計(jì)算機(jī)硬件概論外存儲(chǔ)系統(tǒng)

第4章外存儲(chǔ)系統(tǒng)

大容量、高性能、安全可靠性和可擴(kuò)展性成為當(dāng)前外存儲(chǔ)系統(tǒng)新的特征。為了滿足應(yīng)用的需求，除了標(biāo)準(zhǔn)的硬盤、光盤、磁帶等外存儲(chǔ)設(shè)備外，近十年來還出現(xiàn)了磁盤陣列（RAID）、附網(wǎng)存儲(chǔ)(NAS)、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)(SAN)等適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的新的存儲(chǔ)系統(tǒng)。4.1磁存儲(chǔ)設(shè)備 磁存儲(chǔ)設(shè)備是外存儲(chǔ)系統(tǒng)的主力設(shè)備，主要包括硬盤、軟盤、磁帶等磁表面存儲(chǔ)器。它們是利用一層亞微米量級(jí)的表面磁介質(zhì)作為記錄信息的媒體，以磁介質(zhì)的兩種不同剩磁狀態(tài)或不同剩磁方向變化的規(guī)律來表示二進(jìn)制數(shù)字信息，磁表面存儲(chǔ)器的信息記錄和輸出過程都是電、磁信息轉(zhuǎn)換的過程，是通過磁頭和運(yùn)動(dòng)著的磁介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。圖4.1數(shù)據(jù)寫入和讀出的交換原理 在磁表面存儲(chǔ)器中，二進(jìn)制數(shù)字信息的寫入操作是按照特定的磁記錄方式進(jìn)行的。記錄方式又稱編碼方式，主要記錄的方式有：未經(jīng)編碼的記錄方式、按位編碼的記錄方式、成組編碼的記錄方式、游程長度受限方式。未經(jīng)編碼的記錄方式可分為：歸零方式（RE）、不歸零方式（NRE）、改進(jìn)型的不歸零方式（NREI）； 按位編碼的記錄方式可分為：調(diào)頻制記錄方式（FM）、改進(jìn)型的調(diào)頻制記錄方式（MFM）、調(diào)相制記錄方式（PE）；成組編碼記錄方式可分為：GCR（4/5）編碼方式、三單元調(diào)制碼（3PM）方式；游程長度受限方式限制數(shù)據(jù)系列中0和1的個(gè)數(shù)，如硬盤中常用的（1，7）碼，連續(xù)0的個(gè)數(shù)最少為1，最多為7。4.1.1硬盤的工作原理1．硬盤存儲(chǔ)器的讀／寫過程 讀/寫過程從查找操作開始，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)柱面地址把磁頭向目標(biāo)磁道移動(dòng)，并定位在目標(biāo)磁道上，等待有關(guān)信息區(qū)段旋轉(zhuǎn)到磁頭下，然后進(jìn)行讀/寫操作。2．基本結(jié)構(gòu) 磁盤驅(qū)動(dòng)器主要有盤片組、主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、磁頭、磁頭驅(qū)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)、讀/寫電路、接口及控制電路等組成。 接口電路和控制器相連，傳送地址和數(shù)據(jù)到驅(qū)動(dòng)器。音圈電機(jī)的音圈和磁頭小車（目前多采用搖臂結(jié)構(gòu)）固定在一起，由磁頭定位伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)磁頭作徑向運(yùn)動(dòng)。磁頭地址經(jīng)磁頭選擇電路譯碼，選擇相應(yīng)的磁頭。主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸帶動(dòng)盤片旋轉(zhuǎn)。進(jìn)入盤腔的空氣均經(jīng)過過濾器過濾，保證盤腔內(nèi)極高的空氣潔凈度要求。圖4.2磁盤驅(qū)動(dòng)器的組成 目前用戶所使用的硬盤主要是溫徹斯特磁盤，簡稱溫盤。溫盤的主要特點(diǎn)是： （1）把磁頭、小車、導(dǎo)軌、主軸和盤片等封裝在一個(gè)腔體內(nèi)，制成一個(gè)整體組件，稱之為頭盤組件（HeadDiskAssembly，HDA）。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是盤片和磁頭之間沒有互換要求，每個(gè)磁頭只讀出它自己寫入的信息，磁頭不再需要作徑向和偏斜等調(diào)整，有利于提高磁道密度。另外，整體封裝有利于防塵，磁頭的浮動(dòng)高度大大降低，提高了位密度和可靠性。 （2）采用了質(zhì)量輕、浮力小的磁頭。采取了接觸起停方式，又稱CSS方式（ContactStartStop）。這種方式下，啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)，磁頭是降落在盤面上的。盤面上有一個(gè)起停區(qū)，停機(jī)時(shí)，磁頭降落在起停區(qū)內(nèi)。盤片起動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，輕質(zhì)磁頭在盤面上滑行，當(dāng)盤片由低速過渡到正常速度時(shí)，磁頭浮起，從而精簡了過去磁頭退出盤面和進(jìn)入盤面的一套機(jī)構(gòu)。 （3）由于采用了接觸起停的方式，磁頭與盤面有磨擦，為了延長使用壽命，除了在主軸電機(jī)上裝有制動(dòng)機(jī)構(gòu)，縮短停機(jī)摩擦過程外，盤面上還涂有一層潤滑劑以減少摩擦。3．盤片 磁盤驅(qū)動(dòng)器的主要組件之一是盤片，其盤片構(gòu)成材料是鋁合金或者是玻璃，表面覆蓋著磁記錄層。 硬磁盤盤片直徑小型化的同時(shí)，面密度也在不斷提高。目前硬盤的面密度已經(jīng)超過每平方英寸100GB，比世界第一臺(tái)硬盤的密度提高了約1000萬倍。4．磁頭 硬磁盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭是浮動(dòng)磁頭，工作過程中磁頭與盤面不接觸，兩者之間有一個(gè)很小的間隙。當(dāng)磁盤高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于空氣的粘滯性，附著在盤面上的空氣在磁頭和盤面之間形成了一層空氣墊，托住磁頭。5．主軸和主軸電機(jī) 硬盤驅(qū)動(dòng)器由主軸帶動(dòng)盤片旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速很高，目前一般為5400r/min和7200r/min。高速硬盤一般都超過10000r/min，用于服務(wù)器和高速磁盤陣列。主軸電機(jī)一般為無刷直流電機(jī)，采用流體動(dòng)壓軸承以達(dá)到極小的徑向偏擺，從而保證極小的磁道偏擺，利于磁頭對(duì)磁道的跟蹤。6．磁頭尋道與磁道跟蹤系統(tǒng) 磁盤驅(qū)動(dòng)器在存取工作過程中，首先要把磁頭移動(dòng)到目標(biāo)磁道，這個(gè)過程稱為尋道。到達(dá)目標(biāo)磁道后，還要通過伺服跟蹤系統(tǒng)使磁頭動(dòng)態(tài)保持在目標(biāo)磁道的中心，這個(gè)過程叫磁道跟蹤。 在尋道過程中，首先執(zhí)行尋道命令，把磁頭當(dāng)前所處磁道距目標(biāo)磁道的距離計(jì)算出來，裝入差值計(jì)數(shù)器中，然后根據(jù)差值的正、負(fù)和大小來驅(qū)動(dòng)磁頭運(yùn)動(dòng)。為了提高尋道速度，一般把控制分成兩個(gè)階段來進(jìn)行。第一階段是“粗控”階段，作用是速度控制。當(dāng)目標(biāo)磁道和當(dāng)前磁道之差大于零時(shí)，采用速度控制，目的在于盡快找到目標(biāo)磁道。當(dāng)找到了目標(biāo)磁道后，才進(jìn)入“精控”階段?！熬亍彪A段的作用是位置控制，保證磁頭牢牢盯住目標(biāo)磁道，所以又稱跟蹤控制方式。7．尋址和磁道格式 記錄在盤面上的信息是串行排列在磁道上的，以扇區(qū)為單位，每個(gè)扇區(qū)包括1024個(gè)字節(jié)或512個(gè)字節(jié)。盤面上的信息是遵循一定的規(guī)律安排的，并加上了尋址信息。不同類型的磁盤驅(qū)動(dòng)器，由于基本結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，其尋址方式、磁道格式等都可能不同。 就一般移動(dòng)式磁頭的磁盤驅(qū)動(dòng)器而言，當(dāng)要訪問某一個(gè)扇區(qū)時(shí)，磁頭須從當(dāng)前所處的磁道運(yùn)動(dòng)到指定的目標(biāo)磁道，再等待被訪問的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下。所有盤面上的磁頭裝在同一個(gè)小車上作同步運(yùn)動(dòng)，即每一瞬間各盤面上的磁頭均處于各自同一序號(hào)的磁道上，這些序號(hào)相同的磁道組成了一個(gè)柱面，與磁道編號(hào)一樣，零磁道所在的柱面為零柱面，1號(hào)磁道所在的柱面為1號(hào)柱面，依次類推。 訪問時(shí)，先要選擇柱面，其次要選擇磁頭（也就是選擇盤面）和扇區(qū)。所以，尋址用的地址信息應(yīng)該有柱面號(hào)、磁頭號(hào)和扇區(qū)號(hào)。 每條磁道上的信息是按照一定的規(guī)律編排的，這個(gè)規(guī)定就是磁道格式。常見的有兩種磁道格式。（1）簡單磁道格式（2）尋址信息可編程的磁道格式4.1.2軟磁盤存儲(chǔ)器 軟磁盤存儲(chǔ)器又稱軟盤驅(qū)動(dòng)器（FDD），其盤片是可換的，一般用于數(shù)據(jù)備份和交換。軟盤盤片是在柔軟的聚酯薄膜盤基上均勻地涂敷一層磁性材料做成的，外面有保護(hù)套對(duì)盤片起保護(hù)作用。軟盤對(duì)環(huán)境要求較低，在一般辦公室內(nèi)均可使用，保存方便，價(jià)格便宜，是目前廣泛應(yīng)用的設(shè)備。1．軟磁盤的工作原理 軟盤驅(qū)動(dòng)器FDD的工作原理與硬盤驅(qū)動(dòng)器HDD基本相同，所不同的是軟盤工作時(shí)，磁頭與盤面接觸。磁頭的定位動(dòng)作一般用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。盤片轉(zhuǎn)速不高，一般為300~400轉(zhuǎn)/分。與硬磁盤相比，雖然軟盤驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)指標(biāo)不高，但因其結(jié)構(gòu)簡單，從總的性能/價(jià)格來看，軟盤存儲(chǔ)器具有本身的優(yōu)勢(shì)，尤其隨著微型計(jì)算機(jī)市場的開拓和普及，促使軟盤存儲(chǔ)技術(shù)獲得了發(fā)展。2．技術(shù)參數(shù) 軟盤驅(qū)動(dòng)器的主要技術(shù)參數(shù)如下： （1）存儲(chǔ)容量，指整個(gè)盤片的總?cè)萘浚瑔挝皇荎B或MB。 （2）記錄密度，指每一條磁道在單位長度上記錄的二進(jìn)制位數(shù)，單位是bit/mm。 （3）道密度，盤片半徑方向上單位長度所排列的磁道數(shù)，單位是道/毫米。 （4）磁道總數(shù)，單面或整盤的磁道總數(shù)。 （5）轉(zhuǎn)速，指盤片的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分。 （6）尋找時(shí)間，磁頭步進(jìn)一道的時(shí)間，單位是ms。 （7）穩(wěn)定時(shí)間，磁頭找到目標(biāo)磁道后，等到穩(wěn)定下來所需要的時(shí)間，單位是ms。 （8）平均等待時(shí)間，磁頭定位在目標(biāo)磁道后，等待盤片轉(zhuǎn)到所需扇區(qū)的平均時(shí)間。一般取主軸旋轉(zhuǎn)周期的一半，單位是ms。 （9）數(shù)據(jù)傳輸率，每秒鐘內(nèi)所傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，以B/s為單位。 （10）電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，從電機(jī)開始加電至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的過渡時(shí)間，單位是s。 （11）磁頭加載時(shí)間，指電磁鐵控制磁頭加載所需的時(shí)間，單位是ms。 （12）記錄方式，通常采用FM制或MFM制。3．盤片 目前流行的3.5英寸盤的外套是硬塑料壓制而成的，呈正方形。外套中心是軟盤安裝到主軸上的安裝孔。外套上還開有一個(gè)讀/寫窗口，磁頭就在此處加載，并讀/寫數(shù)據(jù)。在外套的邊緣開有寫保護(hù)小窗孔，小窗的打開表示“禁止寫入”。4．軟磁盤存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu) 軟盤存儲(chǔ)器是由軟盤盤片、軟盤驅(qū)動(dòng)器和控制器或適配器等組成的。 驅(qū)動(dòng)器有盤片定位、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、磁頭加載機(jī)構(gòu)、磁頭驅(qū)動(dòng)、定位機(jī)構(gòu)、索引信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、寫保護(hù)和讀/寫電路等。圖4.3讀出電路框圖5．軟盤的格式軟盤通常有80條磁道，以同心圓分布?？拷行目缀屯饩壧幉荒苡涗洈?shù)據(jù)，實(shí)際有用的是一個(gè)環(huán)形區(qū)域。最外面是0道，依次向里編號(hào)，即從0到79。 每一條磁道分成若干個(gè)區(qū)段，每一個(gè)區(qū)段稱為一個(gè)扇區(qū)，不論數(shù)據(jù)長短，計(jì)算機(jī)讀/寫是以整個(gè)或多個(gè)扇區(qū)進(jìn)行的，一個(gè)扇區(qū)又稱一個(gè)記錄。 格式化后的容量可由下式計(jì)算出來： 格式化后的容量=扇區(qū)字節(jié)數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每面磁道數(shù)×面數(shù) 磁道的起點(diǎn)從索引標(biāo)志開始，接著是扇區(qū)識(shí)別段，然后是扇區(qū)數(shù)據(jù)段，每段之間都有相應(yīng)的間隔隔開。（1）索引前間隔（PreindexGap）GAP4 從磁道尾端最后一個(gè)扇區(qū)之后到索引標(biāo)志之間的間隔。長度因扇區(qū)劃分不同而不同。（2）索引后間隔（Post-indexGap）GAP1 32個(gè)字節(jié)。接著是1號(hào)扇區(qū)的內(nèi)容，分兩部分：扇區(qū)識(shí)別段和扇區(qū)數(shù)據(jù)段。（3）扇區(qū)識(shí)別段 扇區(qū)識(shí)別段由SYNC、AM1、CHRN、CRC等內(nèi)容組成。（4）扇區(qū)識(shí)別段后間隔（Post-IDGap）GAP2 位于扇區(qū)識(shí)別段和扇區(qū)數(shù)據(jù)段之間的間隔。（5）扇區(qū)數(shù)據(jù)段 扇區(qū)數(shù)據(jù)段由SYNC、AM2（或AM3）、DATA或CRC等組成。（6）數(shù)據(jù)后間隔（PostdataGap）GAP3作為扇區(qū)和扇區(qū)之間的間隔。 接著是2號(hào)扇區(qū)，其余類推。圖4.4軟盤0道1扇區(qū)的展開圖4.1.3磁帶機(jī)及磁帶庫1．磁帶機(jī) 在所有磁存儲(chǔ)介質(zhì)中，磁帶是單位存儲(chǔ)信息成本最低、容量最大的存儲(chǔ)介質(zhì)，常用來做數(shù)據(jù)備份。 整個(gè)磁帶機(jī)的組成包括：磁頭、磁帶及基本的硬件結(jié)構(gòu)。下面將對(duì)磁帶機(jī)的工作原理、磁帶機(jī)所采用技術(shù)、磁帶和磁帶機(jī)的分類作以介紹。（1）磁帶機(jī)的工作原理 一般磁帶機(jī)的主要組成部分有：走帶機(jī)構(gòu)、帶盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、磁帶緩沖機(jī)構(gòu)、讀/寫裝置和自動(dòng)裝、卸帶機(jī)構(gòu)等。磁帶機(jī)工作時(shí)，其磁頭固定不動(dòng)，磁帶在磁頭下面作恒速運(yùn)動(dòng)，磁頭在讀/寫電路作用下對(duì)磁帶作寫入或讀出操作。（2）磁帶機(jī)采用的技術(shù) 根據(jù)磁帶的讀寫工作原理，可將磁帶機(jī)所采用的技術(shù)分為：螺旋掃描技術(shù)、線性記錄（數(shù)據(jù)流）技術(shù)、DLT技術(shù)以及LTO技術(shù)。（3）磁帶和磁帶機(jī)的分類 磁帶的種類很多，根據(jù)讀寫工作原理，可以分為6種規(guī)格。其中，有2種規(guī)格的磁帶采用螺旋掃描讀寫方式，他們適用于DAT（4mm）磁帶機(jī)和8mm磁帶機(jī)。另外四種規(guī)格的磁帶，都采用數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)技術(shù)。 QIC（QuarterInchCartridge：1/4英寸帶卷）磁帶：它包括DC6000和DC2000兩種規(guī)格。 DAT（DigitalAudioTape）磁帶 8mm磁帶 1/2英寸磁帶：又分為DLT（DigitalLinearTape）磁帶和IBM3480/3490/3590系列磁帶兩類。圖4.5磁帶機(jī)的分類圖2．磁帶庫 磁帶庫是基于磁帶的備份系統(tǒng)，它通過機(jī)械手裝置自動(dòng)換帶，并將所有的磁帶統(tǒng)一管理，形成一個(gè)容量十分巨大的海量存儲(chǔ)器。磁帶庫的存儲(chǔ)容量可達(dá)數(shù)百TB，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)備份、自動(dòng)磁帶搜索，可以在驅(qū)動(dòng)管理軟件控制下實(shí)現(xiàn)智能恢復(fù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)，整個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份過程完全擺脫了人工干涉。圖4.6基本磁帶庫結(jié)構(gòu)4.2光存儲(chǔ)設(shè)備 光存儲(chǔ)設(shè)備主要是指光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)，光盤存儲(chǔ)的基本原理是利用聚焦成極小的激光束照射介質(zhì)，使介質(zhì)產(chǎn)生變異，實(shí)現(xiàn)信息的記錄；反過來，通過對(duì)介質(zhì)變異而形成兩種不同狀態(tài)的檢測(cè)，識(shí)別出這些光學(xué)性質(zhì)的變化，將所記錄的信息讀出。 光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要部件是光盤機(jī)，光盤機(jī)由光盤和光盤驅(qū)動(dòng)器組成。光盤由基片、記錄介質(zhì)層和保護(hù)層等多層材料制成，其中記錄介質(zhì)材料是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的關(guān)鍵材料。 光盤大至可分為“只讀式光盤”和“可（擦）寫式光盤”兩大類。前者包括CD光盤、LD光盤、CD-ROM光盤、CD-I光盤、Video-CD光盤和DVD-ROM等。后者包括CD-R光盤、相變光盤、DVD-R/W、DVD-RAM和磁光光盤等。 光盤的使用類似于軟盤，更換方便，并不像硬盤那樣固定在驅(qū)動(dòng)器中。和硬、軟磁盤相比，光盤不僅存儲(chǔ)潛力大，還具有更多的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)在下列幾點(diǎn)：（1）存儲(chǔ)密度高（2）數(shù)據(jù)傳輸率高（3）數(shù)據(jù)保存時(shí)間長（4）信息位價(jià)格低4.2.1CD-ROM CD-ROM的含義是“至密只讀存儲(chǔ)器”（CompactDisc-ReadOnlyMemory），目前流行的CD光盤主要是這類光盤。 CD-ROM的存貯容量大，但讀取數(shù)據(jù)的速度較慢。主要原因是“程序或數(shù)據(jù)文件是按內(nèi)螺旋線的規(guī)律排列順序存放在盤上的，不能像磁盤驅(qū)動(dòng)器那樣按隨機(jī)存取方法來讀取構(gòu)成文件的每個(gè)扇區(qū)， 其次，制作時(shí)記錄系統(tǒng)是按恒線速度來旋轉(zhuǎn)模子的，當(dāng)讀出頭處于盤上不同半徑時(shí)，盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度應(yīng)該不同，中心1000r/min，邊緣上為400r/min，即讀出頭在單位時(shí)間里是轉(zhuǎn)動(dòng)相同的距離，而一般的磁盤則是以恒角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，即磁頭在單位時(shí)間里移動(dòng)相同的角度，這個(gè)差別使CD-ROM讀出頭定位的速度明顯降低。 第三，每次讀盤時(shí)，要從CD-ROM讀出的數(shù)據(jù)量很大，一般為幾兆字節(jié)，而光驅(qū)的緩存較小，通常為64～256KB，兩者之間的差異也是CD-ROM讀出速度較慢的原因之一。另外激光讀出頭較重，因而慣性大，從靜止到啟動(dòng)較慢，移動(dòng)后又難以慢下來。1．CD-ROM的標(biāo)準(zhǔn)（1）CD-DA標(biāo)準(zhǔn)——紅皮書（2）CD-DA的通道：P-W（3）CD-ROM標(biāo)準(zhǔn)——黃皮書圖4.7激光唱盤聲音數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)2．CD-ROM驅(qū)動(dòng)器的分類 ①按外型來分，可分為外置式和內(nèi)置式。 ②按速度分，可分為單倍速機(jī)、雙倍速機(jī)、四倍速、六倍速、八倍速、十倍速和四十倍速機(jī)等。 ③按接口形式分，可分為SCSI接口、AT接口和IDE接口。3．CD-ROM存儲(chǔ)和讀出數(shù)據(jù)的原理 CD-ROM驅(qū)動(dòng)器是利用激光束的發(fā)射與接收把光盤的凹坑和非凹坑代表的信息還原為原來的數(shù)字信息，它采用了3個(gè)伺服系統(tǒng)： ①聚焦伺服系統(tǒng) ②徑向道跟蹤伺服系統(tǒng) ③光盤轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)4．CD-ROM文件結(jié)構(gòu) 一個(gè)完整的CD-ROM文件系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成：邏輯格式、源軟件和目的軟件。作為CD-ROM的文件用戶，關(guān)心的就是如何從光盤上讀出圖像文件或音頻文件，在使用CD-ROM光盤過程中，必須首先搞清楚CD-ROM的文件格式，并且要對(duì)文件的結(jié)構(gòu)和編輯方式有一定了解。（1）CD-ROM文件系統(tǒng)組成 CD-ROM文件系統(tǒng)由以下3個(gè)主要部分組成。 ①邏輯格式（LogicalFormat） ②源軟件（OriginationSoftware） ③目的軟件（DestinationSoftware）（2）CD-ROM邏輯扇區(qū)和邏輯塊 CD-ROM盤片上的一個(gè)物理扇區(qū)，除去扇區(qū)頭部標(biāo)識(shí)信息之外還有2336個(gè)字節(jié)，其中288個(gè)字節(jié)用于錯(cuò)誤信息檢測(cè)和校正，剩余的2048個(gè)字節(jié)作為用戶數(shù)據(jù)區(qū)。這個(gè)由2048個(gè)字節(jié)組成的數(shù)據(jù)域在ISO9660標(biāo)準(zhǔn)中定義為一個(gè)邏輯扇區(qū)（LogicalSector），每一個(gè)邏輯扇區(qū)均有一個(gè)唯一的邏輯扇區(qū)號(hào)LSN。CD-ROM的第一個(gè)邏輯扇區(qū)是從物理地址00∶02∶00開始，定義扇區(qū)號(hào)為LSN0。 每個(gè)邏輯扇區(qū)又可分成一個(gè)或多個(gè)邏輯塊。由2048個(gè)字節(jié)組成的邏輯扇區(qū)中，一個(gè)邏輯塊的大小可定義為512、1024或2048個(gè)字節(jié)。每個(gè)邏輯塊有唯一的編號(hào)——塊號(hào)（LBN（LogicalBlockNumber），第一個(gè)邏輯塊號(hào)（LBN0）是第一邏輯扇區(qū)（LSN0中的第一塊，依次為LBN1、LBN2、LBN3……在CD-ROM上所有文件和其它的重要信息或數(shù)據(jù)都要按LBN尋址。 另外，還有一個(gè)記錄（Record）的概念。一個(gè)記錄由連續(xù)的字節(jié)構(gòu)成，可用為信息的基本單元。一個(gè)記錄的字節(jié)數(shù)可長可短，少則幾個(gè)，多則幾百個(gè)，視要表達(dá)的信息而定，記錄可分為固定長度記錄和可變長度記錄，供用戶選擇使用。（3）文件節(jié)（FileSector） 存放到CD-ROM盤上的文件類型沒有限制，可以是ASCII文本文件、索引結(jié)構(gòu)文件、可執(zhí)行文件，也可以是壓縮文件或圖像數(shù)據(jù)文件。就每一個(gè)文件而言，可分解成一個(gè)文件節(jié)或多個(gè)文件節(jié)。一個(gè)文件節(jié)可存儲(chǔ)在由多個(gè)邏輯塊組成的文件空間內(nèi)。 文件的標(biāo)識(shí)符（FileIdentifier）可由文件名、文件擴(kuò)展名和文件版本號(hào)組成。但文件標(biāo)識(shí)符必須要包含一個(gè)文件名或者包含一個(gè)擴(kuò)展名。（4）目錄（Content） CD-ROM采用了分層目錄結(jié)構(gòu)作為文件系統(tǒng)的層次，并限定了目錄層次深度為8級(jí)。（5）路徑表（PathTable） 此種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是利用索引值來訪問所有的目錄。路徑表由許多個(gè)路徑表記錄構(gòu)成，它們分別對(duì)應(yīng)于根（Root）和每個(gè)子目錄（Subhead），每個(gè)路徑表記錄具有一定的格式，路徑表中包含著多個(gè)子目錄所在的開始地址碼，即邏輯塊號(hào)LBN。通過路徑表可以直接訪問任何一個(gè)子目錄。如果把完整的路徑表保存到計(jì)算機(jī)的RAM上，則一次尋找就可以訪問盤上的任意一個(gè)子目錄，從而節(jié)省了文件查找的時(shí)間。（6）卷（Volume） CD-ROM盤上可存放信息的區(qū)域稱為卷空間（VolumeSpace）。卷空間分為兩個(gè)區(qū)： （1）LSN0～LSN16為系統(tǒng)區(qū)。 （2）LSN16～最后一個(gè)邏輯扇區(qū)為數(shù)據(jù)區(qū)。4.2.2可擦寫光盤CD-R/W 可擦寫光盤可分為一次寫多次讀光盤CD-R和多次寫多次讀相變光盤。1．CD-R一次性寫多次讀光盤 CD-R（CD-Recordable）只允許寫一次，寫完之后在這段記錄媒體上的信息不允許擦除后再寫，因此又叫做CD-WriteOnce一次性寫入光盤。（1）CD-R的性能與特點(diǎn) CD-R的最重要特點(diǎn)是按照CD-ROM格式寫入的信息，可以在CD-ROM驅(qū)動(dòng)器上去讀取，如果按照CD-I或激光唱盤格式寫好CD-R光盤，可以在CD-I系統(tǒng)或激光唱機(jī)上播放。 CD-R對(duì)于各種編碼方式均可接受，從而使音頻、視頻和各種視聽材料都可以經(jīng)過CD-R驅(qū)動(dòng)器存入CD光盤。（2）CD-R與CD-ROM的區(qū)別 CD-R與CD-ROM光盤的區(qū)別有以下幾個(gè)方面： ①CD-R增加了一層有機(jī)染料作為記錄層，當(dāng)寫入激光束聚焦后照射到記錄層上，有機(jī)染料被加熱后，有一部分被熔解掉，形成代表信息的凹坑。這些凹坑與CD-ROM盤上的凹坑類似，但CD-ROM盤上的凹坑是用壓模壓出的。 ②CD-R盤預(yù)先刻有U形槽，寬度為0.6μm，深度為0.1μm，這個(gè)槽用于寫入信號(hào)時(shí)的光道定位控制，而CD-ROM盤不用預(yù)刻槽。 ③CD-R盤上的反射層是鍍金的薄膜層，反射率達(dá)70%，而CD-ROM則采用鋁膜。 ④CD-R的驅(qū)動(dòng)器上半導(dǎo)體激光器在寫入信息時(shí)，其激光的強(qiáng)度受寫入信號(hào)的調(diào)制。要形成凹坑的地方激光輸出功率大；反之，不形成凹坑的地方激光輸出功率要小。在讀出信息時(shí)CD-R與CD-ROM相同，均需要輸出恒定的激光強(qiáng)度（小功率）。 ⑤CD-R驅(qū)動(dòng)器的讀/寫光頭與CD-ROM的光學(xué)讀出頭類似。不過CD-ROM光頭可以設(shè)計(jì)得簡單，而CD-R光頭由于要寫入光盤信息，故此要比CD-ROM光頭復(fù)雜。一次性寫入光盤的類型各種各樣，主要有燒蝕型、起泡型、熔絨型、合金型和相變型等幾種。2．相變光盤寫、讀、擦原理 相變光盤是一種可多次寫、讀、擦的光盤。 相變光盤的讀寫原理是利用其存儲(chǔ)媒介的晶態(tài)、非晶態(tài)可逆轉(zhuǎn)換，引起對(duì)入射激光束不同強(qiáng)度的反射（或折射），形成信息一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。 相變光盤有下列優(yōu)點(diǎn)： ①信噪比高，其信噪電平比磁光介質(zhì)高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。 ②由于不需要磁場元件，因而光盤頭的結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，易集成化，有利于提高伺服跟蹤精度和數(shù)據(jù)傳輸率，并且不受外界磁場的影響。 ③相變介質(zhì)的穩(wěn)定性好，成本低。 ④相變光盤驅(qū)動(dòng)器可以兼容一次寫入和可擦重寫兩種相變光盤，能讀取CD-ROM以及WORM盤，即具有向下兼容的特點(diǎn)。 相變光盤的缺點(diǎn)是晶相轉(zhuǎn)變速度慢、存取時(shí)間長。4.2.3磁光盤（MagnetoOpticalDisc） 磁光盤是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的新一代存儲(chǔ)記錄媒體。230ＭB、650MB和1.3GB磁光盤遵從“橙皮書”（OrangeBook）標(biāo)準(zhǔn)。1．磁光盤結(jié)構(gòu)和作用 磁光盤主要由4部分組成：盤基、薄膜存儲(chǔ)介質(zhì)、薄膜保護(hù)介質(zhì)和盤盒。2．磁光盤存儲(chǔ)原理 磁光記錄是利用激光與磁場的相互作用來實(shí)現(xiàn)信息的寫入、讀出和擦除功能。3．磁光盤驅(qū)動(dòng)器及其接口 磁光盤驅(qū)動(dòng)器是磁光存儲(chǔ)系統(tǒng)中的心臟。磁光盤驅(qū)動(dòng)器主要由光盤機(jī)、控制器和電源三大部分組成。其中光盤機(jī)又是整個(gè)驅(qū)動(dòng)器的核心。它由機(jī)械系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)，信息讀、寫、擦系統(tǒng)組成。 讀信息處理電路將光頭讀出的信號(hào)進(jìn)行前置放大，并還原成數(shù)字信號(hào)。 磁光驅(qū)動(dòng)器的控制器是聯(lián)系SCSI總線與光盤機(jī)運(yùn)動(dòng)的界面，是數(shù)據(jù)命令的中轉(zhuǎn)站。控制器主要完成以下工作：光頭的定位；信息區(qū)段（道號(hào)、扇段號(hào)）的識(shí)別；寫入數(shù)據(jù)的格式化處理及編碼； 讀出信號(hào)的數(shù)據(jù)分離解碼；讀出數(shù)據(jù)的校驗(yàn)及自動(dòng)糾錯(cuò)；完成傳送數(shù)據(jù)的串—并、并—串轉(zhuǎn)換；對(duì)SCSI總線的控制線進(jìn)行解釋，轉(zhuǎn)為對(duì)光盤機(jī)的尋道、讀、寫、擦等操作?？刂破魇褂么笠?guī)模集成的專用芯片。對(duì)于磁光盤驅(qū)動(dòng)器來說，與計(jì)算機(jī)接口方式大多數(shù)選擇SCSI方式4.2.4DVD 數(shù)字電視光盤（系統(tǒng)）原名是DigitalVideoDisc，簡稱DVD，主要是為了與VideoCD相區(qū)別。實(shí)際上DVD的應(yīng)用不僅僅是用來存放電視節(jié)目，它同樣可以用來存儲(chǔ)其他類型的數(shù)據(jù)，因此又把DigitalVideoDisc更改為DigitalVersatileDisc，縮寫仍然是DVD，Versatile是多才多藝的意思?，F(xiàn)在，當(dāng)我們談到DVD時(shí)，通常是指DigitalVideoDisc。 DVD的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量比現(xiàn)在的CD盤大得多，最高可達(dá)17GB。一片DVD盤的容量相當(dāng)于現(xiàn)在的25片CD-ROM（650MB），而DVD盤的尺寸與CD相同。DVD所包含的軟硬件要遵照正在由計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子和如樂公司聯(lián)合制定的規(guī)格，目的是為了能夠根據(jù)這個(gè)新一代的CD規(guī)格開發(fā)出存儲(chǔ)容量大和質(zhì)量高的兼容產(chǎn)品，用于存儲(chǔ)數(shù)字電視和多媒體軟件。1．DVD的規(guī)格 當(dāng)我們提到DVD時(shí)，首先想到的是播放影視節(jié)目的DVD-Video。其實(shí)DVD和CD一樣，除了DVD-Video之外還將會(huì)有4個(gè)成員，它們的標(biāo)準(zhǔn)文件用BookA、BookB、…、BookE來標(biāo)識(shí)。2．盤面結(jié)構(gòu) 如何提高存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量和傳輸速率是存儲(chǔ)工業(yè)中永恒的研究課題，許多科學(xué)家和工程技術(shù)人員一直獻(xiàn)身于這個(gè)領(lǐng)域。 一片DVD盤要能夠存儲(chǔ)多達(dá)17GB的信息，需要采用許多新的技術(shù)。圖4.8CD盤與DVD盤的外觀比較3．DVD播放機(jī)的基本結(jié)構(gòu) DVD播放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4.9所示，它與VCD播放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相差不大。就播放機(jī)來說，DVD播放機(jī)主要有下列幾個(gè)部件組成：（1）DVD盤讀出機(jī)構(gòu)。（2）DVD-DSP。（3）數(shù)字聲音/電視圖形解碼器。（4）微控制器。

圖4.9DVD播放系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)4.3磁盤陣列技術(shù)

在線交互型數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)高速發(fā)展，離線備份方法已經(jīng)無法滿足要求，迫切需要發(fā)展在線數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)的方法，以保障數(shù)據(jù)安全。 另一方面，過去10年內(nèi)半導(dǎo)體技術(shù)迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)CPU的處理能力以每年40%至100%的速度在增長，然而磁盤驅(qū)動(dòng)器尋址能力的年增長率卻只有7%，I/O系統(tǒng)日益成為發(fā)展高性能計(jì)算機(jī)的瓶頸。 為了解決上述兩個(gè)問題，提高計(jì)算機(jī)的容錯(cuò)率，縮短CPU和I/O子系統(tǒng)之間的速度差異，1988年美國加州大學(xué)伯克利分校的Patterson、Gibson和Katz提出了廉價(jià)磁盤冗余陣列（RedundantArrayofInexpensiveDisks，RAID）的概念。RAID采用并行原理，將多臺(tái)磁盤驅(qū)動(dòng)器組合成磁盤陣列，進(jìn)行并發(fā)讀／寫操作，并以多臺(tái)驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸速率來匹配系統(tǒng)帶寬。此外，它還通過低代價(jià)的編碼容錯(cuò)方案，確保數(shù)據(jù)的可靠性。4.3.1RAID的可靠性和可用性 磁盤陣列是用多臺(tái)廉價(jià)小型磁盤驅(qū)動(dòng)器連接起來組成一個(gè)大的邏輯存儲(chǔ)空間，陣列控制軟件采用數(shù)據(jù)分塊和交叉存儲(chǔ)算法，使CPU對(duì)磁盤陣列中的數(shù)據(jù)以并行的方式進(jìn)行讀寫操作。對(duì)于一個(gè)磁盤陣列，其磁盤驅(qū)動(dòng)器越多，故障的概率也越高，丟失數(shù)據(jù)的可能性就越大，所以沒有磁盤冗余結(jié)構(gòu)的陣列是不可靠的。 為了提高磁盤陣列工作的可靠性，不得不犧牲陣列的部分容量和I/O帶寬。通常的作法是采用ECC錯(cuò)誤檢測(cè)和校正、額外增加奇偶校驗(yàn)盤、增加鏡像盤、三者結(jié)合解決可靠性問題。1．ECC錯(cuò)誤檢測(cè)和校正 這也是磁盤驅(qū)動(dòng)器通常使用的糾錯(cuò)方法，對(duì)應(yīng)每臺(tái)驅(qū)動(dòng)器有一套ECC電路，對(duì)付驅(qū)動(dòng)器偶發(fā)性的可糾數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，以保證數(shù)據(jù)的完整性。2．用鏡像磁盤提高數(shù)據(jù)的可靠性 在磁盤鏡像技術(shù)中，每個(gè)文件有兩份備份，被寫入兩個(gè)分離的驅(qū)動(dòng)器中。在這種方法中，每個(gè)主驅(qū)動(dòng)器都有一個(gè)鏡像驅(qū)動(dòng)器。這些驅(qū)動(dòng)器被連接到一個(gè)單一磁盤控制器上。所有寫在主驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)同時(shí)也被寫在它的鏡像驅(qū)動(dòng)器上，所以鏡像驅(qū)動(dòng)總是包含復(fù)制的數(shù)據(jù)。3．通過校驗(yàn)冗余來提高 數(shù)據(jù)的可靠性 （1）校驗(yàn)冗余（2）校驗(yàn)恢復(fù)圖4.10使用XOR功能建立校驗(yàn)數(shù)據(jù)和恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)4.3.2磁盤陣列的工作原理 RAID一個(gè)最重要的概念即磁盤分塊，磁盤分塊的基本思想是：通過將操作分散致各個(gè)不同的磁盤驅(qū)動(dòng)器中，使主機(jī)I/O控制器能夠處理更多的操作，這是在單個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器下所不能達(dá)到的。 目前，分塊磁盤陣列主要有兩種：并行訪問分塊陣列和獨(dú)立訪問分塊陣列。下面將以并行訪問分塊陣列的寫過程來介紹RAID的工作原理。 并行訪問分塊陣列的工作原理是：同步成員磁盤驅(qū)動(dòng)器中的轉(zhuǎn)動(dòng)介質(zhì)，取得單個(gè)的I/O請(qǐng)求，在每一個(gè)成員磁盤驅(qū)動(dòng)器上執(zhí)行相等的、短時(shí)的I/O操作。使用這個(gè)方式，每個(gè)I/O請(qǐng)求都被立即發(fā)往多個(gè)成員磁盤的盤片。4.3.3磁盤陣列的級(jí)別 1．RAID0 2．RAID1 3．RAID2 4．RAID3 5．RAID4 6．RAID57．RAID68．RAID79．RAID10級(jí)10．EVENODD結(jié)構(gòu) EVENODD結(jié)構(gòu)是用兩個(gè)冗余盤存放檢錯(cuò)、糾錯(cuò)信息，是一種容雙磁盤錯(cuò)的陣列結(jié)構(gòu)，所以為最優(yōu)冗余方案。（a）RAID0的數(shù)據(jù)存放格式（b）RAID1的數(shù)據(jù)存放格式（c）RAID2的數(shù)據(jù)存放格式（d）RAID3的數(shù)據(jù)存放格式（e）RAID5的數(shù)據(jù)存放格式（f）RAID6的數(shù)據(jù)存放格式圖4.12有6個(gè)數(shù)據(jù)盤的EVENODD陣列11．Crosshatch結(jié)構(gòu) Crosshatch結(jié)構(gòu)是一種綜合考慮驅(qū)動(dòng)器容錯(cuò)、控制器容錯(cuò)和電纜容錯(cuò)的RAID結(jié)構(gòu)。 Crosshatch結(jié)構(gòu)有很大靈活性。除了規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外，還可形成不規(guī)則的陣列形式。校驗(yàn)組除對(duì)角線形式外，還可自動(dòng)組合，不同的校驗(yàn)組之間可共享相同備份盤（Spare盤）。校驗(yàn)組內(nèi)采用何種校驗(yàn)碼也可根據(jù)需要而定。圖中C為串控制器，一組校驗(yàn)盤呈對(duì)角線排列。圖4.13Crosshatch陣列結(jié)構(gòu)4.4網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ) 隨著，Internet/Intranet的快速發(fā)展和信息存儲(chǔ)量的持續(xù)增長，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)和管理方案面臨著日益增長的數(shù)據(jù)、信息訪問需求以及管理人才缺乏的挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)促進(jìn)了存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)和附網(wǎng)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展。這兩種存儲(chǔ)方案提供了最廣泛的服務(wù)器平臺(tái)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用的支持，并且，在容量、連接性、性能和可用性等方面，也有著廣闊的空間。4.4.1網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求與特點(diǎn) Internet/Intranet以及其它網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的各種應(yīng)用飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)上的信息資源呈爆炸型增長趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的信息量及通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)男畔⒘坎粩嗯蛎?，大量信息需要進(jìn)行處理，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的存儲(chǔ)系統(tǒng)提出了極高的要求。 ①網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)必須支持廣泛的服務(wù)器平臺(tái)，包括傳統(tǒng)辦公用的服務(wù)器，把存儲(chǔ)管理員從兼容性的擔(dān)憂中解放出來。 ②網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的存儲(chǔ)系統(tǒng)必須在容量、性能和可用性方面具有可擴(kuò)展性。 ③網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的存儲(chǔ)系統(tǒng)必須提供自管理能力，尤其在錯(cuò)誤恢復(fù)、數(shù)據(jù)可用性以及性能管理方面，糾錯(cuò)和失敗恢復(fù)也是關(guān)鍵問題，RAID使存儲(chǔ)管理員從由于硬盤失敗而起引的數(shù)據(jù)丟失的擔(dān)心中解脫出來，自動(dòng)的負(fù)載平衡減輕了對(duì)存儲(chǔ)管理員要求。 ④數(shù)據(jù)復(fù)制和數(shù)據(jù)移動(dòng)正變得越來越重要。 目前，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)沿著兩條主要技術(shù)發(fā)展方向前進(jìn)：存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)（SAN）和附網(wǎng)存儲(chǔ)（NAS）。通過對(duì)SAN和NAS的研究，得出網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的存儲(chǔ)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)。 ①可展性，用戶可根據(jù)需要方便地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)擴(kuò)展。 ②可訪性，能保證使用不同操作系統(tǒng)的用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)訪問。 ③高性能，通過對(duì)系統(tǒng)的軟硬進(jìn)行優(yōu)化（NAS）和使用專用的通信協(xié)議SCSI-3（SAN），能為用戶的數(shù)據(jù)訪問提供快速的響應(yīng)。 ④高可靠性，存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部通過提供自管理功能、數(shù)據(jù)備份功能和恢復(fù)功能，為用戶數(shù)據(jù)提供很高的保證。4.4.2附網(wǎng)存儲(chǔ)設(shè)備（NAS） 按照存儲(chǔ)設(shè)備與服務(wù)器的連接方式，存儲(chǔ)模式可以分為以下兩種，一種是直接與服務(wù)器連接的存儲(chǔ)（DirectAttachedStorage，DAS），這是最普通的一種方式。存儲(chǔ)設(shè)備與服務(wù)器通過I/O總線相連，服務(wù)器連接網(wǎng)絡(luò)上。另外一種稱為附屬于網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)（NetworkAttachedStorage），簡稱附網(wǎng)存儲(chǔ)（NAS）。這種方式存儲(chǔ)設(shè)備直接與網(wǎng)絡(luò)相連，可以建立用戶到存儲(chǔ)設(shè)備的直接數(shù)據(jù)連接。1．直聯(lián)存儲(chǔ)（DAS） 這是一種常用的連接方法，存儲(chǔ)設(shè)備直接掛在服務(wù)器上，帶寬較大，結(jié)構(gòu)簡單。2．附網(wǎng)存儲(chǔ)設(shè)備（NAS） 基于附屬服務(wù)器存儲(chǔ)的缺點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)應(yīng)向直接與網(wǎng)絡(luò)相連、單一功能服務(wù)器的方向發(fā)展。存儲(chǔ)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備直接相連，有利于客戶機(jī)與存儲(chǔ)器之間直接傳送數(shù)據(jù)，減輕服務(wù)器的工作負(fù)載，提高服務(wù)器的工作性能。 把所有單獨(dú)能與高速網(wǎng)絡(luò)直接相連的存儲(chǔ)設(shè)備或子系統(tǒng)，包括盤帶、陣列，以及層次存儲(chǔ)子系統(tǒng)稱為附網(wǎng)存儲(chǔ)（NetworkAttachedStorage）設(shè)備，即NAS設(shè)備。根據(jù)NAS設(shè)備與服務(wù)器關(guān)系的不同，可分為以下兩種。（1）依賴于服務(wù)器的NAS設(shè)備（2）獨(dú)立于服務(wù)器的NAS設(shè)備圖4.14NetworkSCSI圖4.15NetworkAttachedSecureDisk3．NAS設(shè)備的特性 大多數(shù)NAS設(shè)備都具有3個(gè)基本的特性，第一個(gè)特性，它們有專門用于提供特殊存儲(chǔ)服務(wù)的專用操作系統(tǒng)或應(yīng)用系統(tǒng)；第二個(gè)特性，它們是一種優(yōu)化的硬件設(shè)施，能比現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)提供更高的性價(jià)比；第三個(gè)特性，NAS是一種預(yù)配置好的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)組件，易于在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行安裝和管理。（1）特殊的存儲(chǔ)系統(tǒng)（2）即插即用的網(wǎng)絡(luò)集成（3）NAS裝置的可伸縮性（4）客戶端的靈活性4．NAS產(chǎn)品所用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 NAS產(chǎn)品主要用兩種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議NFS和CIFS，NFS是由Sun公司開發(fā)的，用于在UNIX系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)共享文件。CIFS是由微軟開發(fā)的，用于在Windows工作站之間共享文件。 NFS與CIFS之間存在著一些主要的差異，特別是鎖定機(jī)制方面，兩者之間的一些基本差異：系統(tǒng)登錄的安全機(jī)制、有狀態(tài)連接與無狀態(tài)連接、文件和目錄安全、文件和目錄的鎖定。（1）系統(tǒng)登錄的安全機(jī)制 在系統(tǒng)登錄時(shí)，NFS是在客戶端驗(yàn)證用戶，而CIFS是創(chuàng)建能被授權(quán)用戶訪問的共享，CIFS的安全性要高于NFS的安全性。（2）有狀態(tài)連接與無狀態(tài)連接 NFS是一種無狀態(tài)的協(xié)議，這意味著NFS不記錄和保存客戶和服務(wù)器之間的歷史關(guān)系。與NFS不同的是，CIFS是一種面向會(huì)話的有狀態(tài)的協(xié)議。（3）目錄和文件的安全 UNIX文件級(jí)安全機(jī)制定義了3個(gè)級(jí)別的ID：用戶、組和其他。 CIFS安全機(jī)制采用訪問控制表（ACL），ACL的內(nèi)容涉及到共享、目錄、文件等。（4）鎖定機(jī)制 包括DOS在內(nèi)的PC操作系統(tǒng)，已經(jīng)建立了相當(dāng)健壯的鎖定體制，PC應(yīng)用可以通過系統(tǒng)界面打開一個(gè)文件，并可指定對(duì)該文件進(jìn)行的I/O操作。不僅如此，在這些文件打開請(qǐng)求內(nèi)部，還可以包含另一種用于決定是否允許別的應(yīng)用打開同一個(gè)文件的請(qǐng)求。（5）NFS服務(wù)器的CIFS仿真 NFS設(shè)備廠商最初是為了向UNIX客戶提供服務(wù)的，后來隨著Windows客戶的出現(xiàn)并逐漸占據(jù)了桌面系統(tǒng)的主流，NFS設(shè)備廠商不得不設(shè)法向Windows客戶提供服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的在NFS設(shè)備上仿真CIFS服務(wù)器。4.4.3存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)（SAN）1．什么是存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)（SAN） 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)（SAN）是目前非常流行的一種新的連接管理存儲(chǔ)設(shè)備的方法，它使用網(wǎng)絡(luò)的方法連接系統(tǒng)和存儲(chǔ)設(shè)備，使得存儲(chǔ)系統(tǒng)具有更好的靈活性、更高的性能和較好的可用性，并能大大減少存儲(chǔ)管理的開銷。圖4.16存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)2．存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)的結(jié)構(gòu) 目前，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)大都采用光纖通道協(xié)議，基于以太網(wǎng)協(xié)議的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)也已經(jīng)出現(xiàn)，但目前還不是主流。 光纖通道為存儲(chǔ)局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)提供3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、仲裁環(huán)結(jié)構(gòu)、交換開關(guān)結(jié)構(gòu)。這3種結(jié)構(gòu)的有效數(shù)傳率都可以達(dá)到100Mbit/s，全雙工時(shí)可達(dá)到200Mbit/s。圖4.17點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖4.18仲裁環(huán)結(jié)構(gòu)圖4.19Switch結(jié)構(gòu)圖4.20Switch、仲裁環(huán)混合結(jié)構(gòu)3．SAN的優(yōu)勢(shì)（1）SAN技術(shù)容量擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)（2）SAN的性能可擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)（3）SAN的距離擴(kuò)展性優(yōu)勢(shì)（4）SAN進(jìn)行備份擴(kuò)展性優(yōu)勢(shì)（5）SAN存儲(chǔ)在升級(jí)時(shí)的優(yōu)勢(shì)（6）連接方法多樣

4．SAN應(yīng)用 SAN的應(yīng)用主要可以歸納為6個(gè)方面。 ①構(gòu)造群集環(huán)境，利用存儲(chǔ)局域網(wǎng)可以很方便地通過光纖通道把各種服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備連接在一起構(gòu)成一個(gè)具有高性能、較好的數(shù)據(jù)可用性，可擴(kuò)展的群集環(huán)境。 ②數(shù)據(jù)保護(hù)，存儲(chǔ)局域網(wǎng)可以做到無服務(wù)器的數(shù)據(jù)備份，數(shù)據(jù)也可以后臺(tái)的方式在存儲(chǔ)域網(wǎng)上傳遞，大大減少了主要網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器上的負(fù)載，所以存儲(chǔ)局域網(wǎng)可以很方便地實(shí)現(xiàn)諸如磁盤冗余、關(guān)鍵數(shù)據(jù)備份、遠(yuǎn)程群集、遠(yuǎn)程鏡像等許多防止數(shù)據(jù)丟