HC1109102-HCNA-Storage V2-BSSN-第二章 存儲(chǔ)與應(yīng)用環(huán)境

修訂記錄課程編碼適用產(chǎn)品產(chǎn)品版本課程版本ISSUEHC1109102V2.0開(kāi)發(fā)/優(yōu)化者時(shí)間審核人開(kāi)發(fā)類(lèi)型（新開(kāi)發(fā)/優(yōu)化）翟柏清2013.07新開(kāi)發(fā)本頁(yè)不打印HC1109102

存儲(chǔ)與應(yīng)用環(huán)境學(xué)習(xí)完本課程后，您將能夠：了解存儲(chǔ)的應(yīng)用環(huán)境了解機(jī)械硬盤(pán)以及SSD硬盤(pán)結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)原理了解主機(jī)應(yīng)用環(huán)境目標(biāo)

目錄存儲(chǔ)的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲(chǔ)介質(zhì)主機(jī)與應(yīng)用主機(jī)的內(nèi)部應(yīng)用環(huán)境主機(jī)內(nèi)部I/O流程各個(gè)環(huán)節(jié)共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的內(nèi)部應(yīng)用環(huán)境。文件系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備上層業(yè)務(wù)應(yīng)用操作系統(tǒng)I/O請(qǐng)求調(diào)用接口地址映射SCSI指令傳統(tǒng)內(nèi)置存儲(chǔ)遇到的問(wèn)題硬盤(pán)成為整個(gè)系統(tǒng)的性能瓶頸有限的硬盤(pán)槽位，難滿足大容量需求單個(gè)硬盤(pán)存放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可靠性難以保證存儲(chǔ)空間利用率低本地存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)分散，難以共享可擴(kuò)展性不夠總線結(jié)構(gòu)，而非網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可連接的設(shè)備受到限制增加容量時(shí)，需停機(jī)傳統(tǒng)內(nèi)置存儲(chǔ)接口接口接口處理器硬盤(pán)內(nèi)存硬盤(pán)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)應(yīng)用環(huán)境網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)各層構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，決定了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性、性能和安全性。主機(jī)、服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

目錄存儲(chǔ)的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲(chǔ)介質(zhì)2.1 機(jī)械硬盤(pán)2.2SSD硬盤(pán)主機(jī)與應(yīng)用機(jī)械硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)盤(pán)片主軸接口磁頭組件控制電路磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械硬盤(pán)的磁頭技術(shù)機(jī)械部分電子部分盤(pán)片主軸驅(qū)動(dòng)磁頭盤(pán)片磁性材料電纜線圈SN被磁化的粒子盤(pán)片的功能分布磁頭磁頭臂磁頭在不同位置啟停區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)盤(pán)片主軸盤(pán)片的邏輯結(jié)構(gòu)磁道Track柱面Cylinder扇區(qū)Sector磁頭Head0號(hào)磁頭1號(hào)磁頭2號(hào)磁頭3號(hào)磁頭4號(hào)磁頭5號(hào)磁頭0號(hào)磁道1號(hào)磁道0號(hào)柱面1號(hào)柱面硬盤(pán)主要參數(shù)硬盤(pán)容量（Volume）轉(zhuǎn)速（Rotationalspeed）緩存（Cache）硬盤(pán)容量轉(zhuǎn)速平均訪問(wèn)時(shí)間平均訪問(wèn)時(shí)間由以下兩項(xiàng)構(gòu)成：平均尋道時(shí)間（AverageSeekTime）平均等待時(shí)間（AverageLatencyTime）尋道時(shí)間DiscTracksSeek等待時(shí)間DataBlockLatency數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率（DataTransferRate）內(nèi)部傳輸率(InternalTransferRate)外部傳輸率(ExternalTransferRate)DiscTracksSeekInternalExternal硬盤(pán)IOPS和ThroughputIOPSIOPS(Input/OutputPerSecond)即每秒的輸入輸出量(或讀寫(xiě)次數(shù))，是衡量磁盤(pán)性能的主要指標(biāo)之一。ThroughputThroughput吞吐量,指單位時(shí)間內(nèi)可以成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)量。對(duì)于大量順序讀寫(xiě)的應(yīng)用，如電視臺(tái)的視頻編輯，視頻點(diǎn)播VOD(VideoOnDemand)，則更關(guān)注吞吐量指標(biāo)。硬盤(pán)常用接口——ATA接口ATA(Advanced

Technology

Attachment)高級(jí)技術(shù)附加裝置ATA硬盤(pán)也經(jīng)常稱(chēng)為IDEIntegrated

Drive

Electronics硬盤(pán)ATA接口為并行ATA技術(shù)硬盤(pán)常用接口——SCSI接口SCSI(SmallComputerSystemInterface)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口。硬盤(pán)常用接口——SATA接口SATA：SerialATA(SerialATA)串行ATASATA采用串行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接口速率比IDE接口高，最低為150MBps，并且第二代（SATAⅡ）300MBps接口硬盤(pán)已經(jīng)形成商用，規(guī)劃內(nèi)的最高速率可達(dá)600MBpsSATA硬盤(pán)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式，支持熱插拔，即插即用硬盤(pán)SAS接口SAS(SerialAttachedSCSI)

串行連接SCSISAS是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、全雙工、雙端口的接口SAS專(zhuān)為滿足高性能企業(yè)需求而設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與SATA的互操作，為企業(yè)用戶(hù)帶來(lái)前所未有的靈活性和低成本速率每路600MSAS具有高性能、高可靠性、強(qiáng)大的擴(kuò)展性能FC硬盤(pán)采用FC-AL(FiberChannelArbitratedLoop）光纖通道仲裁環(huán)FC-AL是一種雙端口的串行存儲(chǔ)接口FC-AL支持全雙工工作方式FC-AL利用類(lèi)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(gè)控制器能訪問(wèn)126個(gè)硬盤(pán)硬盤(pán)常用接口——FC接口硬盤(pán)常用接口——NLSASNLSAS采用SAS接口、SATA盤(pán)體，也叫近線SAS。類(lèi)別時(shí)效性容量性能訪問(wèn)速度成本在線即時(shí)服務(wù)小高快高近線非即時(shí)的較大低較快低離線大低慢低SAS、NL-SAS與SATA的應(yīng)用比較SASNL-NASSATA優(yōu)勢(shì)高可能性高性能原生支持SCSI支持雙端訪問(wèn)高級(jí)容錯(cuò)技術(shù)原生支持SCSI支持雙端訪問(wèn)高級(jí)容錯(cuò)技術(shù)大容量低功耗大容量低功耗推薦場(chǎng)景業(yè)務(wù)量大訪問(wèn)頻率較高以小數(shù)據(jù)塊居多數(shù)據(jù)較為離散的高/中端用戶(hù)更適合大數(shù)據(jù)塊業(yè)務(wù)壓力不大的用戶(hù)使用適合大數(shù)據(jù)塊業(yè)務(wù)壓力不大的用戶(hù)使用

目錄存儲(chǔ)的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲(chǔ)介質(zhì)2.1機(jī)械硬盤(pán)2.2SSD硬盤(pán)主機(jī)與應(yīng)用SSD簡(jiǎn)介SSD硬件結(jié)構(gòu)原理無(wú)高速旋轉(zhuǎn)部件，性能高，功耗低多通道并發(fā)，通道內(nèi)Flash顆粒復(fù)用時(shí)序支持TCQ/NCQ，一次響應(yīng)多個(gè)IO請(qǐng)求典型響應(yīng)時(shí)間低于0.1msDDR內(nèi)存?zhèn)溆秒娫碨AS接口FLASH6Gbps多通道并發(fā)SSD控制器SSD架構(gòu)框圖SSD性能優(yōu)勢(shì)響應(yīng)時(shí)間短機(jī)械硬盤(pán)的機(jī)械特性導(dǎo)致大部分時(shí)間浪費(fèi)在尋道和機(jī)械延遲上，數(shù)據(jù)傳輸效率受到嚴(yán)重制約。讀寫(xiě)效率高機(jī)械硬盤(pán)在進(jìn)行隨機(jī)讀寫(xiě)操作時(shí)，磁頭不停地移動(dòng)，導(dǎo)致讀寫(xiě)效率低下，而SSD通過(guò)內(nèi)部控制器計(jì)算出數(shù)據(jù)的存放位置，直接進(jìn)行存取操作，故效率高。SSD技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)VSIP/FCSAN傳統(tǒng)HDD存儲(chǔ)系統(tǒng)SSD存儲(chǔ)系統(tǒng)尋道時(shí)間I/OI/O機(jī)械延遲時(shí)間SSD功耗優(yōu)勢(shì)2塊250塊20004000SSDFCHDD約400倍100K讀IOPS功耗對(duì)比熱圖對(duì)比功耗(W)SSD硬盤(pán)機(jī)械硬盤(pán)SSD的環(huán)境適應(yīng)優(yōu)勢(shì)SSD不含高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，可經(jīng)得住嚴(yán)苛的環(huán)境考驗(yàn)，以華為SSD硬盤(pán)為例：HSSD可承受振動(dòng)加速度16.4G，機(jī)械硬盤(pán)一般為0.5G以下HSSD抗沖擊1500G，機(jī)械硬盤(pán)一般為70G左右HSSD使用專(zhuān)用設(shè)備做過(guò)如下測(cè)試：靜壓試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、碰撞試驗(yàn)SSD在存儲(chǔ)中的應(yīng)用訪問(wèn)頻率

數(shù)據(jù)分布ACBSSD介質(zhì)

FC/SAS磁盤(pán)

SATA/NL-SAS/磁帶

A級(jí)應(yīng)用：以高并發(fā)隨機(jī)讀寫(xiě)為主，如數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用；B級(jí)應(yīng)用：順序讀寫(xiě)的大容量文件、圖片、流媒體等；C級(jí)應(yīng)用：已備份數(shù)據(jù)為主，或極少使用的數(shù)據(jù)。

目錄存儲(chǔ)的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲(chǔ)介質(zhì)主機(jī)與應(yīng)用3.1 主機(jī)硬件系統(tǒng)3.2主機(jī)軟件系統(tǒng)3.3 主機(jī)管理主機(jī)核心組件CPU存儲(chǔ)設(shè)備I/O設(shè)備CPU的組成CPU由運(yùn)算器、控制器和寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線構(gòu)成。存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)信號(hào)控制信號(hào)CPU的指令集CICS指令集IntelX86架構(gòu)的CPURISC指令集PowerPC處理器、SPARC處理器EPIC指令集Intel的安騰ItaniumCPUCPU的指令集CICS指令集IntelX86架構(gòu)的CPURISC指令集PowerPC處理器、SPARC處理器EPIC指令集Intel的安騰ItaniumCPU內(nèi)存分類(lèi)SDRDDRDDR2DDR3存儲(chǔ)設(shè)備硬盤(pán)磁帶光盤(pán)硬盤(pán)：是電腦主要的存儲(chǔ)媒介之一，由一個(gè)或者多個(gè)鋁制或者玻璃制的碟片組成磁帶：是一種用于記錄聲音、圖像、數(shù)字或其他信號(hào)的載有磁層的帶狀材料，是產(chǎn)量最大和用途最廣的一種磁記錄材料光盤(pán)：光盤(pán)以光信息做為存儲(chǔ)物的載體軟盤(pán)：軟盤(pán)的讀寫(xiě)通過(guò)軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器完成Flash存儲(chǔ)：一種不揮發(fā)的內(nèi)存器件軟盤(pán)Flash存儲(chǔ)I/O設(shè)備用戶(hù)－主機(jī)主機(jī)－主機(jī)主機(jī)－外存什么是總線?計(jì)算機(jī)總線是計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)組件之間，或者在不同的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓餐?。CPU緩存內(nèi)存南橋I/O控制器網(wǎng)絡(luò)適配器存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)總線主機(jī)總線I/O總線北橋什么是PCI-E總線?Intel在2001年春季的IDF上，正式公布了旨在取代PCI總線的第三代I/O技術(shù)，最后卻被正式命名為PCI-Express，Express意思是高速、特別快的意思。PCI-E的優(yōu)勢(shì)熱挺拔熱交換雙通道高速率兼容PCI多點(diǎn)虛擬通道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)獨(dú)享帶寬優(yōu)勢(shì)

目錄存儲(chǔ)的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲(chǔ)介質(zhì)主機(jī)與應(yīng)用3.1 主機(jī)硬件系統(tǒng)3.2主機(jī)軟件系統(tǒng)3.3 主機(jī)管理邏輯卷管理器邏輯卷管理器（LogicalVolumeManage,LVM）邏輯卷（LogicalVolume）卷組（VolumeGroup）物理卷（PhysicalVolume）LVLVPVPVPVVG文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)：是指把文件存儲(chǔ)于硬盤(pán)時(shí)所必須的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及硬盤(pán)數(shù)據(jù)的管理方式。

文件分區(qū)表文件地址文件地址主機(jī)：文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)文件系統(tǒng)功能文件系統(tǒng)功能管理空間文件名映射文件操作文件共享存儲(chǔ)方法操作系統(tǒng)的主要功能進(jìn)程管理（Processingmanagement）內(nèi)存管理（Memorymanagement）網(wǎng)絡(luò)通訊（Networking）安全機(jī)制（Security）用戶(hù)界面（Userinterface）驅(qū)動(dòng)程序（Devicedrivers）主機(jī)存儲(chǔ)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用接口硬盤(pán)文件系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)FC網(wǎng)卡FC驅(qū)動(dòng)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備主機(jī)

目錄存儲(chǔ)的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲(chǔ)介質(zhì)主機(jī)與應(yīng)用3.1 主機(jī)硬件系統(tǒng)3.2主機(jī)軟件系統(tǒng)3.3 主機(jī)管理IPMIIPMI是智能型平臺(tái)管理接口（IntelligentPlatformManagementInterface）的縮寫(xiě)，是管理基于Intel結(jié)構(gòu)的企業(yè)系統(tǒng)中所使用的外圍設(shè)備采用的一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。1998年Intel、DELL、HP及NEC共同提出IPMI規(guī)格2001年IPMI從1.0版改版至1.5版2004年Intel發(fā)表了IPMI2.0的規(guī)格IPMI的工作原理IPMI的核心是一個(gè)專(zhuān)用芯片/控制器(叫做服務(wù)器處理器或基板管理控制器(BMC))，其并不依賴(lài)于服務(wù)器的處理器、BIOS或操作系統(tǒng)來(lái)工作，是一個(gè)單獨(dú)在系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行的無(wú)代理管理子系統(tǒng)。CPU內(nèi)存BMC主板BMCIP查看登錄BMC配置界面虛擬媒體虛擬媒體功能將客戶(hù)端的物理光驅(qū)或是ISO文件虛擬成服務(wù)器的內(nèi)置光驅(qū)來(lái)使用。服務(wù)器系統(tǒng)啟動(dòng)選項(xiàng)系統(tǒng)第一啟動(dòng)設(shè)備選項(xiàng)信息，包括：硬盤(pán)、光驅(qū)、軟驅(qū)/可拔插移動(dòng)設(shè)備、PXE(Pre-bootExecutionEnvironment)及未配置。該設(shè)置為一次生效，系統(tǒng)在下次啟動(dòng)后該設(shè)置將失效。管理網(wǎng)口配置遠(yuǎn)程控制服務(wù)器上下電

思考題硬盤(pán)的主要構(gòu)件有哪些？固態(tài)硬盤(pán)有哪些優(yōu)勢(shì)？常見(jiàn)的文件系統(tǒng)有哪些？

總結(jié)存儲(chǔ)的應(yīng)用環(huán)境機(jī)械硬盤(pán)與SSD硬盤(pán)結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)原理主機(jī)應(yīng)用環(huán)境機(jī)架服務(wù)器刀片服務(wù)器高密服務(wù)器參考架構(gòu)及解決方案1U2SRH12882U2SRH22852U2SRH22882U4SRH24852U4SRH24884U4SRH58858U8SRH5885刀片服務(wù)器E6000融合架構(gòu)刀片服務(wù)器E90002U2/4NodesX600044U8