存儲技術(shù)期末大作業(yè)

《存儲技術(shù)根底》課程期末大作業(yè)1.簡述常用協(xié)議IDE/ATA,SCSI,FC的主要內(nèi)容、特點和適用領(lǐng)域？IDE/ATA(IntegratedDeviceElectronics/AdvancedTechnologyAttachment)，它是一個集成電路設(shè)備和先進技術(shù)附件〔IDE/ATA〕磁盤支持IDE協(xié)議。它有良好的性能(133mb/s)以最低的本錢，廉價的存儲互連，用于內(nèi)部連接。在IDE/ATAIDE組件提供的規(guī)格，連接到電腦的主板與設(shè)備連接通信控制器。ATA組件是連接存儲設(shè)備的接口，如光盤，軟盤驅(qū)動器，硬盤驅(qū)動器，在主板上的。IDE/ATA有多種標準和名稱，如ATA，ATA/ATAPI，ata-2，快速ATA，UltraATA，和UltraDMA。ATAUltraDMA/133的最新版本支持的吞吐量為每秒133MB。在主從配置，ATA接口支持每個連接器的兩個存儲設(shè)備。然而，如果驅(qū)動器的性能是很重要的，兩個設(shè)備間的端口共享不推薦。IDE/ATA磁盤提供性能優(yōu)良，本錢低，是一種流行和常用的硬盤。SCSI(Smallcomputersysteminterface)是最流行的硬盤接口效勞器；比IDE/ATA本錢較高；同時支持多種數(shù)據(jù)訪問；主要用于“高端〞的環(huán)境；SCSI超提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)?20MB/s的速度。SCSI在各種接口是可用的。SCSI是一種用于主機存儲接口的最古老和最流行的形式。SCSI是一組標準，用于外圍設(shè)備連接到計算機，它們之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。通常，SCSI是用來連接硬盤和磁帶到主機。SCSI可以連接各種各樣的其他設(shè)備，如掃描儀和打印機。通信的主機和存儲設(shè)備之間使用SCSI命令集。自成立以來，經(jīng)歷了飛速的SCSI修改，產(chǎn)生連續(xù)的性能改良。最古老的SCSI的變體，稱為SCSI-1提供的數(shù)據(jù)傳輸速率為5Mb/s；SCSI超320提供了傳輸數(shù)據(jù)的320Mb/s的速度。FC(FibreChannel)光纖通道，和SCSI接口一樣,光纖通道最初也不是為硬盤設(shè)計開發(fā)的接口技術(shù)，是專門為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計的，但隨著存儲系統(tǒng)對速度的需求，才逐漸應(yīng)用到硬盤系統(tǒng)中。光纖通道硬盤是為提高多硬盤存儲系統(tǒng)的速度和靈活性才開發(fā)的，它的出現(xiàn)大大提高了多硬盤系統(tǒng)的通信速度。光纖通道的主要特性有：熱插拔性、高速帶寬、遠程連接、連接設(shè)備數(shù)量大等。光纖通道是為在像效勞器這樣的多硬盤系統(tǒng)環(huán)境而設(shè)計，能滿足高端工作站、效勞器、海量存儲子網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)間通過集線器、交換機和點對點連接進行雙向、串行數(shù)據(jù)通訊等系統(tǒng)對高數(shù)據(jù)傳輸率的要求。2.RAID具有什么優(yōu)勢？給出常見的幾種RAID層級的定義、工作原理，并比擬其性能和優(yōu)缺點。RAID(RedundantArrayofIndependentDisks),磁盤冗余陣列。RAID是一個有利的技術(shù)，利用多個磁盤作為一個集合中的一局部，它提供了數(shù)據(jù)保護硬盤故障，提高了存儲系統(tǒng)I/O性能。RAID的優(yōu)勢有：磁盤驅(qū)動器有性能限制；一個獨立的驅(qū)動有一定的壽命，例子：如果一個驅(qū)動器的平均故障間隔時間為750000小時，并有100個陣列中的驅(qū)動器，然后陣列的MTBF為750000/100，或7500小時，RAID就可以解決這個問題，而且RAID還可以增加容量、有更高的可用性、提高性能。(1)RAID0RAID0沒有容錯,在RAID0，數(shù)據(jù)并在硬盤驅(qū)動器在一個RAID集。在RAID0的配置，數(shù)據(jù)并在硬盤驅(qū)動器在一個RAID集。它采用了全的存儲容量分配的數(shù)據(jù)在多個硬盤驅(qū)動器在一個RAID集條。讀取數(shù)據(jù)，放在一起的控制器都是帶。條紋尺寸在軟件RAID主機級別指定的硬件RAID和特定的供給商。RAID0用于需要高I/O吞吐量的應(yīng)用。然而，如果這些應(yīng)用需要的高可用性，RAID0不提供數(shù)據(jù)保護和驅(qū)動失敗事件的可用性。(2)RAID1RAID1磁盤鏡像，鏡像是一種技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲在兩個不同的硬盤驅(qū)動器，產(chǎn)生兩個數(shù)據(jù)副本。在一個硬盤發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)是完整的對幸存的硬盤驅(qū)動器和控制器繼續(xù)效勞主機的數(shù)據(jù)請求從一個鏡像對幸存的磁盤。鏡像包括數(shù)據(jù)存儲容量的需要量，重復(fù)的數(shù)據(jù)存儲量的兩倍。鏡像不提供的寫性能相同的水平條紋的RAID。(3)嵌套的RAID嵌套的RAID〔即1+0，0+1等?！炒蠖鄶?shù)數(shù)據(jù)中心需要從他們的RAID陣列數(shù)據(jù)冗余和性能。一個常見的誤解是，RAID0+1和RAID1+0是相同的。正常情況下，RAID級別1+0和0+1提供相同的好處。然而，重建磁盤故障的情況下操作之間的兩個不同。RAID1+0，也被稱為條紋鏡。RAID1+0的根本元素是一對鏡像，這意味著數(shù)據(jù)首先鏡像然后數(shù)據(jù)副本是分散在多個硬盤驅(qū)動器在一個RAID集。更換故障驅(qū)動器時，只有鏡像重建。換句話說，磁盤陣列控制器使用幸存的驅(qū)動器在鏡像對數(shù)據(jù)恢復(fù)和連續(xù)操作。從幸存的磁盤的數(shù)據(jù)復(fù)制到替換磁盤。(4)RAID3RAID3用專用的奇偶校驗盤并行訪問陣列,RAID3的高性能和使用改良的容錯校驗?？偸菍懲暾臈l紋在所有磁盤上的數(shù)據(jù)，提供大量的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。RAID3使用的應(yīng)用，涉及大量的順序訪問數(shù)據(jù)，如視頻流。RAID3條紋數(shù)據(jù)的高性能和使用改良的容錯校驗。奇偶校驗信息存儲在一個專用的驅(qū)動，數(shù)據(jù)可以被重建，如果一個驅(qū)動器失敗。例如，五盤，四用于數(shù)據(jù)和一個用于校驗。因此，總的所需磁盤空間的大小是數(shù)據(jù)盤的1.25倍。RAID3總是讀和寫完整的條紋在所有磁盤上的數(shù)據(jù)，為驅(qū)動的并行操作。沒有局部寫道，更新了許多條條紋。(5)RAID4RAID4獨立的磁盤陣列和一個專用的奇偶校驗盤,RAID4的I/O性能比RAID3要好，由于競爭平價磁盤,RAID4不克服寫的瓶頸，多個磁盤陣列內(nèi)的故障可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)喪失。(6)RAID5RAID5獨立的磁盤陣列和分布式奇偶校驗,奇偶校驗是分布在所有的磁盤。在RAID5奇偶分布克服了寫瓶頸。在該陣列內(nèi)的多磁盤故障可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)喪失。RAID5是首選的信息，數(shù)據(jù)挖掘，介質(zhì)性能的媒體效勞，和關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)〔RDBMS〕的實現(xiàn)。RAID5是一個非常多才多藝的RAID的實現(xiàn)。RAID4和RAID5的區(qū)別在奇偶校驗位置。在RAID4，奇偶校驗寫入專用驅(qū)動器，創(chuàng)立一個寫入奇偶校驗磁盤瓶頸。在RAID5，奇偶分布在所有磁盤。在RAID5表達了奇偶校驗RAID的實現(xiàn)，此外，多個磁盤陣列中的故障可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)喪失。(7)RAID6RAID6獨立磁盤和雙分布式奇偶校驗陣列,在RAID設(shè)置兩個磁盤故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)不可用的數(shù)據(jù)單奇偶校驗方案，增加驅(qū)動能力的硬盤數(shù)量導(dǎo)致兩個磁盤失敗在RAID集的概率高,RAID-6防止兩個磁盤故障的維護兩個方,水平奇偶校驗是RAID-5奇偶相同,對角奇偶校驗RAID是由以數(shù)據(jù)塊對角集計算組成員,奇偶，和里德所羅門是兩種常用的計算校驗RAID-6算法。RAID6的工作方式相同，因此，一個RAID6的實現(xiàn)至少需要四個磁盤。RAID6分布在所有的磁盤奇偶校驗。RAID5的寫入性能優(yōu)于RAID6。以下為RAID0,RAID1,RAID2,RAID3,RAID5,RAID6,RAID(0+1),RAID(1+0)的最小硬盤數(shù)、存儲效率、代價以及性能的比擬：3.DAS,NAS,SAN,IP-SAN的主要內(nèi)容分別是什么？給出每一種技術(shù)的組成結(jié)構(gòu)圖。并討論這些技術(shù)的特點和適用領(lǐng)域。DAS(DirectAttachedStorage)，直接附加存儲。它有內(nèi)部直接連接和外部直接連接，使用分組級協(xié)議進行數(shù)據(jù)訪問。特點就是：理想的本地數(shù)據(jù)配置、小環(huán)境中快速部署、簡單的部署、可靠性高、較低的資本費用、低復(fù)雜度等。直接連接存儲〔DAS〕是直接連接到效勞器的存儲體系結(jié)構(gòu)。應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)從DAS使用塊級訪問協(xié)議。一個主機，內(nèi)置硬盤，磁帶庫，并直接連接外部硬盤驅(qū)動器包是一些例子，DAS。這是內(nèi)部的還是外部的，基于相對于主機的存儲設(shè)備的位置。DAS物理結(jié)構(gòu)圖：DAS的物理要素包括：CPU、連接、存儲設(shè)備NAS(Network-AttachedStorage)網(wǎng)絡(luò)附加存儲。它是一種基于IP的文件共享的設(shè)備連接到一個局域網(wǎng)。NAS提供效勞器整合的優(yōu)勢，通過消除多個文件效勞器的需求。它通過文件級的數(shù)據(jù)訪問和共享提供了存儲整合。NAS是優(yōu)選的存儲解決方案，使客戶能夠共享文件快速、直接存儲管理開銷最小。NAS也有助于消除瓶頸，面對用戶訪問文件時，從一個通用的效勞器。NAS設(shè)備使用其自己的操作系統(tǒng)和硬件集成，軟件組件，以滿足特定的文件效勞的需求。它是共享存儲在網(wǎng)絡(luò)的一個根底設(shè)施，IP為根底的文件共享設(shè)備連接到局域網(wǎng)。NAS的特點有:①支持信息綜合接入(多對一，一對多的配置)；②提高了效率(以減輕他們的文件效勞器的操作提高了通用效勞器的利用)；③增加了靈活性(兼容UNIX和Windows平臺的客戶都使用行業(yè)標準議)；④集中存儲(減少在客戶端工作站的數(shù)據(jù)復(fù)制)；⑤簡化管理〔提供一個集中控制臺，可以有效地管理文件系統(tǒng)〕；⑥可擴展性〔尺度在不同利用概況和業(yè)務(wù)應(yīng)用類型一致〕；⑦高可用性〔使用冗余的網(wǎng)絡(luò)組件，和本地聚類〕；⑧提供平安的集成環(huán)境〔用戶認證和授權(quán)〕。NAS物理結(jié)構(gòu)圖：SAN〔StorageAreaNetwork〕,存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。專用效勞器的高速網(wǎng)絡(luò)和共享存儲設(shè)備，SAN的組件有：節(jié)點端口、電纜、布線〔連接器〕、接插元件、存儲陣列、SAN管理軟件等。它是塊級數(shù)據(jù)訪問專用的高速網(wǎng)絡(luò)資源整合、集中存儲和管理有較好的可擴展性。它的效勞器之間的數(shù)據(jù)〔也被稱為主機〕和存儲設(shè)備通過光纖通道交換機。SAN使存儲整合，允許跨多個效勞器共享存儲。SAN提供了物理根底通信設(shè)施，使平安和主機和存儲設(shè)備之間的良好溝通，提供平安訪問。SAN物理結(jié)構(gòu)圖：IP-SAN(Internetprotocolstorageareanetwork)，因特網(wǎng)協(xié)議存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)?；贗P的塊存儲協(xié)議有iSCSI、FCIP。iSCSI就是使用基于IP協(xié)議來連接主機和存儲，塊級數(shù)據(jù)進行基于IP網(wǎng)絡(luò)，封裝SCSI命令和數(shù)據(jù)塊，TCP/IP數(shù)據(jù)包和運輸。FCIP就是基于IP的的一種網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，它結(jié)合了光纖通道和IP的優(yōu)勢，創(chuàng)立虛擬的FC鏈路連接的設(shè)備在一個不同的織物，F(xiàn)CIP是一種距離擴展方案，用于數(shù)據(jù)共享地理上分散的SAN。IP被定位為一個存儲運輸因為：它易于管理,現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施可以利用,比擬新的硬件和軟件本錢的降低,支持多廠商互操作性,許多遠程容災(zāi)解決方案已經(jīng)利用IP網(wǎng)絡(luò),許多強大的和成熟的平安選項可用于IP網(wǎng)絡(luò),IP-SAN物理結(jié)構(gòu)圖：IPSAN的應(yīng)用遠程備份和恢復(fù)遠程數(shù)據(jù)復(fù)制數(shù)據(jù)合并4.CAS〔ContentAddressedStorage〕的概念、產(chǎn)生背景、優(yōu)缺點是什么？簡述其工作原理并給出其邏輯和物理結(jié)構(gòu)圖。CAS〔內(nèi)容尋址存儲〕是針對固定內(nèi)容存儲需求的存儲技術(shù)，是對固定內(nèi)容的解決方法，具有面向?qū)ο蟠鎯μ卣?，位置獨立的?shù)據(jù)存儲，是倉庫中的存儲對象，接口的存儲訪問機制，全球唯一標識符提供對象的訪問。產(chǎn)生的背景：CAS是由美國EMC公司率先提出的針對固定內(nèi)容存儲需求的先進的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)。CAS基于磁記錄技術(shù)，它按照所存儲數(shù)據(jù)內(nèi)容的數(shù)字指紋尋址，具有良好的可搜索性、平安性、可靠性和擴展性。EMC同時推出了其CAS產(chǎn)品Centera，并成為CAS存儲技術(shù)的代表性產(chǎn)品。之后，一些存儲公司相繼推出了相關(guān)的產(chǎn)品，使CAS技術(shù)備受關(guān)注。CAS的優(yōu)點：內(nèi)容的真實性、內(nèi)容完整、位置獨立性、單實例存儲〔SIS〕、強制保存、紀錄級的保護和配置、技術(shù)獨立、快速記錄檢索〔200毫秒–400毫秒〕，缺點就是內(nèi)容尋址存儲完全針對固定內(nèi)容而設(shè)計等。CAS物理結(jié)構(gòu)圖：CAS邏輯結(jié)構(gòu)圖：存儲一個數(shù)據(jù)對象檢索一個數(shù)據(jù)對象5.虛擬化技術(shù)的主要內(nèi)容是什么？重點闡述存儲虛擬化的定義、分類和實現(xiàn)，給出必要的圖形說明。虛擬化技術(shù)是一種抽象物理資源為邏輯視圖的技術(shù)，它增加了資源的使用效率和容量，通過集中使用、共享資源簡化了資源管理，顯著地減少了停機時間，提高了資源的使用率和