤(pán)陣列技術(shù)誕生于1987年，由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校提出。最初的研制目的是為了組合小的廉價(jià)磁盤(pán)來(lái)代替大的昂貴磁盤(pán)，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的費(fèi)用，同時(shí)也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤(pán)失效時(shí)不會(huì)使對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)受損失，從而開(kāi)發(fā)出一

4、定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)，并且能適當(dāng)?shù)奶嵘龜?shù)據(jù)傳輸速度。 捆綁2個(gè)或多個(gè)獨(dú)立物理磁盤(pán)成磁盤(pán)組（陣列） 邏輯上做為一個(gè)大容量的硬盤(pán)供操作系統(tǒng)使用 提高系統(tǒng)的讀寫(xiě)性能 具備容錯(cuò)性4.2.2 RAID的特點(diǎn)4.2.3 RAID的級(jí)別RAID 0RAID 1RAID 3RAID 5RAID 6RAID 10 (RAID 0+1)RAID 504.2.3.1 RAID0概念:無(wú)差錯(cuò)控制的條帶化陣列,將多塊硬盤(pán)連接起來(lái)形成一個(gè)容量更大的存儲(chǔ)設(shè)備。4.2.3.2 RAID1概念:稱為鏡像,將一個(gè)磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)完全復(fù)制到另一個(gè)磁盤(pán)上,百分百的數(shù)據(jù)冗余.4.2.3.3 RAID3概念:采用奇偶校驗(yàn)技術(shù),需要專門(mén)的一塊

5、盤(pán)來(lái)存儲(chǔ)校驗(yàn)位.4.2.3.4 RAID5概念:帶分布式奇偶位的條帶,把校驗(yàn)位信息隨機(jī)地分布到所有的磁盤(pán)上,并非用單獨(dú)一個(gè)盤(pán)來(lái)存儲(chǔ)校驗(yàn)位,是目前應(yīng)用最廣泛的一種磁盤(pán)陣列模式.4.2.3.5 RAID6概念:帶有兩種分布式存儲(chǔ)的奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤(pán)結(jié)構(gòu),使用了分配在不同的磁盤(pán)上的第二種奇偶校驗(yàn)的增強(qiáng)性RAID5.4.2.3.6 RAID 10 (RAID 0+1)概念:稱為鏡像陣列條帶,既具有Raid0的高性能,又具有Raid1的安全性.4.2.3.7 RAID50概念:稱為分布奇偶位陣列條帶,由兩組RAID5磁盤(pán)組成,每組都使用了分布式奇偶位,兩組RAID5再組建成RAID0模式,實(shí)現(xiàn)跨磁盤(pán)抽

6、取數(shù)據(jù).4.2.4 RAID的實(shí)現(xiàn)方式軟件RAID方式硬件RAID方式零通道RAID4.2.4.1 軟件RAID 軟RAID(software-basedRAID)是基于軟件的RAID。由于現(xiàn)在的很多服務(wù)器操作系統(tǒng)都集成了RAID功能。比如MicrosoftWindowsNT，Windows2000，Windows2003，NovellNetware和Linux。 軟件RAID集成于操作系統(tǒng)，有比較低的始投資，但是它的CPU占用率非常高，并且只有非常有限的陣列操作功能。由于軟件RAID是在操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)RAID，軟RAID不能保護(hù)系統(tǒng)盤(pán)。亦即系統(tǒng)分區(qū)不能參與實(shí)現(xiàn)RAID。4.2.4.2 硬件R

7、AID 硬RAID是通過(guò)硬件方式實(shí)現(xiàn)的一種RAID方式,有專門(mén)的硬件來(lái)進(jìn)行RAID的計(jì)算,管理等,常見(jiàn)的RAID卡,以及控制器等方式的RAID方式都屬于硬RAID方式,它的優(yōu)點(diǎn)很多,占用CPU資源少,熱插拔,管理方便等,相對(duì)軟件RAID方式,成本較高.4.2.4.3 零通道RAID 一種把初級(jí)的RAID功能附加給SCSI或者SATA卡而產(chǎn)生的產(chǎn)品。它是基于硬和軟RAID之間的一種產(chǎn)品。它把軟件RAID功能集成到了產(chǎn)品的固件上，從而提高了產(chǎn)品的功能和容錯(cuò)能力。一般情況下它可以支持RAID0和RAID1，有的可以支持更高級(jí)的RAID。4.2.5 RAID卡概念：RAID卡就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)RAID功能的

8、板卡，通常是由I/O處理器、SCSI控制器、SCSI連接器和緩存等一系列零組件構(gòu)成的 。4.2.5.1 RAID卡接口技術(shù)IDE接口SCSI接口SATA接口SAS接口目前主流接口類型：IDE接口IDE即IntegratedDriveElectronics，它的本意是指把控制器與盤(pán)體集成在一起的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，我們常說(shuō)的IDE接口，也叫ATA（AdvancedTechnologyAttachment）接口，也叫PATA. 并行方式傳輸傳輸距離受限,不超過(guò)0.4米連接方式有主從之分不支持熱插拔線纜比較寬，不利于散熱SCSI接口（1/3）SCSI直譯為小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專用接口(SmallComputerS

9、ystemInterface)是一種連結(jié)主機(jī)和外圍設(shè)備的接口，支持包括磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、磁帶機(jī)、光驅(qū)、掃描儀在內(nèi)的多種設(shè)備。它由SCSI控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，SCSI控制器相當(dāng)于一塊小型CPU，有自己的命令集和緩存。 名稱標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范出現(xiàn)年份理論帶寬關(guān)鍵特性SASI1979SCSI雛形SCSI-1SCSI-119862MB/s異步；8位SCSI-2SCSI-2198910MB/s同步；16位SCSI-3分離指令集，傳輸協(xié)議與物理接口脫離，成為獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)Fast-WideSPI/SIP199220MB/sUltraFast-20附加標(biāo)準(zhǔn)199540MB/sUltra2SPI-2199780MB/s低壓差分機(jī)制

10、Ultra3SPI-31999160MB/s附加校驗(yàn)Ultra320SPI-42001320MB/s分包機(jī)制；QASSCSI接口（2/3）SCSI接口（3/3）并行數(shù)據(jù)傳輸支持多設(shè)備,1個(gè)通道可以支持16個(gè)設(shè)備SCSI設(shè)備的CPU占用率極低，確實(shí)在多任務(wù)系統(tǒng)中占有著明顯的優(yōu)勢(shì)。 SCSI設(shè)備還具有智能化，SCSI卡自己可對(duì)CPU指令進(jìn)行排隊(duì)，這樣就提高了工作效率。在多任務(wù)時(shí)硬盤(pán)會(huì)在當(dāng)前磁頭位置，將鄰近的任務(wù)先完成，再逐一進(jìn)行處理。SATA接口（1/2）SATA是由PATA發(fā)展而來(lái)的, SATA是Serial ATA的縮寫(xiě)，即串行ATA。這是一種完全不同于并行ATA的新型硬盤(pán)接口類型，由于采用串

11、行方式傳輸數(shù)據(jù)而得名。SATA總線使用嵌入式時(shí)鐘信號(hào)，具備了更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，與以往相比其最大的區(qū)別在于能對(duì)傳輸指令（不僅僅是數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)自動(dòng)矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。串行接口還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支持熱插拔的優(yōu)點(diǎn)。 SATA接口（2/2）Serial ATA技術(shù)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸協(xié)議，不存在主從問(wèn)題，這樣每個(gè)驅(qū)動(dòng)器硬盤(pán)能夠獨(dú)享帶寬Serial ATA采用七針數(shù)據(jù)線纜.主要有四個(gè)針腳，第一針發(fā)送信號(hào)，第二針接收信號(hào)，第三針供應(yīng)電源，第四針為地線。長(zhǎng)度可以達(dá)到1米。接插簡(jiǎn)單，支持熱插拔內(nèi)置數(shù)據(jù)校驗(yàn)技術(shù).串行ATA技術(shù)在傳輸總線的兩端都引入了全新的CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）保

12、護(hù)系統(tǒng)，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。SAS接口（1/2）SAS技術(shù)是由SCSI技術(shù)發(fā)展而來(lái)的, SAS 是Serial Attached SCSI的縮寫(xiě)，即串行連接SCSI。2001年11月26日，Compaq、IBM、LSI邏輯、Maxtor和Seagate聯(lián)合宣布成立SAS工作組，其目標(biāo)是定義一個(gè)新的串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備接口。它綜合了現(xiàn)有并行SCSI和串行連接技術(shù)（光纖通道、SSA、IEEE1394及InfiniBand等）的優(yōu)勢(shì)，以串行通訊為協(xié)議基礎(chǔ)架構(gòu)，采用SCSI-3擴(kuò)展指令集并兼容SATA設(shè)備，是多層次的存儲(chǔ)設(shè)備連接協(xié)議棧。 SAS接口（2/2）串行傳輸方式向下兼通SATA采用8

13、b/10b編碼擴(kuò)展性能好SAS技術(shù)的全雙工模式，可以使設(shè)備在同一時(shí)間內(nèi)能夠以雙方向傳輸數(shù)據(jù).4.2.5.2 RAID卡的主要廠商AdaptecLSI建邦PROMISE4.2.6 磁盤(pán)陣列（1/9）磁盤(pán)陣列的特性：1、增大存儲(chǔ)空間2、提高讀寫(xiě)性能3、具有容錯(cuò)性磁盤(pán)陣列的以上特性通過(guò)RAID技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)4.2.6 磁盤(pán)陣列（2/9）磁盤(pán)陣列的主要組成部分1、機(jī)箱2、控制器3、背板4、電源、散熱風(fēng)扇5、硬盤(pán)磁盤(pán)倉(cāng)位14冗余熱插拔ESM接口熱插拔風(fēng)扇冗余熱插拔電源4.2.6 磁盤(pán)陣列（3/9）磁盤(pán)陣列控制器概念:控制器在磁盤(pán)陣列中啟著核心作用,RAID技術(shù)的實(shí)現(xiàn),以及數(shù)據(jù)的調(diào)用管理都有它來(lái)負(fù)責(zé),是一個(gè)磁

14、盤(pán)陣列的心臟.4.2.6 磁盤(pán)陣列（4/9）磁盤(pán)陣列分類 按尺寸盤(pán)位 按主機(jī)接口 按存儲(chǔ)介質(zhì)4.2.6 磁盤(pán)陣列（5/9）磁盤(pán)陣列主機(jī)接口SCSISASFCISCSIINFINIBANDPCI-E4.2.6 磁盤(pán)陣列（6/9）磁盤(pán)陣列磁盤(pán)通道SCSISATASASFC4.2.6 磁盤(pán)陣列（7/9）磁盤(pán)陣列常用參數(shù)控制器數(shù)量處理芯片(處理器)Cache 大小電池保護(hù)主機(jī)接口數(shù)量及帶寬磁盤(pán)通道數(shù)量及帶寬Iops尺寸及盤(pán)位數(shù)擴(kuò)展性能支持的RAID級(jí)別4.2.6 磁盤(pán)陣列（8/9）磁盤(pán)陣列高級(jí)功能Lunmasking功能快照功能卷拷貝功能遠(yuǎn)程鏡像功能4.2.6 磁盤(pán)陣列（9/9）磁盤(pán)陣列控制器結(jié)構(gòu)圖（

15、舉例）4.2.7 RAID卡與磁盤(pán)陣列的區(qū)別RAID卡 磁盤(pán)陣列 形態(tài) PCI插卡 SCSI設(shè)備 OS支持 OS DriverBIOS識(shí)別/SCSI SCSI通道 僅為磁盤(pán)通道 磁盤(pán)通道主機(jī)通道 獨(dú)立性依賴主機(jī)完全獨(dú)立 冗余性僅磁盤(pán)冗余 磁盤(pán)/電源/風(fēng)扇冗余 配置 僅配置磁盤(pán) 配置磁盤(pán)Map 常用界面 軟件界面 LCD界面 價(jià)格 相對(duì)廉價(jià) 較貴目 錄4.1 存儲(chǔ)的發(fā)展和歷史4.2 RAID技術(shù)4.3 主流存儲(chǔ)架構(gòu)4.3.1 DAS架構(gòu)4.3.2 NAS架構(gòu)4.3.3 SAN架構(gòu)4.3.4 ISCIS SAN4.3.5 存儲(chǔ)架構(gòu)對(duì)比4.4 磁帶機(jī)技術(shù)4.5 磁帶庫(kù)4.6 虛擬磁帶庫(kù)4.3 主流存

16、儲(chǔ)架構(gòu)DAS架構(gòu)NAS架構(gòu)SAN架構(gòu)ISCSI SAN架構(gòu)4.3.1 DAS架構(gòu)（1/4） DAS是Direct Attached Storage的縮寫(xiě)，即“直接連接存儲(chǔ)”。它是指將外置存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)連接電纜，直接連接到一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。采用直接外掛存儲(chǔ)方案的服務(wù)器結(jié)構(gòu)如同PC機(jī)架構(gòu)，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備采用SCSI技術(shù)，或者FC(Fibre Channel)技術(shù)，直接掛接在內(nèi)部總線上的方式，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是整個(gè)服務(wù)器結(jié)構(gòu)的一部分 。 4.3.1 DAS架構(gòu)（2/4）結(jié)構(gòu)示意：4.3.1 DAS架構(gòu)（3/4）直連方式基于塊設(shè)備級(jí)的訪問(wèn)模式擴(kuò)展性差資源浪費(fèi)不宜集中管理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：4.3.1 DAS架構(gòu)（4/4）適

17、用范圍：小型網(wǎng)絡(luò)，成本較低地理位置特別分散的網(wǎng)絡(luò)特殊應(yīng)用的服務(wù)器4.3.2 NAS架構(gòu)（1/4） NAS系統(tǒng)擁有一個(gè)專用的服務(wù)器，服務(wù)器上安裝著一個(gè)優(yōu)化的文件系統(tǒng)和“瘦”操作系統(tǒng)，其作用類似于一個(gè)專用的文件服務(wù)器。這種專用文件服務(wù)器去掉了通用服務(wù)器原有的大多數(shù)計(jì)算功能，僅僅提供文件系統(tǒng)功能，用于存儲(chǔ)服務(wù)。而且，NAS系統(tǒng)中的核心操作系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)特殊定制的，專門(mén)服務(wù)于文件請(qǐng)求且與主要的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境兼容。 4.3.2 NAS架構(gòu)（2/4）結(jié)構(gòu)示意：4.3.2 NAS架構(gòu)（3/4）特點(diǎn)：集中數(shù)據(jù)管理基于文件級(jí),異構(gòu)平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享獨(dú)立于操作平臺(tái)，不同類的文件共享 (NFS,CIFS)真正的即插即用存儲(chǔ)系統(tǒng)部

18、署簡(jiǎn)單存儲(chǔ)設(shè)備位置靈活管理容易且成本較低瀏覽器界面的操作/管理存儲(chǔ)性能較低(通過(guò)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)備份)投資成本較高而可靠度不高4.3.2 NAS架構(gòu)（4/4）適用范圍：小型局域網(wǎng)絡(luò),廣域網(wǎng)辦公OA,校園網(wǎng),文檔歸檔,VOD等異構(gòu)平臺(tái)共享對(duì)性能要求不是極高的應(yīng)用基于文件系統(tǒng)，不適合數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用4.3.3 SAN架構(gòu) 所謂的SAN(storage area network)，即存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，是指在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器群的后端，采用光纖通道等存儲(chǔ)專用協(xié)議連接成高速專用網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與多種存儲(chǔ)設(shè)備直接連接。 SAN的最大特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備之間的多對(duì)多連接，而且，這種連接是本地的高速連接。 SAN架構(gòu)

19、的優(yōu)勢(shì)在于：強(qiáng)大的擴(kuò)展性、多種存儲(chǔ)設(shè)備的集中和新架構(gòu)支撐下的新型數(shù)據(jù)應(yīng)用方式。 4.3.3.1 Fibre Channel Fibre Channel (FC)是1994年由ANSI標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂的一種適合于千兆位數(shù)據(jù)傳輸通信的成熟而安全的解決方案。Fibre Channel 與傳統(tǒng)的SCSI技術(shù)相比，除了提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，更遠(yuǎn)的傳輸距離，更多的設(shè)備連接支持，更穩(wěn)定的性能，更簡(jiǎn)易的安裝以外，最重要的是為SAN的發(fā)展提供了廣闊的天地.4.3.3.2 FC SAN(1/3)結(jié)構(gòu)示意：4.3.3.2 FC SAN(2/3)特點(diǎn)：基于設(shè)備塊級(jí)的訪問(wèn)模式擴(kuò)展性好易于集中管理高可靠性、可用性、可維護(hù)性 負(fù)載均衡傳輸效率高,低延遲成本高4.3.3.2 FC SAN(3/3)適用范圍：大型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)分散數(shù)據(jù)高速集中備份的企業(yè)、以及數(shù)據(jù)在線性要求高的企業(yè)等。 傳輸效率要求極高的應(yīng)用,可靠性高的遠(yuǎn)程災(zāi)備,異地備份4.3.4 ISCSI SAN(1/6) ISCSI是一種基于開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)它可以用TCP/IP對(duì)SCSI(小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口-一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓矃f(xié)議)指令進(jìn)行封裝，這樣就可以使這些