存儲初級培訓存儲技術基礎

1、存儲初級培訓存儲技術基礎第1頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三ATA與SATAPC/工作組級廉價容量大第2頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三2SCSi、SAS與FCSCSI (Small Computer System Interface)SAS(Serial Attached SCSI)FC（Fibre Channel）第3頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三3RAID技術RAID為廉價磁盤冗余陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks） RAID技術將一個個單獨的磁盤以不同的組合方式形成一個邏輯硬

2、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級別來標識。 RAID技術是由美國加州大學伯克利分校D.A. Patterson教授在1988年提出的，作為高性能、高可靠的存儲技術，在今天已經(jīng)得到了廣泛的應用。第4頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三4RAID0-RAID0應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RAID0系統(tǒng)，它的讀寫性能將是單個磁盤讀取性能的N倍

3、。 一個明顯的缺點：不提供數(shù)據(jù)冗余保護，一旦數(shù)據(jù)損壞，將無法恢復。 第5頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三5RAID1RAID1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，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。第6頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三6RAID3RAID3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

4、校驗，并把校驗值寫入到校驗盤中。 第7頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三7RAID3RAID3系統(tǒng)在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)以及信息查詢等應用或持續(xù)大塊數(shù)據(jù)流（例如非線性編輯）的應用。第8頁，共

5、41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三8RAID5RAID5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行寫入操作稍慢 第9頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三9RAID6RAID 6提供兩級冗余，即陣列中的兩個驅動器失敗時，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不僅要支持數(shù)據(jù)的恢復，又要支持校驗的恢復，這使RAID 6控制器比其他級R A I D更復雜和更昂

6、貴。當對每個數(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數(shù)據(jù)磁盤，第一個校驗磁盤支持一種校驗算法，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。 第10頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三10RAID10RAID10是RAID1和RAID0的結合，也稱為RAID（0+1），先做鏡像然后做條帶化，既提高了系統(tǒng)的

7、讀寫性能，有提供了數(shù)據(jù)冗余保護 第11頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三11RAID01RAID01也是RAID0和RAID1的結合，但它是對條帶化后的數(shù)據(jù)進行鏡像。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的實際應用非常少。第12頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三12JBODJBOD(Just Bundle Of Disks)譯成中文可以是“簡單磁盤捆綁”，通常又稱為Span。 JBOD 不是標準的RAID級別，它只是在近幾年才被一些廠家提出，并

8、被廣泛采用。Span是在邏輯上把幾個物理磁盤一個接一個串聯(lián)到一起，從而提供一個大的邏輯磁盤。Span上的數(shù)據(jù)簡單的從第一個磁盤開始存儲， 當?shù)谝粋€磁盤的存儲空間用完后， 再依次從后面的磁盤開始存儲數(shù)據(jù)。第13頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三13RAID對比RAID級*RAID-0RAID-1RAID-5RAID-10RAID-50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容錯性沒有有有有有冗余類型沒有復制奇偶位復制奇偶位熱備盤選項沒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6，8，10，12，14，16可用容量NN/2（n-1）/nN/2n-2

9、/n第14頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三14RAID重構對于raid10，當一塊磁盤失效時，進行數(shù)據(jù)重構的操作只是復制一個新磁盤，如果假定磁盤的容量為250G，那么復制的數(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)。第15頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三15FC vs SCSI對比SCSIFibre Channel Switched Fabric連

10、接設備151600萬距離限制25 米10 公里最大帶寬160 MB/sec 200 MB/sec多協(xié)議支持不支持支持管理支持不支持支持(telnet, SES, SNMP, GUI, API)第16頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三16NAS存儲架構設備組成操作系統(tǒng)磁盤管理NetWin110, 200操作系統(tǒng)NAS網(wǎng)關磁盤擴展第17頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三17SAN存儲架構設備組成光纖存儲設備光纖Switch光纖HBA卡光纖線纜第18頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三18光纖存儲設備光纖主機通道高性能強大擴展能力內部架構第1

11、9頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三19光纖存儲內部架構存儲處理器風扇風扇風扇電源電源獨立電源獨立電源存儲處理器 SP 光纖通道 x 2鏡像緩存FCCPU SP 光纖通道 x 2鏡像緩存CPUFCLCCLCCLCCLCCLCCLCCCMI 第20頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三20光纖交換機Fiber Channel交換機SAN專用交換機FCSW2 或 FC-AL2協(xié)議8、16、32 、64、128端口端口SFP第21頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三21光纖HBA卡Host Bus Adapter，是總線外插設備，遵循各類總線標準

12、，例如PCI、PCIX、Compact PCI插在服務器的PCI總線上，與FC交換機連接是一個I/O設備，類似于SCSI卡和網(wǎng)卡，將PCI信號和光纖通道信號進行相互轉換第22頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三22線纜物理介質: 串行接口 介質類型: 銅線或者光纖銅線有:DB9 (serial port-style)HSSDC (Ethernet-style)介質類型速度距離9微米單模光纖100 MB/s (1G)200 MB/s (2G)1G 最多10 km2G 最多 2 km50或者 62.5 微米多模光纖100 MB/s (1G)200 MB/s (2G)1G 最多 5

13、00 m2G 最多200 m銅線100 MB/s (1G)200 MB/s (2G)1G 最多 30 m2G 最多 10 mLCSCDB9HSSDC第23頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三23Part4：存儲方案基礎第24頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三存儲方案概述高可用方案備份方案冗災方案第25頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三25高可用方案的實現(xiàn)方式主機端的應用高可用性數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟婚g斷性磁盤存儲的冗余保護機制第26頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三26存儲高可用方案雙機高可用公共網(wǎng)絡私有網(wǎng)絡主服務器備份服務器

14、SCSI客戶端LCHA概念要素實現(xiàn)方式作用第27頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三27路徑冗余保護-路徑不中斷路徑冗余軟件自動切換;動態(tài)負載均衡多路徑設計第28頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三28多重RAID保護機制RAID0、RAID1、RAID5、RAID0+1、RAID50第29頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三29RAID保護-RAID0MIEANJFBOKGCEtc.LHDO N M L K J I H G F E D C B ADisk1Disk2Disk3Disk4讀寫速度快無數(shù)據(jù)保護能力第30頁，共41頁，2022年

15、，5月20日，0點4分，星期三30RAID保護-RAID1DCBADCBAD C B ADisk1Disk2讀寫速度不變數(shù)據(jù)保護能力強=第31頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三31RAID保護-RAID5ParityGDAJParityEBKHParityCEtc.IFParityK J I H G F E D C B ADisk1Disk2Disk3Disk4讀寫速度快數(shù)據(jù)保護能力校驗ABXOR Result000011101110第32頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三32RAID保護-RAID0+1GECAHFDBGECAHFDBDisk1Disk

16、2Disk3Disk4=RAID0RAID0RAID1第33頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三33RAID對比RAID級*RAID-0RAID-1RAID-5RAID-10RAID-50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容錯性沒有有有有有冗余類型沒有復制奇偶位復制奇偶位熱備盤選項沒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6，8，10，12，14，16可用容量NN/2（n-1）/nN/2n-2/n第34頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三34存儲備份方案網(wǎng)絡備份方案LAN-Free備份方案第35頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三35存儲網(wǎng)絡備份方案優(yōu)點：集中備份，充分利用磁帶庫資源缺點：占用網(wǎng)絡資源要求：可解決網(wǎng)絡帶寬在備份和恢復時的大量占用TCP/IP Network備份服務器陣列/磁帶庫NO第36頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三36存儲LAN-Free備份方案備份服務器陣列/磁帶庫優(yōu)點：備份速度快磁帶庫第37頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三37存儲異地冗災方案復制Failover遠程集群第38頁，共41頁，2022年，5月20日，0點4分，星期三38存儲數(shù)據(jù)復制與鏡像方案同步和異步最遠支持 200 km光纖通道或 AT