網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)2RAID與智能存儲(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心姚文斌yaowenbin@2023/2/11數(shù)據(jù)保護(hù)：RAID2023/2/12簡介服務(wù)器硬盤設(shè)置什么是RAID？RAID技術(shù)的實(shí)現(xiàn)RAID分級(jí)RAID數(shù)據(jù)恢復(fù)RAID實(shí)例2023/2/13服務(wù)器硬盤設(shè)置

（HardDiskInfrastructure）SLED

(SingleLargeExpensiveDrive)單個(gè)大容量硬盤JBOD(JustaBunchOfDisks)串聯(lián)硬盤不同的物理硬盤被映射到不同的邏輯卷上不同的物理硬盤被串聯(lián)起來形成一個(gè)虛擬盤e.g.MacOSX10.4,Microsoft'sWindowsHomeServerRAID(RedundantArrayofIndependentDisks)冗余磁盤陣列e.g.主流服務(wù)器的硬盤設(shè)置2023/2/142023/2/15為什么需要磁盤陣列？磁盤陣列

磁盤陣列是把多個(gè)磁盤組成一個(gè)陣列,當(dāng)作單一磁盤使用,它將數(shù)據(jù)以分段(striping)的方式儲(chǔ)存在不同的磁盤中,存取數(shù)據(jù)時(shí),陣列中的相關(guān)磁盤一起動(dòng)作,大幅降低數(shù)據(jù)的存取時(shí)間,同時(shí)有更佳的空間利用率。

2023/2/16什么是磁盤陣列？磁盤陣列

磁盤陣列是一種把若干硬磁盤驅(qū)動(dòng)器按照一定要求組成一個(gè)整體，整個(gè)磁盤陣列由陣列控制器管理的系統(tǒng)。

2023/2/17磁盤陣列的特點(diǎn)存取速度快；具備容錯(cuò)(faulttolerance)能力，即安全性；有效的利用磁盤空間；盡量的平衡CPU，內(nèi)存及磁盤的性能差異，以提高電腦的整體工作性能。磁盤陣列2023/2/18什么是冗余磁盤陣列技術(shù)？磁盤陣列RAID(RedundantArrayofIndependentDisks)冗余磁盤陣列技術(shù)，1987年由加州大學(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)磁盤來代替大的昂貴磁盤，以降低大批量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的費(fèi)用（RAID稱為RedundantArrayofInexpensiveDisks廉價(jià)的磁盤陣列），同時(shí)也希望采用冗余信息的方式，使得磁盤失效時(shí)不會(huì)使對數(shù)據(jù)的訪問受損失，從而開發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)。

常用的RAID磁盤陣列數(shù)據(jù)根據(jù)不同的校驗(yàn)方式，分為0、1、3、5、0+1五種等級(jí)（RAIDLevels）。RAID的實(shí)現(xiàn)軟件RAID硬件RAID例子：0.90RAIDlayer（Linux-2.2，Linux-2.4核心）/HOWTO/Software-RAID-HOWTO.htmlRAID卡（基于主機(jī)）外部RAID控制器（基于磁盤陣列）優(yōu)點(diǎn)：成本低（隨操作系統(tǒng)）優(yōu)點(diǎn)：對主機(jī)CPU性能影響小，靈活性高缺點(diǎn)：RAID相關(guān)運(yùn)算影響CPU性能不支持所有RAID級(jí)別與操作系統(tǒng)捆綁，缺乏靈活性。缺點(diǎn)：貴2023/2/19簡介服務(wù)器硬盤設(shè)置什么是RAID？RAID技術(shù)的實(shí)現(xiàn)RAID分級(jí)RAID數(shù)據(jù)恢復(fù)RAID實(shí)例2023/2/110RAID分級(jí)RAID分級(jí)取決于三個(gè)因素：分條Striping數(shù)據(jù)鏡像Mirroring奇偶校驗(yàn)Parity（ErrorCorrection）2023/2/111RAID分級(jí)－分條分條Striping：將數(shù)據(jù)分散到不同物理硬盤上，使讀寫數(shù)據(jù)時(shí)可以同時(shí)訪問多塊硬盤。

2023/2/112RAID分級(jí)－數(shù)據(jù)鏡像數(shù)據(jù)鏡像Mirroring：將同一數(shù)據(jù)寫在兩塊不同硬盤上，從而產(chǎn)生該數(shù)據(jù)兩個(gè)副本。2023/2/113RAID分級(jí)－奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)Parity(ErrorCorrection)：通過數(shù)學(xué)方法而不是單純重復(fù)寫同樣數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保護(hù)。e.g.獨(dú)立磁盤奇偶校驗(yàn):校驗(yàn)信息單獨(dú)存在磁盤上，一旦出現(xiàn)磁盤損壞，用校驗(yàn)值減去其它磁盤上對應(yīng)位置的值，就能找回?cái)?shù)據(jù)。2023/2/114檢錯(cuò)和糾錯(cuò)編碼的基本原理編碼是指在一個(gè)所有可能的字集W中（或符號(hào)集中），只有其中的一個(gè)子集C代表有效信息。這個(gè)有效子集稱為碼字集。海明距離的提出-1一位碼表示信息：信息U用“1”表示，信息V用“0”表示無法檢測錯(cuò)誤二位碼表示信息：A=“11”，B=“00”，可能的組合是“00，01，10，11”。這四個(gè)碼的集是W，碼字集為C=A+B。由此可知，C的編碼規(guī)則是“兩位相等”?？梢詸z測單位錯(cuò)，不能檢測兩位錯(cuò)不能糾錯(cuò)海明距離的提出-2三位碼表示信息：W=“000,001,010,011,100,101,110,111”,C=“000,111”可以檢測一位錯(cuò)，可以檢測二位錯(cuò)糾正一位錯(cuò)四位碼表示信息：W=“0000,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000,1001,1010,1011,1100,1101,1110,1111”,C=“0000,1111”可以檢測一位錯(cuò)可以檢測二位錯(cuò)可以檢測三位錯(cuò)可以糾正一位錯(cuò)海明距離的提出-具體分析1可以檢測一位錯(cuò)任意兩個(gè)碼對應(yīng)的相異的位數(shù)為2海明距離的提出-具體分析2可以檢測一位錯(cuò)，部分錯(cuò)誤碼可以糾正任意兩個(gè)碼對應(yīng)的相異的位數(shù)為2海明距離的提出-具體分析3可以檢測一位錯(cuò)，可以糾正一位錯(cuò)任意兩個(gè)碼對應(yīng)的相異的位數(shù)為3在所有合格碼的集合中，兩個(gè)碼之間對應(yīng)位相異的位數(shù)以及代碼分布，決定了該編碼技術(shù)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。這就是海明距離所要研究的內(nèi)容海明距離-1兩個(gè)代碼對應(yīng)位不同的位數(shù)稱為海明距離，簡稱為碼距，用D表示有兩個(gè)n位代碼：A=anan-1

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·a1,B=bnbn-1

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·b1,則有在一個(gè)多代碼的碼系里，所有兩個(gè)代碼鍵的碼距最小值稱為最小碼距，用Dmin表示海明距離-2海明距離

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編碼檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力的理論依據(jù)在n位代碼中，如果要求能檢測出e位錯(cuò)，則如果要求能糾正n位代碼的t位錯(cuò)，則如果要求對n位代碼能檢測e位錯(cuò)，糾正t位錯(cuò)2023/2/123奇校驗(yàn)偶校驗(yàn)按照代碼中“1”的格式保持為奇數(shù)或偶數(shù)為基準(zhǔn)的編碼技術(shù)稱為奇偶編碼如果在一個(gè)代碼上增加一定數(shù)量的冗余位之后，使所有位“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則稱此碼為奇校驗(yàn)碼如果“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則稱為偶校驗(yàn)碼奇偶檢測器代價(jià)：多種奇偶校驗(yàn)方案交織奇偶校驗(yàn)可以檢出多位錯(cuò)對全0全1錯(cuò)有很高的覆蓋率適合對于總線和存儲(chǔ)器的檢測代價(jià)：片交織奇偶校驗(yàn)檢測多位錯(cuò)可用于控制信號(hào)的檢測代價(jià)：片組交織奇偶校驗(yàn)將錯(cuò)誤定位在芯片上代價(jià)數(shù)據(jù)冗余：h/b校驗(yàn)樹的數(shù)目：h校驗(yàn)樹的位數(shù)：h+1檢測延遲：水平-垂直奇偶校驗(yàn)碼可以檢測多位錯(cuò)可以檢測一定數(shù)量個(gè)偶數(shù)位錯(cuò)加法運(yùn)算中的奇偶預(yù)測執(zhí)行A+B=Y運(yùn)算，選用偶校驗(yàn)加法的奇偶預(yù)測示意圖奇校驗(yàn)與偶校驗(yàn)的比較（代碼中包括校驗(yàn)位）奇偶校驗(yàn)是一種簡單易行的監(jiān)測方法，其覆蓋率比較高。目前比較多地應(yīng)用到存儲(chǔ)器的代碼檢測上，也有計(jì)算機(jī)用奇偶校驗(yàn)來檢測總線錯(cuò)。RAID分級(jí)RAID0單純依靠分條提高I/O性能，無數(shù)據(jù)保護(hù)。適用：I/O量大但不需要數(shù)據(jù)保護(hù)的應(yīng)用e.g.圖像處理

2023/2/138RAID分級(jí)RAID1通過數(shù)據(jù)鏡像提升容錯(cuò)性。同一數(shù)據(jù)寫在不同硬盤上?？梢猿惺芤粔K甚至幾塊硬盤同時(shí)壞掉，但不優(yōu)化讀取性能。適用：數(shù)據(jù)安全可靠性要求非常高的應(yīng)用e.g.人事會(huì)計(jì)系統(tǒng)2023/2/139RAID分級(jí)RAID0＋1鏡像的分條。數(shù)據(jù)先被分條，再鏡像，一旦一塊硬盤壞掉，級(jí)數(shù)下降成RAID0，恢復(fù)起來較RAID1+0麻煩。RAID1＋0分條的鏡像。數(shù)據(jù)先被鏡像，再分條，數(shù)據(jù)恢復(fù)簡單，迅速。2023/2/140RAID分級(jí)RAID2帶海明碼的RAID（超算中應(yīng)用較多，不做詳細(xì)討論。）2023/2/141ECC校驗(yàn)ECC一般每256字節(jié)原始數(shù)據(jù)生成3字節(jié)ECC校驗(yàn)數(shù)據(jù)，這三字節(jié)共24比特分成兩部分：6比特的列校驗(yàn)和16比特的行校驗(yàn)，多余的兩個(gè)比特置1。2023/2/142ECC容錯(cuò)能力2023/2/143將從OOB區(qū)中讀出的原ECC校驗(yàn)和新ECC校驗(yàn)和按位異或，若結(jié)果為0，則表示不存在錯(cuò)（或是出現(xiàn)了ECC無法檢測的錯(cuò)誤）；若3個(gè)字節(jié)異或結(jié)果中存在11個(gè)比特位為1，表示存在一個(gè)比特錯(cuò)誤，且可糾正；若3個(gè)字節(jié)異或結(jié)果中只存在1個(gè)比特位為1，表示OOB區(qū)出錯(cuò)；其他情況均表示出現(xiàn)了無法糾正的錯(cuò)誤RAID分級(jí)RAID3通過分條提高性能，利用奇偶校驗(yàn)提升容錯(cuò)性。在存儲(chǔ)普通的信息的硬盤以外，用一塊專門的硬盤存儲(chǔ)校驗(yàn)信息。2023/2/144RAID分級(jí)RAID4通過分條提高性能，利用奇偶校驗(yàn)提升容錯(cuò)性。在存儲(chǔ)普通的信息的硬盤以外，用一塊專門的硬盤存儲(chǔ)校驗(yàn)信息。但允許某一數(shù)據(jù)單元（block）可以從單塊磁盤中讀寫，而無需訪問整個(gè)條帶，所以數(shù)據(jù)讀取的速度高。2023/2/145RAID分級(jí)RAID5通過分條提高性能，利用奇偶校驗(yàn)提升容錯(cuò)性。允許某一數(shù)據(jù)單元（block）可以從單塊磁盤中讀寫，而無需訪問整個(gè)條帶。校驗(yàn)信息分布在所有磁盤上。比RAID4寫性能好，容易恢復(fù)。2023/2/146RAID分級(jí)RAID6基本與RAID5一樣，但引入第二校驗(yàn)元素應(yīng)對兩塊磁盤同時(shí)失效的情況。兩個(gè)獨(dú)立的奇偶系統(tǒng)使用不同的算法，數(shù)據(jù)的可靠性非常高，即使兩塊磁盤同時(shí)失效也不會(huì)影響數(shù)據(jù)的使用。寫代價(jià)也因此比RAID5高，恢復(fù)也比RAID5耗時(shí)長。2023/2/147RAID比較RAID最少磁盤數(shù)磁盤利用率開銷讀性能（較單磁盤）寫性能（較單磁盤）數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)間RAID02100％低很好很好N/ARAID1250％高較好較好快RAID33n-1/n中隨機(jī)讀較好順序讀很好較好較好RAID43n-1/n中隨機(jī)讀很好順序讀較好較好較好RAID53n-1/n中隨機(jī)讀很好順序讀較好較好優(yōu)于RAID3，RAID4，RAID6RAID64n-2/n中隨機(jī)讀很好順序讀較好較好較快RAID1＋0RAID0＋1450%高很好較好快*n為磁盤數(shù)目2023/2/148RAID動(dòng)畫展示raid.exe2023/2/149簡介服務(wù)器硬盤設(shè)置什么是RAID？RAID技術(shù)的實(shí)現(xiàn)RAID分級(jí)RAID數(shù)據(jù)恢復(fù)RAID實(shí)例2023/2/150數(shù)據(jù)恢復(fù)－熱備份（HotSpare）熱備份指的是RAID陣列中用于臨時(shí)替代RAID集中故障硬盤的備用硬盤（一個(gè)陣列中可以有多個(gè)熱備用盤），熱備可以設(shè)置為自動(dòng)或用戶發(fā)起。不同RAID使用不同方法從熱備中恢復(fù)數(shù)據(jù)：如果采用校驗(yàn)RAID，則按照RAID集中的校驗(yàn)值和幸存盤上的數(shù)據(jù)重建如果采用鏡像RAID，則從存活鏡像上復(fù)制數(shù)據(jù)

2023/2/151數(shù)據(jù)恢復(fù)－熱拔插（HotPlug）熱拔插指在使用數(shù)據(jù)保護(hù)性RAID陣列時(shí)，在開機(jī)狀況下用新硬盤替換原來的故障硬盤。即在開機(jī)狀況拔出故障硬盤，安裝新硬盤。2023/2/152簡介服務(wù)器硬盤設(shè)置什么是RAID？RAID技術(shù)的實(shí)現(xiàn)RAID分級(jí)RAID數(shù)據(jù)恢復(fù)RAID實(shí)例2023/2/153RAID實(shí)例－RAID卡需要考慮：主板兼容性RAID控制器性能磁盤接口支持RAID級(jí)別HighPointRocketSATARAID3120

帶Input/OutputProcessor，128MBDDRII內(nèi)存。2個(gè)SATA接口，可支持2個(gè)硬盤的RAID0，1，JBOD。品牌:AdaptecHighpointLSILogic2023/2/154RAID實(shí)例－RAID卡RAID通常支持RAID級(jí)別價(jià)格性能SCSIRAIDSASRAIDRAID0到RAID6高100％硬件RAID接口速度快：160MBps-320Mbps有獨(dú)立控制芯片，低主機(jī)CPU占用率，支持熱拔插，在線擴(kuò)展，后臺(tái)初始化SATARAIDRAID0到RAID6中磁盤讀寫不如SCSIRAID,支持熱拔插IDERAIDRAID0，RAID1低<SCSI30%50％硬件50％軟件RAID有獨(dú)立控制芯片，但只包括簡單操作，高主機(jī)CPU占用率不支持熱拔插，在線擴(kuò)展，后臺(tái)初始化注：SCSI,IDE,SATA，SAS為磁盤驅(qū)動(dòng)接口，將在第五講直接儲(chǔ)存中進(jìn)一步介紹。2023/2/155RAID實(shí)例－配置陣列通常是通過磁盤陣列卡的BIOS工具進(jìn)行配置。例子：在HP服務(wù)器上，用五塊磁盤建立RAID5和一個(gè)熱備盤。開機(jī)啟動(dòng)2023/2/156RAID實(shí)例－配置出現(xiàn)如下菜單時(shí)按F8，進(jìn)入陣列配置菜單2023/2/157RAID實(shí)例－配置進(jìn)入CreateLogicalDrive菜單2023/2/158RAID實(shí)例－配置四塊硬盤raid5的建立：同時(shí)選中4塊硬盤，建成raid5。2023/2/159RAID實(shí)例－配置當(dāng)確認(rèn)配置完畢后，按enter鍵確認(rèn)，再按F8鍵保存配置2023/2/160RAID實(shí)例－配置按回車，再次進(jìn)入CreateLogicalDrive菜單2023/2/161RAID實(shí)例－配置熱備盤建立：選擇最后一塊硬盤，建成熱備。2023/2/162RAID實(shí)例－配置當(dāng)確認(rèn)配置完畢后，按enter鍵確認(rèn)，再按F8鍵保存配置2023/2/163系統(tǒng)可靠性的數(shù)學(xué)模型一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由許多個(gè)子系統(tǒng)組成的，而一個(gè)子系統(tǒng)則由大量的元、器件所組成。為了定量的得出系統(tǒng)的可靠度，一般從元器件的可靠度到子系統(tǒng)的可靠度，進(jìn)而到整個(gè)系統(tǒng)的可靠度。因此根據(jù)系統(tǒng)與系統(tǒng)內(nèi)部的各子系統(tǒng)的相互關(guān)系建立可靠度的數(shù)學(xué)模型十分必要的?？煽啃钥驁D與邏輯框圖一、串聯(lián)可靠性系統(tǒng)的可靠性模型

可見，串聯(lián)系統(tǒng)平均無故障運(yùn)行時(shí)間小于子系統(tǒng)的平均無故障運(yùn)行時(shí)間考慮一種特殊情況二、并聯(lián)可靠性系統(tǒng)可靠性模型考慮一種特殊情況假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成，即n=2MTBF提高了1.5倍三、串、并聯(lián)混合系統(tǒng)可靠性模型可分為三種形式串-并聯(lián)可靠性系統(tǒng)并-串聯(lián)可靠性系統(tǒng)復(fù)雜的可靠性系統(tǒng)1、串-并聯(lián)可靠性系統(tǒng)若各模塊可靠度相等2、并-串聯(lián)可靠性系統(tǒng)若各模塊可靠度相等串并聯(lián)與并串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度比較n=m=2Ra0.70.80.90.95串-并聯(lián)Rs0.7390.8700.9630.991并-串聯(lián)Rs0.8280.9210.980.995FaultDetection&IsolationEmbeddedI/OPCIDisksCPUChipsetMemoryFaultDetection&IsolationFaultDetection&IsolationEmbeddedI/OPCIDisksCPUChipsetMemoryFaultDetection&IsolationRedundantI/ORedundantCPU/Memory3、復(fù)雜的可靠性系統(tǒng)Stratusftserver2300可靠性框圖結(jié)構(gòu)改進(jìn)：邏輯結(jié)構(gòu)FaultDetection&IsolationEmbeddedI/OPCIDisksCPUChipsetMemoryFaultDetection&IsolationFaultDetection&IsolationEmbeddedI/OPCIDisksCPUChipsetMemoryFaultDetection&Isolation分解計(jì)算1、Switch失效分解計(jì)算2、Switch正常工作分解計(jì)算2、Switch正常工作綜合計(jì)算RAID－開放性思考問題(作業(yè))有了RAID我們還需要備份系統(tǒng)嗎？說明RAID0+1和RAID1+0誰更好(以4塊具有相同可靠度硬盤為例說明)？在什么情況下RAID1＋0比RAID5更適用？我們還可以如何提高RAID的性能？2023/2/186智能存儲(chǔ)系統(tǒng)2023/2/187概述關(guān)鍵性的業(yè)務(wù)應(yīng)用對性能、可用性、安全性以及可擴(kuò)展性都有很高的要求。硬盤是存儲(chǔ)的核心組成部分，決定了存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能。RAID技術(shù)的出現(xiàn)很大程度提升了存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能和可靠性。然而，單靠硬盤仍然無法滿足應(yīng)用需求。智能存儲(chǔ)系統(tǒng)是一種功能豐富的RAID陣列，提供了高度優(yōu)化的I/O處理能力。2023/2/188智能存儲(chǔ)系統(tǒng)的組成四個(gè)核心部分：前端、緩存、后端、物理磁盤一個(gè)來自主機(jī)的I/O請求首先到達(dá)前端端口，然后經(jīng)過緩存和后端的處理，最終在物理磁盤上存儲(chǔ)或獲取數(shù)據(jù)。如果被請求的數(shù)據(jù)已經(jīng)保存在緩存中，那么請求可以直接在緩存中完成。2023/2/189前端前端提供了存儲(chǔ)系統(tǒng)與主機(jī)之間的接口它由兩部分組成：前端端口和前端控制器每個(gè)前端端口都擁有相應(yīng)傳輸協(xié)議的處理邏輯，這些協(xié)議包括：SCSI、FC、iSCSI等為了獲取更高的可用性，一般在前端提供冗余的端口前端控制器通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線把數(shù)據(jù)傳入緩存或從緩存?zhèn)鞒鰯?shù)據(jù)當(dāng)緩存收到寫入的數(shù)據(jù)后，控制器向主機(jī)發(fā)出一個(gè)應(yīng)答消息?？刂破饔妹铌?duì)列算法來優(yōu)化I/O處理。2023/2/190前端命令隊(duì)列前端命令隊(duì)列在前端控制器上實(shí)現(xiàn)控制器對收到的命令的執(zhí)行順序進(jìn)行決策，以減少不必要的驅(qū)動(dòng)器磁頭移動(dòng)，改善磁盤性能。有了命令隊(duì)列，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)在磁盤上的組織方式并發(fā)的執(zhí)行命令，而不是按照這些命令的達(dá)到順序執(zhí)行。2023/2/191命令隊(duì)列算法先進(jìn)先出算法（FirstInFirstOut,FIFO）從性能角度看它是最差的尋道時(shí)間優(yōu)化算法訪問時(shí)間優(yōu)化算法2023/2/192高速緩存緩存是智能存儲(chǔ)系統(tǒng)用來提高I/O性能的重要環(huán)節(jié)緩存是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器為了減少完成主機(jī)I/O請求所需的時(shí)間，數(shù)據(jù)被暫存在緩存中物理磁盤是智能存儲(chǔ)系統(tǒng)中最慢的組件，緩存可以將主機(jī)與磁盤的機(jī)械延遲隔離開，從而提升系統(tǒng)的性能2023/2/193帶有緩存的讀操作每當(dāng)主機(jī)發(fā)出一個(gè)讀請求，前端控制器會(huì)通過查詢請求的數(shù)據(jù)是否保存在緩存中。如果在緩存中找到請求的數(shù)據(jù)，則發(fā)生一次讀緩存命中，數(shù)據(jù)被直接送到主機(jī)，無需任何磁盤操作。如果沒有在緩存中找到請求數(shù)據(jù)，稱為發(fā)生了一次緩存未命中，數(shù)據(jù)必須從硬盤讀取。2023/2/194帶有緩存的讀操作后端控制器負(fù)責(zé)訪問相應(yīng)的磁盤并讀取請求的數(shù)據(jù)。隨后，數(shù)據(jù)被保存到緩存中并最終通過前端控制器送到主機(jī)。緩存未命中增加了I/O響應(yīng)時(shí)間。2023/2/195Pre-read如果讀請求是順序的，可以采用預(yù)取或者稱為預(yù)讀的算法。這一過程顯著的減少了主機(jī)的響應(yīng)時(shí)間讀命中率的提高帶來性能上的提升2023/2/196帶有緩存的寫操作帶有緩存的寫操作提供了比直接寫磁盤更好的性能。一個(gè)I/O被寫入緩存并得到響應(yīng)比直接寫入磁盤所用的時(shí)間要少得多。多個(gè)小的順序?qū)懖僮骺梢员缓喜⒊纱蟮膶懖僮?，在有緩存的情況下使得我們有機(jī)會(huì)對順序?qū)懖僮髯鰞?yōu)化。2023/2/197帶有緩存的寫操作的實(shí)現(xiàn)回寫緩存數(shù)據(jù)被存入緩存，主機(jī)立即得到響應(yīng)。一段時(shí)間后多個(gè)寫操作的數(shù)據(jù)被一起提交到磁盤。如果遇到故障，未被提交的數(shù)據(jù)有丟失的風(fēng)險(xiǎn)直接寫緩存數(shù)據(jù)被存入緩存并立即寫到磁盤中因?yàn)樾枰疟P操作，寫響應(yīng)時(shí)間比較長2023/2/198跳過緩存寫的情況在特定的情況下緩存可以被跳過比如要寫入極大量的數(shù)據(jù)時(shí)。這時(shí)，如果一個(gè)I/O請求的大小超過了預(yù)先定義的值（稱為寫旁入大?。瑢懭氩僮鞅恢苯影l(fā)送到磁盤以防這些寫入占用大量的緩存區(qū)域。有限的緩存要用在小的、隨機(jī)的I/O訪問中，這樣才更有效。好鋼用在刀刃上2023/2/199緩存實(shí)現(xiàn)緩存實(shí)現(xiàn)分為專用緩存和全局緩存專用緩存：讀操作和寫操作分別使用單獨(dú)的內(nèi)存全局緩存：讀寫操作都可以使用任意空閑的內(nèi)存全局緩存的管理更有效率，因?yàn)橹恍韫芾硪唤M全局的地址2023/2/1100緩存管理緩存是昂貴、有限的資源，需要合適的管理緩存管理算法最近最少訪問算法（LeastRecentlyUsed,LRU）假設(shè)：如果一個(gè)頁面剛剛被訪問過了，它就不太可能再被訪問最近最多訪問算法（MostRecentlyUsed,MRU）假設(shè)：如果一個(gè)頁面剛剛被訪問過了，它還可能被經(jīng)常訪問2023/2/1101緩存數(shù)據(jù)保護(hù)緩存是易失性存儲(chǔ)器，電源故障或者其他緩存故障都會(huì)使得還沒有來得及保存到磁盤上的數(shù)據(jù)丟失。保護(hù)方法電池供電：將緩存中的數(shù)據(jù)保存到磁盤緩存鏡像：在互相獨(dú)立的內(nèi)存條不同位置保存兩份緩存跳躍：用一組物理硬盤在停電時(shí)轉(zhuǎn)存緩存中的數(shù)據(jù)?；謴?fù)供電時(shí)，數(shù)據(jù)從轉(zhuǎn)存磁盤讀到緩存，再寫回對應(yīng)的磁盤中。2023/2/1102后端后端提供了緩存和物理磁盤之間的接口兩部分組成：后端端口和后端控制器后端控制器在做讀寫操作時(shí)與磁盤進(jìn)行交流，同時(shí)也提供有限的、臨時(shí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。磁盤端口冗余可以進(jìn)一步增強(qiáng)可靠性情況罕見2023/2/1103物理磁盤SCSIFCIDE/ATASASSATA2023/2/1104固態(tài)驅(qū)動(dòng)器固態(tài)硬盤的存儲(chǔ)介質(zhì)分為兩種一種是采用閃存（FLASH芯片）作為存儲(chǔ)介質(zhì)另外一種是采用DRAM作為存儲(chǔ)介質(zhì)(需要獨(dú)立電源來保護(hù)數(shù)據(jù)安全)沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件帶來了更短的響應(yīng)時(shí)間和更低的電量消耗在陣列中，閃存存儲(chǔ)器存儲(chǔ)1TB的數(shù)據(jù)消耗的能量比傳統(tǒng)磁盤驅(qū)動(dòng)器少38%30個(gè)15K轉(zhuǎn)速的FC盤才能達(dá)到一個(gè)閃存驅(qū)動(dòng)器的性能在性能相同的情況下，閃存驅(qū)動(dòng)器能節(jié)能98%2023/2/1105SSD固態(tài)硬盤的優(yōu)點(diǎn)啟動(dòng)快不用磁頭，快速隨機(jī)讀取，讀延遲極小相對固定的讀取時(shí)間基于DRAM的固態(tài)硬盤寫入速度極快無噪音能耗和發(fā)熱量較低內(nèi)部不存在任何機(jī)械活動(dòng)部件，不會(huì)發(fā)生機(jī)械故障，也不怕碰撞、沖擊、振動(dòng)工作溫度范圍更大體積小、重量輕固態(tài)硬盤的缺點(diǎn)成本高。每單位容量價(jià)格是傳統(tǒng)硬盤的5~10倍（基于閃存），甚至200~300倍（基于DRAM）。容量低易受到某些外界因素的不良影響。如斷電（基于DRAM的固態(tài)硬盤尤甚）、磁場干擾、靜電等。寫入壽命有限（基于閃存）數(shù)據(jù)損壞后難以恢復(fù)基于DRAM的固態(tài)硬盤在任何時(shí)候的能耗都高于傳統(tǒng)硬盤2023/2/1106邏輯單元編號(hào)邏輯單元編號(hào)：LogicalUnitNumber,LUN物理驅(qū)動(dòng)器或一組RAID保護(hù)的驅(qū)動(dòng)器可以被分為若干個(gè)邏輯卷，這些邏輯卷用LUN統(tǒng)一尋址。一個(gè)邏輯設(shè)備實(shí)際上是RAID組中的一個(gè)分區(qū)，但卻被主機(jī)看作是一個(gè)物理磁盤。在RAID情況下，這些邏輯設(shè)備是RAID組的一部分，分布在所有屬于該RAID組的磁盤上。LUN的使用提高了磁盤的利用率。2023/2/1107LUN屏蔽LUN屏蔽是一種數(shù)據(jù)訪問控制，它決定主機(jī)可以訪問哪些LUN。L