現(xiàn)代存儲技術(shù)：Module 2 數(shù)據(jù)中心環(huán)境

模塊–2

數(shù)據(jù)中心環(huán)境模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境1學完本模塊后，您將能夠：描述數(shù)據(jù)中心的核心元素描述應用程序和主機層的虛擬化描述磁盤驅(qū)動器的組件和性能描述主機通過DAS訪問存儲描述閃存驅(qū)動器的工作和優(yōu)勢模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境2模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境本課程將講述下列主題：應用程序和應用程序虛擬化DBMS主機系統(tǒng)的組件計算和內(nèi)存虛擬化第1課：應用程序、DBMS和主機（計算）模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境3應用程序為計算操作提供邏輯的軟件程序數(shù)據(jù)中心中通常部署的應用程序業(yè)務應用程序–電子郵件、企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)、決策支持系統(tǒng)(DSS)管理應用程序–資源管理、性能調(diào)整、虛擬化數(shù)據(jù)保護應用程序–備份、復制安全應用程序–身份驗證、反病毒應用程序的關(guān)鍵I/O特性讀取密集型與寫入密集型按序與隨機I/O大小模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境4應用程序虛擬化允許在單獨環(huán)境中提供應用程序?qū)⒉僮飨到y(tǒng)(OS)資源和應用程序聚合到虛擬化容器中確保操作系統(tǒng)(OS)和應用程序的完整性避免不同應用程序或同一應用程序的不同版本之間發(fā)生沖突模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境5它是向最終用戶提供應用程序而無需任何安裝、集成或底層計算平臺上的依賴項的技術(shù)。應用程序虛擬化數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)數(shù)據(jù)庫是一種結(jié)構(gòu)化存儲方式，可將數(shù)據(jù)存儲在相互關(guān)聯(lián)并按邏輯組織的多個表中有助于優(yōu)化數(shù)據(jù)的存儲和檢索DBMS可控制數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、維護和使用處理應用程序的數(shù)據(jù)請求指示OS從存儲中檢索相應數(shù)據(jù)常用的DBMS示例有MySQL、OracleRDBMS、SQLServer等。模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境6主機（計算）借助底層計算組件運行應用程序的資源示例：服務器、大型機、筆記本電腦、臺式機、平板電腦、服務器群集等。包含硬件和軟件組件硬件組件包括CPU、內(nèi)存和輸入/輸出(I/O)設備軟件組件包括OS、設備驅(qū)動程序、文件系統(tǒng)、卷管理器等模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境7IP操作系統(tǒng)和設備驅(qū)動程序在傳統(tǒng)環(huán)境中，OS位于應用程序和硬件之間負責控制環(huán)境在虛擬化環(huán)境中，虛擬化層在OS和硬件之間工作虛擬化層可控制環(huán)境OS作為來賓工作且僅控制應用程序環(huán)境在某些實現(xiàn)中，會修改OS以與虛擬化層進行通信設備驅(qū)動程序是使OS能夠識別特定設備的軟件模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境8文件系統(tǒng)模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境9123456映射到映射到用戶文件文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊LVM邏輯擴展區(qū)磁盤的物理擴展區(qū)磁盤扇區(qū)創(chuàng)建/管理映射到駐留在映射到計算虛擬化模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境10支持創(chuàng)建多臺虛擬機(VM)，每臺都運行一個OS和應用程序虛擬機是外觀和行為類似于物理機的邏輯實體虛擬化層位于硬件和虛擬機之間也稱為虛擬機管理程序虛擬機提供有標準化的硬件資源它是一項掩蔽或抽象化物理計算硬件的技術(shù)，支持對單個或群集物理機并行運行多個操作系統(tǒng)(OS)。計算虛擬化

CPU內(nèi)存NIC卡硬盤虛擬化層（虛擬機管理程序）x86體系結(jié)構(gòu)對計算虛擬化的需求模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境11虛擬化之前虛擬化之后每臺計算機一次運行單個操作系統(tǒng)(OS)緊密結(jié)合軟件和硬件當多個應用程序在相同計算機上運行時可能產(chǎn)生沖突未充分利用資源既不靈活又昂貴每個物理機并行運行多個操作系統(tǒng)(OS)使OS與應用程序硬件獨立將虛擬機互相隔離，因此，不會有沖突提高了資源利用率以較低成本提供靈活的基礎架構(gòu)x86體系結(jié)構(gòu)

CPU內(nèi)存NIC卡硬盤

CPU內(nèi)存NIC卡硬盤虛擬化層（虛擬機管理程序）x86體系結(jié)構(gòu)桌面虛擬化模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境12支持組織托管和集中管理桌面臺式機在數(shù)據(jù)中心中作為虛擬機運行并通過網(wǎng)絡進行訪問桌面虛擬化好處因啟用瘦客戶端帶來的訪問靈活性改進的數(shù)據(jù)安全性簡化的數(shù)據(jù)備份和PC維護這是一項支持從終端設備斷開用戶狀態(tài)、操作系統(tǒng)(OS)和應用程序的技術(shù)。桌面虛擬化LAN/WAN桌面虛擬機

Pc和瘦客戶端模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境本課程將講述下列主題：連接的物理組件存儲連接協(xié)議第2課：連接模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境13連接主機之間或主機與外圍設備（如存儲）之間的互連連接的物理組件為：主機接口卡、端口和纜線協(xié)議=發(fā)送設備與接收設備之間定義的通信格式常用存儲接口協(xié)議為：IDE/ATA和SCSI模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境14主機適配器端口纜線磁盤IDE/ATA和串行ATA集成的設備電子系統(tǒng)(IDE)/高級技術(shù)附件(ATA)用于連接硬盤或CD-ROM驅(qū)動器的常用接口此協(xié)議支持并行傳輸，因此也稱為并行ATA(PATA)或簡稱ATA。IDE/ATA具有各種標準和名稱。超級DMA/133版本的ATA支持每秒133MB的吞吐量。串行高級技術(shù)附件(SATA)已取代并行ATA的IDE/ATA規(guī)范的串行版本存儲互連成本低廉，通常用于內(nèi)部連接提供的數(shù)據(jù)傳輸速度高達6Gb/s（標準3.0）模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境15SCSI和SAS并行小型計算機系統(tǒng)接口(SCSI)SCSI已成為高端計算機的首選連接協(xié)議。常用于服務器中的存儲連接與IDE/ATA相比，此協(xié)議支持并行傳輸且提供了改進的性能、可擴展性和兼容性，但成本更高，因此在PC環(huán)境中不常用可用于眾多種類的相關(guān)技術(shù)和標準一條總線上最多支持16個設備Ultra-640版本可提供的最大數(shù)據(jù)傳輸速度為640MB/s串行連接SCSI(SAS)取代并行SCSI的點到點串行協(xié)議支持的最大數(shù)據(jù)傳輸速度為6Gb/s(SAS2.0)模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境16光纖通道和IP光纖通道(FC)用于和存儲設備進行高速通信的廣泛使用的協(xié)議可提供通過銅線和/或光纖操作的串行數(shù)據(jù)傳輸最新版本的FC接口“16FC”允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速度為16Gb/sInternet協(xié)議(IP)一直以來用于傳輸主機到主機流量提供利用現(xiàn)有基于IP的網(wǎng)絡進行存儲通信的機會示例：iSCSI和FCIP協(xié)議模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境17模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境本課程將講述下列主題：各種存儲選項磁盤驅(qū)動器的組件、尋址和性能企業(yè)級閃存驅(qū)動器主機對存儲的訪問和直連存儲第3課：存儲模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境18存儲選項磁帶低成本的長期數(shù)據(jù)存儲解決方案過去備份目標的首選選項局限性按順序進行數(shù)據(jù)訪問一次只能進行一項應用程序訪問存在物理磨損存儲/檢索開銷模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境19存儲選項（續(xù)）光盤在小型的單用戶計算環(huán)境中廣泛用作分發(fā)介質(zhì)在容量和速度方面有限一次寫入、多次讀取(WORM)：CD-ROM、DVD-ROM其他變體：CD-RW、Blu-ray磁盤磁盤驅(qū)動器最為流行的存儲介質(zhì)具有很大的存儲容量隨機讀/寫訪問閃存驅(qū)動器（或固態(tài)驅(qū)動器-SSD）使用半導體介質(zhì)提供高性能、低功耗模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境20磁盤驅(qū)動器的組件模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境21接口控制器電路板電源連接器

HDA盤片和讀/寫磁頭磁盤驅(qū)動器的組件模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境22接口控制器電路板電源連接器

HDA盤片和讀/寫磁頭物理磁盤的結(jié)構(gòu)模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境23扇區(qū)磁道盤片扇區(qū)磁道柱面磁盤軸邏輯數(shù)據(jù)塊尋址模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境24物理地址=CHS柱面1磁頭0扇區(qū)8數(shù)據(jù)塊64數(shù)據(jù)塊128邏輯數(shù)據(jù)塊地址=數(shù)據(jù)塊編號數(shù)據(jù)塊0數(shù)據(jù)塊32（上表面）（下表面）磁盤驅(qū)動器的性能電子機械設備影響存儲系統(tǒng)的總體性能磁盤服務時間磁盤完成I/O請求所用的時間，取決于：尋道時間旋轉(zhuǎn)延遲數(shù)據(jù)傳輸速度磁盤服務時間=尋道時間+旋轉(zhuǎn)延遲+數(shù)據(jù)傳輸時間模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境25尋道時間定位讀/寫磁頭所用的時間尋道時間越短，I/O操作越快尋道時間規(guī)范

包括全程平均道間磁盤的尋道時間由驅(qū)動器制造商指定現(xiàn)代磁盤的平均尋道時間通常在3到15毫秒的范圍內(nèi)。模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境26徑向移動旋轉(zhuǎn)延遲盤片通過旋轉(zhuǎn)將數(shù)據(jù)置于讀/寫磁頭下所用的時間取決于磁盤軸的旋轉(zhuǎn)速度平均旋轉(zhuǎn)延遲旋轉(zhuǎn)一周所用的時間的一半對于“X”rpm，驅(qū)動器延遲以毫秒為單位按以下方式計算：

模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境27數(shù)據(jù)傳輸速度每單位時間驅(qū)動器可以向HBA輸送的平均數(shù)據(jù)量內(nèi)部傳輸速度：數(shù)據(jù)從盤片表面移至磁盤內(nèi)部緩沖區(qū)時的速度外部傳輸速度：數(shù)據(jù)通過接口移至HBA時的速度模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境28接口緩沖區(qū)HBA內(nèi)部傳輸速度在此測量外部傳輸速度在此測量磁頭磁盤組合磁盤驅(qū)動器基于應用程序要求和磁盤驅(qū)動器性能的存儲設計為滿足應用程序容量需求所需的磁盤(DC)：為滿足應用程序性能需求所需的磁盤(DP)：

根據(jù)磁盤服務時間由磁盤提供服務的IOPS：TS

是I/O完成所用的時間，因此，由磁盤提供服務的IOPS等于(1/TS)應用程序所需的磁盤=max(DC,DP)模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境29企業(yè)級閃存驅(qū)動器傳統(tǒng)硬盤驅(qū)動器閃存驅(qū)動器尋道時間和旋轉(zhuǎn)延遲導致機械延遲由于沒有機械運動而使每個驅(qū)動器達到最高的吞吐量性能和I/O服務功能有限每個I/O的延遲非常低且

I/O性能始終如一由于采用機械操作而增加功耗高能效每GB的電源需求降低每IOPS的電源需求降低平均無故障時間(MTBF)縮短因無運動部件而實現(xiàn)高可靠性

更多數(shù)量的磁盤、電源、冷卻和管理成本導致TCO提高總體降低了TCO模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境30主機對存儲的訪問模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境31網(wǎng)絡計算數(shù)據(jù)塊級請求數(shù)據(jù)塊級訪問文件級請求存儲系統(tǒng)計算文件級訪問計算數(shù)據(jù)塊級請求直連存儲存儲網(wǎng)絡選項應用程序文件系統(tǒng)存儲應用程序文件系統(tǒng)應用程序存儲文件系統(tǒng)存儲存儲網(wǎng)絡存儲網(wǎng)絡直連存儲(DAS)模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境32內(nèi)部直接連接外部直接連接模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境VMwareESXi付諸實踐的概念模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境33VMwareESXi業(yè)界領先的虛擬機管理程序支持x86硬件平臺的虛擬化承載ESXi的物理機稱為ESXi主機ESXi主機可抽象化物理計算資源以在同一物理服務器上并行運行多臺虛擬機兩個組件VMKernel工作類似于OS–負責流程創(chuàng)建、資源調(diào)度等虛擬機監(jiān)控程序執(zhí)行無法虛擬化的特權(quán)OS指令的二進制轉(zhuǎn)換模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境34模塊2：總結(jié)本模塊涵蓋以下要點：數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵元素應用程序和計算虛擬化磁盤驅(qū)動器的組件和性能企業(yè)級閃存驅(qū)動器主機對存儲的訪問模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境35知識測驗–1以下哪一項是計算虛擬化的好處？支持計算內(nèi)存交換提高計算利用率將計算內(nèi)存與應用程序隔離將計算OS與應用程序隔離哪一項是對虛擬機(VM)的最佳描述？物理服務器上的所有虛擬機都必須運行同一OS當虛擬機關(guān)閉時會刪除虛擬機文件虛擬機是獨立的文件組所有虛擬機平等共享可用資源36模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境知識測驗–2什么是合并？將多個物理驅(qū)動器分組到邏輯驅(qū)動器將物理驅(qū)動器分為多個邏輯驅(qū)動器在邏輯驅(qū)動器上寫入磁盤元數(shù)據(jù)的過程通過碎片整理向物理驅(qū)動器添加更多容量哪些因素決定機械磁盤的總體服務時間？磁盤緩沖時間、全程和旋轉(zhuǎn)延遲內(nèi)部傳輸速度、外部傳輸速度和緩沖時間全程、平均尋道時間和道間尋道時間平均尋道時間、旋轉(zhuǎn)延遲和數(shù)據(jù)傳輸速度37模塊2：數(shù)據(jù)中心環(huán)境知識測驗–3