存儲(chǔ)基礎(chǔ)知識(shí)

1、存儲(chǔ)的介質(zhì)及其存儲(chǔ)原理?1.磁存儲(chǔ)介質(zhì)磁存儲(chǔ)介質(zhì)主要分為磁帶存儲(chǔ)和磁盤存儲(chǔ)。（1）磁帶存儲(chǔ)磁帶是所有存儲(chǔ)媒體中單位存儲(chǔ)信息成本最低、容量最大、標(biāo)準(zhǔn)化程度最高的常用存儲(chǔ)介質(zhì)之一。它互換性好、易于保存，近年來由于采用了具有高糾錯(cuò)能力的編碼技術(shù)和即寫即讀的通道技術(shù)，大大提高了磁帶存儲(chǔ)的可靠性和讀寫速度。磁帶存儲(chǔ)器則是以磁帶為存儲(chǔ)介質(zhì)，由磁帶機(jī)及其控制器組成的存儲(chǔ)設(shè)備，是計(jì)算機(jī)的一種輔助存儲(chǔ)器。磁帶機(jī)由磁帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和磁頭等組成，能驅(qū)動(dòng)磁帶相對(duì)磁頭運(yùn)動(dòng)，用磁頭進(jìn)行電磁轉(zhuǎn)換，在磁帶上順序地記錄或讀出數(shù)據(jù)。磁帶存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備之一。磁帶存儲(chǔ)器以順序方式存取數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的磁帶可脫機(jī)保存和互換讀出。磁帶

2、存儲(chǔ)器也稱為順序存取存儲(chǔ)器 (SequentialAccessMemory，簡稱SAM)即磁帶上的文件依次存放。磁帶存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量很大，但查找速度慢，在微型計(jì)算機(jī)上一般用做后備存儲(chǔ)裝置，以便在硬盤發(fā)生故障時(shí)，恢復(fù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。根據(jù)讀寫磁帶的工作原理可分為螺旋掃描技術(shù)、線性記錄（數(shù)據(jù)流）技術(shù)、DLT技術(shù)以及比較先進(jìn)的LTO技術(shù)：螺旋掃描讀寫技術(shù)：以螺旋掃描方式讀寫磁帶上數(shù)據(jù)的磁帶讀寫技術(shù)與錄像機(jī)基本相似，磁帶纏繞磁鼓的大部分，并水平低速前進(jìn)，而磁鼓在磁帶讀寫過程中反向高速旋轉(zhuǎn)，安裝在磁鼓表面的磁頭在旋轉(zhuǎn)過程中完成數(shù)據(jù)的存取讀寫工作。其磁頭在讀寫過程中與磁帶保持15度傾角，磁道在磁帶上以75度傾角平

3、行排列。采用這種讀寫技術(shù)在同樣磁帶面積上可以獲得更多的數(shù)據(jù)通道，充分利用了磁帶的有效存儲(chǔ)空間，因而擁有較高的數(shù)據(jù)存取密度。線性記錄讀寫技術(shù)：以線性記錄方式讀寫磁帶上數(shù)據(jù)的磁帶讀寫技術(shù)與錄音機(jī)基本相同，平行于磁頭的高速運(yùn)動(dòng)磁帶掠過靜止的磁頭，進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄或讀出操作。這種技術(shù)可使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，讀寫速度較低，但由于數(shù)據(jù)在磁帶上的記錄軌跡與磁帶兩邊平行，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)利用率較低。為了有效提高磁帶的利用率和讀寫速度，人們研制出了多磁頭平行讀寫方式，提高了磁帶的記錄密度和傳輸速率，但驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)變得極為復(fù)雜，成本也隨之增加。數(shù)字線性磁帶技術(shù)：DLT是一種先進(jìn)的存儲(chǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括1/2英寸磁帶、線性記錄方式、

4、專利磁帶導(dǎo)入裝置和特殊磁帶盒等關(guān)鍵技術(shù)。利用DLT技術(shù)的磁帶機(jī)，在帶長為1828英尺、帶寬為1/2英寸的磁帶上具有128個(gè)磁道，使單磁帶未壓縮容量可高達(dá)20GB，壓縮后容量可增加一倍。線性開放式磁帶技術(shù)：這是由IBM、HP、Seagate三大存儲(chǔ)設(shè)備制造公司共同支持的高新磁帶處理技術(shù)，它可以極大地提高磁帶備份數(shù)據(jù)量。LTO磁帶可將磁帶的容量提高到100GB，如果經(jīng)過壓縮可達(dá)到200GB。LTO技術(shù)不僅可以增加磁帶的信道密度，還能在磁頭和伺服結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行全面改進(jìn)， LTO技術(shù)采用了先進(jìn)的磁道伺服跟蹤系統(tǒng)來有效地監(jiān)視和控制磁頭的精確定位，防止相鄰磁道的誤寫問題，達(dá)到提高磁道密度的目的。（2）磁盤存

5、儲(chǔ)磁盤分為軟盤和硬盤，軟盤是一個(gè)圓形而柔軟的塑料薄片，它的一面或兩面覆蓋著鐵氧化物顆粒。這些顆粒具有磁性，軟盤本身并沒有讀寫頭，需要軟盤驅(qū)動(dòng)器來讀取數(shù)據(jù)?？蓪④洷P想象成硬盤中的一個(gè)盤片，用同一個(gè)軟盤驅(qū)動(dòng)器可以訪問許多不同的軟盤，用完一張，換上另一張即可。而硬盤與硬盤驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)緊密聯(lián)系的整體，不可分割。硬盤由一個(gè)或者多個(gè)鋁制或者玻璃制的碟片組成。碟片外覆蓋有鐵磁性材料。硬盤組成：硬盤所有盤片都固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上，這個(gè)軸是盤片主軸。硬盤所有盤片之間是絕對(duì)平行的，在每個(gè)盤片的存儲(chǔ)面上都有一個(gè)磁頭，磁頭與盤片之間的距離比頭發(fā) 絲的直徑還小。所有的磁頭連在一個(gè)磁頭控制器上，由磁頭控制器負(fù)責(zé)各個(gè)磁頭的運(yùn)

6、動(dòng)。磁頭可沿盤片的半徑方向動(dòng)作，而盤片以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)到上萬轉(zhuǎn)的速度在高速旋轉(zhuǎn)，這樣磁頭就能對(duì)盤片上的指定位置進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作。硬盤結(jié)構(gòu)：要了解硬盤工作原理，先了解硬盤的結(jié)構(gòu)：盤面、磁道、柱面和扇區(qū)。盤面：硬盤的每一個(gè)盤片都有兩個(gè)盤面（side），每個(gè)盤面都會(huì)利用，都可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，稱為有效盤片，也有極個(gè)別硬盤盤面數(shù)為單數(shù)。每一個(gè)這樣的有效盤面都有一個(gè)盤面號(hào)，又叫磁頭號(hào)，因?yàn)槊恳粋€(gè)有效盤面都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的讀寫磁頭，盤面號(hào)按順序從上至下從“0”開始依次編號(hào)。磁道：磁盤在格式化時(shí)被劃分成許多同心圓，這些同心圓軌跡叫做磁道。磁道從外向內(nèi)從0開始順序編號(hào)。數(shù)據(jù)以脈沖串的形式記錄在這些軌跡中，這些同心圓不是

7、連續(xù)記錄數(shù)據(jù)，而是被劃分成一段段的圓弧，這些圓弧的角速度一樣。由于徑向長度不一樣。所以線速度不一樣。同樣的轉(zhuǎn)速下，外圈在同樣時(shí)間段里劃過的圓弧長度比內(nèi)圈劃過的圓弧長度大。磁道是“看”不見的，只是盤面上以特殊形式磁化了的一些磁化區(qū)，在磁盤格式化時(shí)就已規(guī)劃完畢。柱面：所有盤面上的同一磁道構(gòu)成一個(gè)圓柱，通常稱作柱面，每個(gè)圓柱上的磁頭由上而下從“0”開始編號(hào)。數(shù)據(jù)的讀寫按柱面進(jìn)行，即磁頭讀/寫數(shù)據(jù)時(shí)首先在同一柱面內(nèi)從“0”磁頭開始進(jìn)行操作，依次向下在同一柱面的不同盤面即磁頭上進(jìn)行操作，只在同一柱面所有的磁頭全部讀/寫完畢后磁頭才轉(zhuǎn)移到下一柱面，因?yàn)檫x取磁頭只需通過電子切換即可，而選取柱面則必須通過機(jī)械

8、切換。電子切換相當(dāng)快，比在機(jī)械上磁頭向鄰近磁道移動(dòng)快得多，所以，數(shù)據(jù)的讀/寫按柱面進(jìn)行，而不按盤面進(jìn)行。也就是說，一個(gè)磁道寫滿數(shù)據(jù)后，就在同一柱面的下一個(gè)盤面來寫，一個(gè)柱面寫滿后，才移到下一個(gè)扇區(qū)開始寫數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)也按照這種方式進(jìn)行，這樣就提高了硬盤的讀/寫效率。扇區(qū)：磁道的一段圓弧叫做一個(gè)扇區(qū)，扇區(qū)從“1”開始編號(hào)，每個(gè)扇區(qū)中的數(shù)據(jù)作為一個(gè)單元同時(shí)讀出或?qū)懭?。扇區(qū)是硬盤上存儲(chǔ)的物理單位，每個(gè)扇區(qū)包括512個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)和一些其他信息。一個(gè)扇區(qū)有兩個(gè)主要部分：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)地點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段。硬盤工作原理：磁頭靠近主軸接觸的表面，即線速度最小的地方，是一個(gè)特殊的區(qū)域，它不存放任何數(shù)據(jù)，稱為

9、啟停區(qū)或著陸區(qū)（Landing Zone），啟停區(qū)外就是數(shù)據(jù)區(qū)。在最外圈，離主軸最遠(yuǎn)的地方是“0”磁道，硬盤數(shù)據(jù)的存放就是從最外圈開始的。那么，磁頭是如何找到“0”磁道的位置的 呢？在硬盤中還有一個(gè)叫“0”磁道檢測(cè)器的構(gòu)件，它是用來完成硬盤的初始定位?！?”磁道是如此的重要，以致很多硬盤僅僅因?yàn)椤?”磁道損壞就報(bào)廢，這是 非常可惜的。早期的硬盤在每次關(guān)機(jī)之前需要運(yùn)行一個(gè)被稱為Parking的程序，其作用是讓磁頭回到啟停區(qū)?，F(xiàn)代硬盤在設(shè)計(jì)上已摒棄了這個(gè)雖不復(fù)雜卻很讓人不愉 快的小缺陷。硬盤不工作時(shí)，磁頭停留在啟停區(qū)，當(dāng)需要從硬盤讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，磁盤開始旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到額定的高速時(shí)，磁頭就會(huì)因盤片旋

10、轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流而抬起， 這時(shí)磁頭才向盤片存放數(shù)據(jù)的區(qū)域移動(dòng)。盤片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流相當(dāng)強(qiáng)，足以使磁頭托起，并與盤面保持一個(gè)微小的距離。這個(gè)距離越小，磁頭讀寫數(shù)據(jù)的靈敏度就越高，當(dāng)然對(duì)硬盤各部件的要求也越 高。早期設(shè)計(jì)的磁盤驅(qū)動(dòng)器使磁頭保持在盤面上方幾微米處飛行。稍后一些設(shè)計(jì)使磁頭在盤面上的飛行高度降到約0.1m0.5m，現(xiàn)在的水平已經(jīng)達(dá)到 0.005m0.01m，這只是人類頭發(fā)直徑的千分之一。氣流既能使磁頭脫離開盤面，又能使它保持在離盤面足夠近的地方，非常緊密地跟隨著磁盤表面呈起伏運(yùn)動(dòng)，使磁頭飛行處于嚴(yán)格受控狀態(tài)。磁頭必須飛行在盤面上方，而不是接觸盤面，這種位置可避免擦傷磁性涂層，而更重要的是不讓磁

11、性涂層損傷磁頭。但是，磁頭也不能離盤面太遠(yuǎn)，否則，就不能使盤面達(dá)到足夠強(qiáng)的磁化，難以讀出盤上的磁化翻轉(zhuǎn)（磁極轉(zhuǎn)換形式，是磁盤上實(shí)際記錄數(shù)據(jù)的方式）。硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭的飛行懸浮高度低、速度快，一旦有小的塵埃進(jìn)入硬盤密封腔內(nèi)，或者一旦磁頭與盤體發(fā)生碰撞，就可能造成數(shù)據(jù)丟失，形成壞塊，甚至造成 磁頭和盤體的損壞。所以，硬盤系統(tǒng)的密封一定要可靠，在非專業(yè)條件下絕對(duì)不能開啟硬盤密封腔，否則，灰塵進(jìn)入后會(huì)加速硬盤的損壞。另外，硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭的 尋道伺服電機(jī)多采用音圈式旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，在伺服跟蹤的調(diào)節(jié)下精確地跟蹤盤片的磁道，所以，硬盤工作時(shí)不要有沖擊碰撞，搬動(dòng)時(shí)要小心輕放。硬盤讀寫原理：系統(tǒng)將文件存儲(chǔ)

12、到磁盤上時(shí)，按柱面、磁頭、扇區(qū)的方式進(jìn)行，即最先是第1磁道的第一磁頭下（也就是第1盤面的第一磁道）的所有扇區(qū)，然后，是同一柱面的下一磁頭，一個(gè)柱面存儲(chǔ)滿后就推進(jìn)到下一個(gè)柱面，直到把文件內(nèi)容全部寫入磁盤。（文件的記錄在同一盤組上存放時(shí)，應(yīng)先集中放在一個(gè)柱面上，然后再順序存放在相鄰的柱面上，對(duì)應(yīng)同一柱面，則應(yīng)該按盤面的次序順序存放。）（從上到下，然后從外到內(nèi)，數(shù)據(jù)的讀寫按柱面進(jìn)行，而不按盤面進(jìn)行）系統(tǒng)也以相同的順序讀出數(shù)據(jù)。讀出數(shù)據(jù)時(shí)通過告訴磁盤控制器要讀出扇區(qū)所在的柱面號(hào)、磁頭號(hào)和扇區(qū)號(hào)（物理地址的三個(gè)組成部分）進(jìn)行。磁盤控制器則直接使磁頭部件步進(jìn)到相應(yīng)的柱面，選通相應(yīng)的磁頭，等待要求的扇區(qū)移動(dòng)

13、到磁頭下。當(dāng)需要從磁盤讀取數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將數(shù)據(jù)邏輯地址傳給磁盤，磁盤的控制電路按照尋址邏輯將邏輯地址翻譯成物理地址，即確定要讀的數(shù)據(jù)在哪個(gè)磁道，哪個(gè)扇區(qū)。為了讀取這個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)，需要將磁頭放到這個(gè)扇區(qū)上方，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：1）首先必須找到柱面，即磁頭需要移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)磁道，這個(gè)過程叫做尋道，所耗費(fèi)時(shí)間叫做尋道時(shí)間，2）然后目標(biāo)扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下，即磁盤旋轉(zhuǎn)將目標(biāo)扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下。這個(gè)過程耗費(fèi)的時(shí)間叫做旋轉(zhuǎn)時(shí)間。即一次訪盤請(qǐng)求（讀/寫）完成過程由三個(gè)動(dòng)作組成：1）尋道（時(shí)間）：磁頭移動(dòng)定位到指定磁道 2）旋轉(zhuǎn)延遲（時(shí)間）：等待指定扇區(qū)從磁頭下旋轉(zhuǎn)經(jīng)過 3）數(shù)據(jù)傳輸（時(shí)間）：數(shù)據(jù)在

14、磁盤與內(nèi)存之間的實(shí)際傳輸扇區(qū)到來時(shí)，磁盤控制器讀出每個(gè)扇區(qū)的頭標(biāo)，把這些頭標(biāo)中的地址信息與 期待檢出的磁頭和柱面號(hào)做比較（即尋道），然后，尋找要求的扇區(qū)號(hào)。待磁盤控制器找到該扇區(qū)頭標(biāo)時(shí)，根據(jù)其任務(wù)是寫扇區(qū)還是讀扇區(qū)，來決定是轉(zhuǎn)換寫電路， 還是讀出數(shù)據(jù)和尾部記錄。找到扇區(qū)后，磁盤控制器必須在繼續(xù)尋找下一個(gè)扇區(qū)之前對(duì)該扇區(qū)的信息進(jìn)行后處理。如果是讀數(shù)據(jù)，控制器計(jì)算此數(shù)據(jù)的ECC碼，然后，把ECC碼與已記錄的ECC碼相比較。如果是寫數(shù)據(jù)，控制器計(jì)算出此數(shù)據(jù)的ECC碼，與數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)。在控制器對(duì)此扇區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要處理期間，磁盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。磁存儲(chǔ)原理：磁頭是實(shí)現(xiàn)讀/寫的關(guān)鍵元件。寫入時(shí)，將脈沖代碼以磁

15、化電流形式加入磁頭線圈，使記錄介質(zhì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁化狀態(tài)，即電磁轉(zhuǎn)換。讀出時(shí)，磁層中的磁化翻轉(zhuǎn)使磁頭的讀出線圈產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，即磁電轉(zhuǎn)換。寫入數(shù)據(jù)：電帶著數(shù)據(jù)通過電磁轉(zhuǎn)換將信息存儲(chǔ)在磁盤中讀取數(shù)據(jù)：磁電轉(zhuǎn)換將磁盤中的信息讀出來2.光存儲(chǔ)介質(zhì)無論是CD光盤、DVD光盤等光存儲(chǔ)介質(zhì)，采用的存儲(chǔ)方式都與軟盤、硬盤相同，是以二進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式來存儲(chǔ)信息。而要在這些光盤上面儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，需要借助激光把電腦轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)模式刻在扁平、具有反射能力的盤片上。而為了識(shí)別數(shù)據(jù)，光盤上定義激光刻出的小坑就代表二進(jìn)制的“1”，而空白處則代表二進(jìn)制的“0”。DVD盤的記錄凹坑比CD-ROM更小，且螺旋儲(chǔ)存凹坑之間的距離

16、也更小。DVD存放數(shù)據(jù)信息的坑點(diǎn)非常小，而且非常緊密，最小凹坑長度僅為0.4m，每個(gè)坑點(diǎn)間的距離只是CD-ROM的50%，并且軌距只有0.74m。CD光驅(qū)、DVD光驅(qū)等一系列光存儲(chǔ)設(shè)備，主要的部分就是激光發(fā)生器和光監(jiān)測(cè)器。光驅(qū)上的激光發(fā)生器實(shí)際上就是一個(gè)激光二極管，可以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)波長的激光光束，然后經(jīng)過一系列的處理后射到光盤上，然后經(jīng)由光監(jiān)測(cè)器捕捉反射回來的信號(hào)從而識(shí)別實(shí)際的數(shù)據(jù)。如果光盤不反射激光則代表那里有一個(gè)小坑，那么電腦就知道它代表一個(gè)“1”；如果激光被反射回來，電腦就知道這個(gè)點(diǎn)是一個(gè)“0”。然后電腦就可以將這些二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成為原來的程序。當(dāng)光盤在光驅(qū)中做高速轉(zhuǎn)動(dòng)，激光頭在電機(jī)的控制下

17、前后移動(dòng)，數(shù)據(jù)就這樣源源不斷的讀取出來了。光存儲(chǔ)技術(shù)具有存儲(chǔ)密度高、存儲(chǔ)壽命長、非接觸式讀寫和檫出、信息的信噪比高、信息位的價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。3.半導(dǎo)體半導(dǎo)體存儲(chǔ)主要分為兩類：1.RAM和ROM 2.閃存半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是一種以半導(dǎo)體電路作為存儲(chǔ)媒體的存儲(chǔ)器，內(nèi)存儲(chǔ)器就是由稱為存儲(chǔ)器芯片的半導(dǎo)體集成電路組成。RAM和ROM都屬于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。閃存：閃存是電子可擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）的變種，閃存與EEPROM不同的是，EEPROM能在字節(jié)水平上進(jìn)行刪除和重寫而不是整個(gè)芯片擦寫，而閃存的大部分芯片需要塊擦除。閃存是以塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，閃存的寫入操作必須在空白區(qū)域進(jìn)行，如果目標(biāo)區(qū)域已經(jīng)有數(shù)據(jù)，必

18、須先擦除后寫入。說到閃存就必須要提固態(tài)硬盤SSD了：SSD主要由SSD控制器，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)陣列，板上DRA,（可選），以及跟HOST接口（諸如SATA，SAS，PCIe等）組成。SSD主控通過若干個(gè)通道（channel）并行操作多塊FLASH顆粒，類似RAID0，大大提高底層的帶寬。要提高底層帶寬，可以增加底層并行的顆粒數(shù)目，也可以選擇速度快的FLASH顆粒。SSD的寫入特點(diǎn)：SSD擦除是以block為單位，而寫入是以page為單位。SSD讀寫實(shí)例：初始狀態(tài)Block X的Page 0和Page 1分別存有數(shù)據(jù)和，Block Y則是空的?，F(xiàn)在要寫入新的數(shù)據(jù)，并且修改數(shù)據(jù)為'。寫入的過

19、程是這樣的，先向block X中的page 2寫入，并且把'寫入page 3中，然后將page0標(biāo)記為廢棄（灰色），如圖：然后呢，將Block X中的page 1 2 3 寫入Block Y中對(duì)應(yīng)位置，同時(shí)擦除Block X。這就是SSD的寫入特點(diǎn)：寫入以Page為單位，擦除以Block為單位?；氐街埃?通道為例，分析HOST讀寫SSD的過程。主控通過8通道連接8個(gè)FLASH DIE，每個(gè)小方塊表示一個(gè)Page（假設(shè)大小為4KB）。HOST先寫入4KB數(shù)據(jù)再寫入16KB數(shù)據(jù)。HOST繼續(xù)寫入，整個(gè)Block都寫滿。HOST是通過LBA（Logical Block Address，邏

20、輯地址塊）訪問SSD的，每個(gè)LBA代表著一個(gè)Sector（一般為512B大?。?，操作系統(tǒng)一般以4K為單位訪問SSD，我們把HOST訪問SSD的基本單元叫用戶頁（Host Page）。而在SSD內(nèi)部，SSD主控與FLASH之間是FLASH Page為基本單元訪問FLASH的，我們稱FLASH Page為物理頁（Physical Page）。HOST每寫入一個(gè)Host Page, SSD主控會(huì)找一個(gè)Physical Page把Host數(shù)據(jù)寫入，SSD內(nèi)部同時(shí)記錄了這樣一條映射（Map）。有了這樣一個(gè)映射關(guān)系后，下次HOST需要讀某個(gè)Host Page 時(shí)，SSD就知道從FLASH的哪個(gè)位置把數(shù)據(jù)讀

21、取上來。SSD內(nèi)部維護(hù)了一張映射表（Map Table），HOST每寫入一個(gè)Host Page，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的映射關(guān)系，這個(gè)映射關(guān)系會(huì)加入（第一次寫）或者更改（覆蓋寫）Map Table；當(dāng)讀取某個(gè)Host Page時(shí)， SSD首先查找Map Table中該Host Page對(duì)應(yīng)的Physical Page，然后再訪問Flash讀取相應(yīng)的Host數(shù)據(jù)。對(duì)絕大多數(shù)SSD，我們可以看到上面都有板載DRAM，其主要作用就是用來存儲(chǔ)這張映射表。繼續(xù)之前的SSD寫操作，當(dāng)整個(gè)SSD寫滿后，從用戶角度來看，如果想寫入新的數(shù)據(jù)，則必須刪除一些數(shù)據(jù)，然后騰出空間再寫。用戶在刪除和寫入數(shù)據(jù)的過程中，會(huì)導(dǎo)致一些

22、Block里面的數(shù)據(jù)變得無效或者變老。Block中的數(shù)據(jù)變老或者無效，是指沒有任何映射關(guān)系指向它們，用戶不會(huì)訪問到這些FLASH空間，它們被新的映射關(guān)系所取代。比如有一個(gè)Host Page A，開始它存儲(chǔ)在FLASH空間的X,映射關(guān)系為A->X。后來，HOST重寫了該Host Page，由于FLASH不能覆蓋寫，SSD內(nèi)部必須尋找一個(gè)沒有寫過的位置寫入新的數(shù)據(jù)，假設(shè)為Y，這個(gè)時(shí)候新的映射關(guān)系建立：A->Y，之前的映射關(guān)系解除，位置X上的數(shù)據(jù)變老失效，我們把這些數(shù)據(jù)叫垃圾數(shù)據(jù)。隨著HOST的持續(xù)寫入，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)空間慢慢變小，直到耗盡。如果不及時(shí)清除這些垃圾數(shù)據(jù)，HOST就無法寫入

23、。SSD內(nèi)部都有垃圾回收機(jī)制，它的基本原理是把幾個(gè)Block中的有效數(shù)據(jù)（非垃圾數(shù)據(jù)，上圖中的綠色小方塊表示的）集中搬到一個(gè)新的Block上面去，然后再把這幾個(gè)Block擦除掉，這樣就產(chǎn)生新的可用Block了。Block中有效數(shù)據(jù)為A，B，C，Block上有效數(shù)據(jù)為D，F(xiàn)，E，G，紅色方塊為無效數(shù)據(jù)。垃圾回收機(jī)制就是先找一個(gè)未寫過的可用Block z，然后把Block x和Block y的有效數(shù)據(jù)搬移到Block z上面去，這樣Block x和Block y上面就沒有任何有效數(shù)據(jù)，可以擦除變成兩個(gè)可用的Block。 當(dāng)整個(gè)SSD寫滿之后，如果想寫入新的數(shù)據(jù)，則必須刪除一些數(shù)據(jù)，然后騰出空間再寫

24、。一塊剛買的SSD，你會(huì)發(fā)現(xiàn)寫入速度很快，那是因?yàn)橐婚_始總能找到可用的Block來進(jìn)行寫入。但是，隨著你對(duì)SSD的使用，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它會(huì)變慢。原因就在于SSD寫滿后，當(dāng)你需要寫入新的數(shù)據(jù)，往往需要做上述的垃圾回收：把若干個(gè)Block上面的有效數(shù)據(jù)搬移到某個(gè)Block，然后擦掉原先的Block，然后再把你的Host數(shù)據(jù)寫入。這比最初單純的找個(gè)可用的Block來寫耗時(shí)多了，所以速度變慢也就可以理解了。假設(shè)HOST要寫入4KB數(shù)據(jù) (H) ，由于當(dāng)前可用Block過少，SSD開始做垃圾回收。從上圖可以看出，對(duì)Block x來說，它需要把Page A,B,C的數(shù)據(jù)讀出并寫入到Block z，然后Block

25、 x擦除用于HOST數(shù)據(jù)寫入。從Host角度，它只寫了4KB數(shù)據(jù)，但從SSD內(nèi)部來說，它實(shí)際寫入了4個(gè)Page（Page A, B, C寫入Block z，4KB數(shù)據(jù)H寫入到Block x） 。這就是寫放大。當(dāng)要寫入一個(gè)4KB的數(shù)據(jù)時(shí)，最壞的情況是一個(gè)塊里已經(jīng)沒有干凈空間了，但有無效的數(shù)據(jù)可以擦除，所以主控就把所有的數(shù)據(jù)讀到緩存，擦除塊，緩存里 更新整個(gè)塊的數(shù)據(jù)，再把新數(shù)據(jù)寫回去，這個(gè)操作帶來的寫入放大就是: 實(shí)際寫4K的數(shù)據(jù)，造成了整個(gè)塊（共512KB）的寫入操作，那就是放大了128倍。同時(shí)還帶來了原本只需要簡單一步寫入4KB的操作變成：閃存讀取(512KB)緩存改（4KB）閃存擦除（512

26、KB）閃存寫入（512KB），共四步操作，造成延遲大大增加，速度變慢。所以說WA是影響SSD隨機(jī)寫入性能和壽命的關(guān)鍵因素。SSD內(nèi)部需要預(yù)留空間，這部分空間HOST是看不到的。這部分預(yù)留空間，不僅僅用以做垃圾回收，事實(shí)上，SSD內(nèi)部的一些系統(tǒng)數(shù)據(jù)，也需要預(yù)留空間來存儲(chǔ)，比如映射表、SSD固件以及其他的一些SSD系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)。一個(gè)Block上有效的數(shù)據(jù)越少（垃圾數(shù)據(jù)越多），則回收速度越快。1GB=1，000，000，000 Byte，從底層FLASH的角度，1GB=1*1024*1024*1024Byte。256GB FLASH為256*230Byte 而一般說的256GB SSD容量為256*

27、109Byte，所以有（256*230-256*109）/（256*109）=7.37%的OP，如果把256GB FLASH容量的SSD配成240GB OP為14.5%，OP越大，每個(gè)BLOCK平均有效數(shù)據(jù)率越小，因此OP越大，垃圾回收越快，寫放大越小。磨損平衡（WL，Wear Leveling）：寫放大越小，意味著寫入同樣多的HOST數(shù)據(jù)，寫入到FLASH中的數(shù)據(jù)越少，也就意味著FLASH損耗越小。FLASH都是有一定壽命的，它是用P/E數(shù) (Program/Erase Count)來衡量的。隨著用戶對(duì)SSD的使用，會(huì)形成一些Block有很高的PE數(shù)，而有些Block的PE數(shù)卻很低，這不是我

28、們想看到的，會(huì)影響flash的壽命。我們希望所有Block的PE數(shù)應(yīng)該差不多，Block被均衡使用。SSD內(nèi)部的WL機(jī)制可以保證這一點(diǎn)。WL：動(dòng)態(tài)WL和靜態(tài)WL。動(dòng)態(tài)WL：就是在使用Block進(jìn)行擦寫操作的時(shí)候，優(yōu)先挑選PE數(shù)低的；靜態(tài)WL：就是把長期沒有修改的老數(shù)據(jù)（如只讀文件數(shù)據(jù)）從PE數(shù)較低的Block中搬出來，然后找個(gè)PE數(shù)較高的Block進(jìn)行存放，這樣，之前低PE數(shù)的Block就能拿出來使用。靜態(tài)WL下的閃存耐久度最好。關(guān)于擦寫次數(shù)：ssd 存儲(chǔ)空間完全擦寫完一次算一次p/e （壽命單位） 比如你ssd 容量250g 那么要存儲(chǔ)讀寫250g的東西以后算一次p/e 固態(tài)硬盤壽

29、命計(jì)算公式：壽命=實(shí)際容量GB*P/E次數(shù)實(shí)際寫入GB/天*365天實(shí)際容量=硬盤容量*使用率（一般不低于95%）實(shí)際寫入=寫入文件大小*寫入放大率存儲(chǔ)方式、存儲(chǔ)分類、存儲(chǔ)相關(guān)協(xié)議及技術(shù)、存儲(chǔ)的一些基礎(chǔ)知識(shí)？1.什么是存儲(chǔ)？存儲(chǔ)是信息數(shù)據(jù)生存的地方，是信息的載體。在存儲(chǔ)業(yè)內(nèi)，狹義上的存儲(chǔ)指的是根據(jù)不同的業(yè)務(wù)，采用合適、安全、有效的技術(shù)方案將信息存放在具有冗余、保護(hù)、遷移等功能的物理媒介。磁盤陣列和相關(guān)外圍連接設(shè)備是存儲(chǔ)中最重要的組成部分。在大型數(shù)據(jù)中心中，計(jì)算機(jī)通常使用專用的光纖通道交換機(jī)和協(xié)議與磁盤陣列相連，來處理高負(fù)荷的企業(yè)級(jí)事務(wù)。目前提到存儲(chǔ)更多的是指與存儲(chǔ)相關(guān)的整體解決方案，而不再僅限

30、于磁盤陣列。從廣義上講，客戶希望解決的存儲(chǔ)問題需要考慮存儲(chǔ)物理組成、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、保護(hù)方式、綜合管理，并結(jié)合服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、客戶實(shí)際的業(yè)務(wù)應(yīng)用和人員能力為其提供整體的存儲(chǔ)解決方案。廣義的存儲(chǔ)，可以理解為一組為現(xiàn)代企業(yè)提供信息存取、保護(hù)、優(yōu)化和利用的整體解決方案，是以數(shù)據(jù)為中心的信息架構(gòu)的支柱。2.三種常見存儲(chǔ)方式：DAS(DirectAttachedStorage，直接外掛存儲(chǔ))是存儲(chǔ)方式的一種方案。這種存儲(chǔ)方案的服務(wù)器結(jié)構(gòu)如同PC機(jī)架構(gòu)，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備(如磁盤陣列、光盤機(jī)、磁帶機(jī)等)都直接掛接在服務(wù)器內(nèi)部總線上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備是整個(gè)服務(wù)器結(jié)構(gòu)的一部分，同樣服務(wù)器也擔(dān)負(fù)著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的

31、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)職責(zé)。直接連接存儲(chǔ)DAS(Direct Attached Storage)是對(duì)SCSI總線的進(jìn)一步發(fā)展。它對(duì)外利用SCSI總線通道和多個(gè)主機(jī)連接，解決了SCSI卡只能連接到一個(gè)主機(jī)上的缺陷。對(duì)內(nèi)利用SCSI總線通道或FC通道、IDE接口連接多個(gè)磁盤，并實(shí)現(xiàn)RAID技術(shù)，形成一個(gè)磁盤陣列，從而解決了數(shù)據(jù)容錯(cuò)、大存儲(chǔ)空間的問題。DAS是以服務(wù)器為中心的存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)，難以滿足現(xiàn)代存儲(chǔ)應(yīng)用大容量、高可靠、高可用、高性能、動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展、易維護(hù)和開放性等多方面的需求。解決這一問題的關(guān)鍵是將訪問模式從以服務(wù)器為中心轉(zhuǎn)化為以數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)為中心，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展容量、增加性能和延伸距離，尤其是實(shí)現(xiàn)多個(gè)主機(jī)數(shù)據(jù)的共享

32、，這推動(dòng)了存儲(chǔ)與計(jì)算的分離，即網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的發(fā)展。NAS存儲(chǔ)也通常被稱為附加存儲(chǔ)，顧名思義，就是存儲(chǔ)設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(例如以太網(wǎng))添加到一群計(jì)算機(jī)上。NAS是文件級(jí)的存儲(chǔ)方法，它的重點(diǎn)在于幫助工作組和部門級(jí)機(jī)構(gòu)解決迅速增加存儲(chǔ)容量的需求。如今用戶采用NAS較多的功能是用來文檔共享、圖片共享、電影共享等等，而且隨著云計(jì)算的發(fā)展，一些NAS廠商也推出了云存儲(chǔ)功能，大大方便了企業(yè)和個(gè)人用戶的使用。NAS（附網(wǎng)存儲(chǔ)系統(tǒng)）系統(tǒng)是用一個(gè)裝有優(yōu)化的文件系統(tǒng)和瘦操作系統(tǒng)的專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，提供跨平臺(tái)的文件共享功能。NAS產(chǎn)品與客戶之間的通訊采用NFS(Network File System)協(xié)議、CI

33、FS(Common Internet File System)協(xié)議，這些協(xié)議運(yùn)行在IP之上。盡管NAS集成了系統(tǒng)、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有擴(kuò)展性強(qiáng)、使用與管理簡單、跨平臺(tái)文件共享、性能優(yōu)化等特點(diǎn)。然而，NAS系統(tǒng)也有其潛在的局限性。首先是它受限的數(shù)據(jù)庫支持，NAS文件服務(wù)器不支持需大量依賴于數(shù)據(jù)庫處理結(jié)果的應(yīng)用（塊級(jí)應(yīng)用）。其次是缺乏靈活性，它是一種專用設(shè)備。最后，NAS備份與恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難。SAN（Storage Aera Network）存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，是一種通過網(wǎng)絡(luò)方式連接存儲(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器的存儲(chǔ)構(gòu)架，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)專用于主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備之間的訪問。當(dāng)有數(shù)據(jù)的存取需求時(shí)，數(shù)據(jù)可以通過存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

34、在服務(wù)器和后臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備之間高速傳輸。SAN是一種將存儲(chǔ)設(shè)備、連接設(shè)備和接口集成在一個(gè)高速網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)。SAN本身就是一個(gè)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)，SAN網(wǎng)絡(luò)與LAN業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)相隔離，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)流不會(huì)占用業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)帶寬。在SAN網(wǎng)絡(luò)中，所有的數(shù)據(jù)傳輸在高速、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行，SAN存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)的是直接對(duì)物理硬件的塊級(jí)存儲(chǔ)訪問，提高了存儲(chǔ)的性能和升級(jí)能力。早期的SAN采用的是光纖通道（FC，F(xiàn)iber Channel）技術(shù)，所以，以前的SAN多指采用光纖通道的存儲(chǔ)局域網(wǎng)絡(luò)，到了iSCSI協(xié)議出現(xiàn)以后，為了區(qū)分，業(yè)界就把SAN分為FC-SAN和IP-SAN。SAN（存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)）是通過專用高速網(wǎng)將一個(gè)或多

35、個(gè)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備（如磁盤陣列RAID）和服務(wù)器連接起來的專用存儲(chǔ)系統(tǒng)。SAN以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為中心，采用可伸縮的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供SAN內(nèi)部任意節(jié)點(diǎn)之間的多路可選擇的數(shù)據(jù)交換，并且將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理集中在相對(duì)獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最大限度的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)優(yōu)化管理，以及系統(tǒng)的無縫擴(kuò)充。正是由于光纖通道技術(shù)的發(fā)展，使得SAN得以支持遠(yuǎn)距離通信、易于擴(kuò)展、能夠解決網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)備份、高可用性、災(zāi)難恢復(fù)等有關(guān)問題，它可以提供高性能數(shù)據(jù)管道和共享的集中管理的存儲(chǔ)設(shè)備。因此采用網(wǎng)絡(luò)和通道技術(shù)相互融合的光纖通道接口的SAN將LAN上的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換到主要由存儲(chǔ)設(shè)備組成的專用網(wǎng)絡(luò)上，使得數(shù)據(jù)的訪問、備份和恢復(fù)不影響LAN的性

36、能，在大量數(shù)據(jù)訪問時(shí)，不會(huì)大幅度降低網(wǎng)絡(luò)性能。SAN主要用于存儲(chǔ)量大的工作環(huán)境，并且SAN的適用性和通用性較差，在系統(tǒng)的安裝和升級(jí)方面效率不高，且由于SAN使用專用網(wǎng)絡(luò)（一般為光纖網(wǎng)絡(luò)），相應(yīng)的設(shè)備價(jià)格昂貴，總體實(shí)現(xiàn)費(fèi)用較高，局限于大中型應(yīng)用。NAS和SAN技術(shù)都體現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)從傳統(tǒng)的服務(wù)器中獨(dú)立出來的思想，它們是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)領(lǐng)域中的兩個(gè)發(fā)展方向。隨著NAS和SAN之間的界限越來越模糊，其中更重要的區(qū)別可能就是在NAS/SAN混合系統(tǒng)中所采用的協(xié)議了：IP、光纖通道，或者iSCSI等。3.這里提到了存儲(chǔ)的相關(guān)協(xié)議，所以先了解一下存儲(chǔ)相關(guān)的協(xié)議：（1）FC （Fibre Channel）協(xié)議FC（F

37、ibre Channel）協(xié)議是一套完全獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，比以太網(wǎng)要復(fù)雜得多。Fibre Channel可以稱其為FC協(xié)議或者FC網(wǎng)絡(luò)，像TCP/IP一樣，F(xiàn)C協(xié)議集同樣具備TCP/IP協(xié)議集以及以太網(wǎng)中的很多概念，比如FC交換、FC交換機(jī)、FC路由、SPF路由算法等。FC是一個(gè)高速高效、配置簡單、不需要太多人為介入的網(wǎng)絡(luò)?；谶@個(gè)原則，為了進(jìn)一步提高FC網(wǎng)絡(luò)的速度和效率，在FC終端設(shè)備上，F(xiàn)C協(xié)議的大部分邏輯被直接坐到一塊獨(dú)立的硬件卡片當(dāng)中，而不是運(yùn)行在操作系統(tǒng)中。TCP/IP就是一種運(yùn)行與主機(jī)操作系統(tǒng)上的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其IP和TCP或者UDP模塊是運(yùn)行在操作系統(tǒng)上的，只有以太網(wǎng)邏輯部分是運(yùn)行在以

38、太網(wǎng)卡芯片中，CPU從以太網(wǎng)卡接受到的數(shù)據(jù)是攜帶有IP頭部及TCP/UDP頭部的，需要運(yùn)行在CPU中的TCP/IP協(xié)議代碼來進(jìn)一步處理這些頭部，才能生成最終的應(yīng)用程序需要的數(shù)據(jù)。而FC協(xié)議的物理層到傳輸層的邏輯，大部分運(yùn)行在FC適配卡的芯片中，只有小部分關(guān)于上層API的邏輯運(yùn)行與操作系統(tǒng)FC卡驅(qū)動(dòng)程序中，這樣就使FC協(xié)議的速度和效率都較TCP/IP協(xié)議高。這么做肯定要增加成本，但是FC網(wǎng)絡(luò)本來就不是為大眾設(shè)計(jì)的，增加成本來提高速度和效率是值得的。提示：由于Fiebre（纖維、網(wǎng)絡(luò)）和Fiber（光線）只有一字之差，所以產(chǎn)生了很多流傳的誤解。FC只代表Fibre Channel，而不是Fiber

39、 Channel，后者被翻譯為“光纖通道”，甚至接口為FC的磁盤也被稱為“光纖磁盤”，其實(shí)這些都是很滑稽的誤解。再加上FC協(xié)議普遍都用光纖作為傳輸線纜而不用銅線，所以人們下意識(shí)的稱FC為光纖通道協(xié)議而不是網(wǎng)狀通道協(xié)議。但是要理解，F(xiàn)C其實(shí)是一套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的稱呼，F(xiàn)C協(xié)議和光纖根本沒有必然地聯(lián)系，F(xiàn)ibre Channel可以稱其為FC協(xié)議，或者FC網(wǎng)絡(luò)、FC互聯(lián)。同樣“FC交換機(jī)就是插光纖的以太網(wǎng)交換機(jī)”和“以太網(wǎng)就是雙絞線，以太網(wǎng)就是水晶頭”這些說法都是錯(cuò)誤的。（2）SCSISCSI就是指Small Computer System Interface(小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)，它最早研制于1979

40、年，原是為小型機(jī)的研制出的一種接口技術(shù)，但隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在它被完全移植到了普通微機(jī)上。SCSI廣泛應(yīng)用于如：硬盤、光驅(qū)、ZIP、MO、掃描儀、磁帶機(jī)、JAZ、打印機(jī)、光盤刻錄機(jī)等設(shè)備上，由于較其他標(biāo)準(zhǔn)接口的傳輸速率來得快，所以在較好的高端電腦、工作站、服務(wù)器上常用來作為硬盤及其他儲(chǔ)存裝置的接口。目前SCSI有以下幾種延伸規(guī)格：SCSI-1、SCSI-2、SCSI-3（最新的為SCSI-3）、Fast SCSI、Wide SCSI、ULTRA SCSI、Ultra Wide SCSI、ULTRA 2 SCSI、WIDE ULTRA 2 SCSI、Ultra 160/m SCSI、Ultr

41、a320 SCSI。 SCSI-1：1979年提出，支持同步和異步SCSI外圍設(shè)備；支持7臺(tái)8位的外圍設(shè)備，最大數(shù)據(jù)傳輸速度為5MB/s。SCSI-2：1992年提出，也稱為Fast SCSI，數(shù)據(jù)傳輸率提高到20MB/s。SCSI-3：1995年提出，Ultra SCSI（Fast-20）。Ultra 2 SCSI（Fast-40）出現(xiàn)于1997年，最高傳輸速率可達(dá)80MB/s。1998年9月，Ultra 3 SCSI（Utra 160 SCSI）正式發(fā)布，最高數(shù)據(jù)傳輸率為160MB/s。Ultra 320 SCSI的最高數(shù)據(jù)傳輸率已經(jīng)達(dá)到了320MB/s。SCSI接口優(yōu)點(diǎn)： 1.SCSI接

42、口具有應(yīng)用范圍廣泛、強(qiáng)大靈活的連接方式。2.高性能（具有很多任務(wù)、帶寬大、及少CPU占用率、熱插拔等特點(diǎn)）3.具有外置和內(nèi)置兩種 SCSI接口缺點(diǎn)： 價(jià)格昂貴、安裝復(fù)雜、擴(kuò)展性差。 SCSI遷移到FC：由于SCSI的接口方面的各種缺陷，現(xiàn)在是考慮把基于并行SCSI總線的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)全面遷移到FC提供的這個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的時(shí)候了。但是FC協(xié)議只是定義了一套完整的網(wǎng)絡(luò)傳輸體系，并沒有定義諸如SCSI指令集這樣可用于向磁盤存取數(shù)據(jù)的通用語言。而SCSI是一個(gè)高效的磁盤存取數(shù)據(jù)的指令集，F(xiàn)C只需要將SCSI語言結(jié)合在一起，也就是SCSI語言承載于FC傳輸載體上進(jìn)行傳送。在SCSI-3協(xié)議規(guī)范中，將SCS

43、I指令語義部分（OSI上三層）和SCSI底層傳輸部分（OSI下四層）分割開，使得SCSI指令集可以使用其他網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議、方式進(jìn)行傳輸，而不僅僅限于并行SCSI總線了。FC的出現(xiàn)取代了SCSI協(xié)議集的底層傳輸模塊，由FC協(xié)議的底層模塊擔(dān)當(dāng)傳輸通道和手段，將SCSI協(xié)議集的上層內(nèi)容傳送到對(duì)方。可以說是SCSI協(xié)議集租用了FC協(xié)議，將自己的底層傳輸流程外包給了FC協(xié)議來做。FC協(xié)議定義了再FC4層上的針對(duì)SCSI指令集的特定接口，成為FCP，也就是SCSI over FC 。引入FC后：1.提高了擴(kuò)展性:在SCSI時(shí)代，一條SCSI總線網(wǎng)絡(luò)最多可以接入到16個(gè)節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)共享320MB/s帶寬，理

44、論上平均每臺(tái)主機(jī)節(jié)點(diǎn)最多只能得到20MB/s的帶寬，實(shí)際加上各種開銷和隨機(jī)IO的影響，估計(jì)每臺(tái)主機(jī)能獲得的吞吐量會(huì)不足10MB/s 。再加上SCSI線纜最長不能超過25米，用一條寬線纜去連接16臺(tái)主機(jī)和陣列的難度可想而知。而引入FC包交換網(wǎng)絡(luò)之后，首先是速度提升了一大截，其次由于其包交換的架構(gòu)，使用FC交換機(jī)，可以很容易的實(shí)現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)的目的。2.增加了傳輸距離：FC攜帶有現(xiàn)代通信的最新技術(shù)特質(zhì)，比如可以使用光纖，而這就可以使主機(jī)和遠(yuǎn)隔幾百米甚至上千米（使用單模光纜）之外的盤陣相連并讀寫數(shù)據(jù)。3.面向無連接的優(yōu)勢(shì)：并行SCSI總線網(wǎng)屬于面向連接的網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)據(jù)交換環(huán)境中，通信雙方要預(yù)先建立

45、一條物理上的通路（虛電路），不管路徑上有沒有數(shù)據(jù)傳輸，這條通路總是存在，其他節(jié)點(diǎn)的通信不管數(shù)據(jù)多么擁堵都不能使用這條通路。這樣造成使用成本高，資源浪費(fèi)，網(wǎng)絡(luò)缺乏高可用性。而面向無連接技術(shù)的FC交換網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)流被封裝成數(shù)據(jù)包，保障數(shù)據(jù)傳輸和流量控制，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)是共享的，網(wǎng)絡(luò)按照Best Effect盡力而為的方式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡(luò)資源利用率高、通信效率高、成本低等特點(diǎn)。面向無連接的包交換網(wǎng)絡(luò)比面向連接的網(wǎng)絡(luò)有很多優(yōu)勢(shì)。面向無連接的包交換網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)通信的一種趨勢(shì)。4.傳輸方式的優(yōu)勢(shì)：FC網(wǎng)絡(luò)串行傳輸在長距離高速傳輸方面，也必將取代并行傳輸。FC接口速度可以是1Gb、2Gb、4Gb甚至8Gb，并且盤陣

46、前端可以同時(shí)提供多個(gè)主機(jī)接口，所以它們帶寬之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后端連接磁盤的并行SCSI總線提供的速度。（3）iSCSIiSCSI（Internet Small Computer System Interface，互聯(lián)網(wǎng)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口），在這種協(xié)議中，SCSI語言可以在Internet上來傳遞，也就是SCSI語言承載于TCP/IP上進(jìn)行數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。它是由Cisco和IBM兩家發(fā)起的，并且得到了各大存儲(chǔ)廠商的大力支持。iSCSI可以實(shí)現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行SCSI協(xié)議，使其能夠在諸如高速千兆以太網(wǎng)上進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)存取備份操作。iSCSI標(biāo)準(zhǔn)在2003年2月11日由IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）認(rèn)證通

47、過。iSCSI繼承了兩大最傳統(tǒng)技術(shù)：SCSI和TCP/IP協(xié)議。這為iSCSI的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由此可見其擴(kuò)展性是非常高的，只要IP可達(dá)，則兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間就可以通過ISCSI通信。也就是說，國內(nèi)的一臺(tái)主機(jī)，可以通過ISCSI協(xié)議從Internet訪問國外的存儲(chǔ)空間。既然ISCSI協(xié)議是利用TCP/IP協(xié)議來傳輸SCSI語言指令，那么在通信的雙方就一定需要先建立起TCP的鏈接?；趇SCSI的存儲(chǔ)系統(tǒng)只需要不多的投資便可實(shí)現(xiàn)SAN存儲(chǔ)功能，甚至直接利用現(xiàn)有的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于以往的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，它解決了開放性、容量、傳輸速度、兼容性、安全性等問題，其優(yōu)越的性能使其備受始關(guān)注與青睞。 i

48、SCSI的優(yōu)勢(shì)：l 廣泛分布的以太網(wǎng)為iSCSI的部署提供了基礎(chǔ)。l 千兆/萬兆以太網(wǎng)的普及為iSCSI提供了更大的運(yùn)行帶寬。 l 由于基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，完全解決數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程復(fù)制（Data Replication）及災(zāi)難恢復(fù)（Disaster Recover）等傳輸距離上的難題。l 得益于以太網(wǎng)設(shè)備的價(jià)格優(yōu)勢(shì)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的開放性和便利的管理性，設(shè)備擴(kuò)充和應(yīng)用調(diào)整的成本付出小。4.了解了相關(guān)協(xié)議之后，回到之前的問題，什么是IP SAN，什么是FC SAN呢？IP SAN和FC SAN是SAN的兩種結(jié)構(gòu)FC SAN優(yōu)點(diǎn)：傳輸帶寬高，目前有1,2,4和8Gb/s四種標(biāo)準(zhǔn)，主流的是4和8Gb/s

49、，性能穩(wěn)定可靠，技術(shù)成熟，是關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域和大規(guī)模存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的不二選擇。缺點(diǎn)：成本極其高昂，需要光纖交換機(jī)和大量的光纖布線；維護(hù)及配置復(fù)雜，需要培訓(xùn)完全不同于LAN管理員的專業(yè)FC網(wǎng)絡(luò)管理員。IP SAN由于FC SAN的高成本使得很多中小規(guī)模存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)不能接受，一些人開始考慮構(gòu)建基于以太網(wǎng)技術(shù)的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。但是在SAN中，傳輸?shù)闹噶钍?SCSI的讀寫指令，不是IP數(shù)據(jù)包。iSCSI（互聯(lián)網(wǎng)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）是一種在TCP/IP上進(jìn)行數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。它是由Cisco和IBM兩家發(fā)起的，并且得到了各大存儲(chǔ)廠商的大力支持。iSCSI可以實(shí)現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行SCSI協(xié)議，使其能夠在諸如高速千兆以太網(wǎng)上進(jìn)

50、行快速的數(shù)據(jù)存取備份操作。為了與之前基于光纖技術(shù)的FC SAN區(qū)分開來，這種技術(shù)被稱為IP SAN。iSCSI繼承了兩大最傳統(tǒng)技術(shù)：SCSI和TCP/IP協(xié)議。這為iSCSI的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 基于iSCSI的存儲(chǔ)系統(tǒng)只需要不多的投資便可實(shí)現(xiàn)SAN存儲(chǔ)功能，甚至直接利用現(xiàn)有的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于以往的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，它解決了開放性、容量、傳輸速度、兼容性、安全性等問題，其優(yōu)越的性能使其備受關(guān)注與青睞。 在實(shí)際工作時(shí)，是將SCSI命令和數(shù)據(jù)封裝到TCP/IP包中，然后通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。IPSAN 優(yōu)勢(shì)：成本低廉，購買的網(wǎng)線和交換機(jī)都是用以太網(wǎng)，甚至可以利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)組建SAN

51、；部署簡單，管理難度低；萬兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)使得IP SAN在與FC SAN競爭時(shí)不再遜色于傳輸帶寬；基于IP網(wǎng)絡(luò)的天生優(yōu)勢(shì)使得IP SAN很容易實(shí)現(xiàn)異地存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程容災(zāi)等穿越WAN才能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。5.SAN和NAS：SAN和NAS經(jīng)常被視為兩種競爭技術(shù)，實(shí)際上，二者能夠很好地相互補(bǔ)充，以提供對(duì)不同類型數(shù)據(jù)的訪問。SAN針對(duì)海量、面向數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)傳輸，而NAS則提供文件級(jí)的數(shù)據(jù)訪問和共享服務(wù)。l SAN和NAS的區(qū)別 通俗上理解，SAN是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的磁盤，NAS是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的文件系統(tǒng)。根據(jù)SAN的定義，即“存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)”，SAN其實(shí)只是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，但是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包含著各種這樣的元素，主機(jī)、適配器、網(wǎng)絡(luò)

52、交換機(jī)、磁盤陣列前端、盤陣后端、磁盤等。應(yīng)該說，SAN是一個(gè)最大的涵蓋，它涵蓋了一起后端存儲(chǔ)相關(guān)的內(nèi)容。所以從這個(gè)角度來看，SAN包含了NAS，因?yàn)镹AS的意思是“網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)”，是一種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式，這樣NAS沒有理由不屬于SAN的范疇。l SAN和NAS的定位SAN工作方式圖NAS工作方式圖如上圖所示，NAS架構(gòu)的路徑在虛擬目錄層和文件系統(tǒng)層通信的時(shí)候，用以太網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP協(xié)議代替了內(nèi)存，這樣做不但增加了大量的CPU指令周期（TCP/IP邏輯和以太網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序），而且使用了低速傳輸介質(zhì)（內(nèi)存速度要比以太網(wǎng)快得多）。而SAN方式下，路徑中比NAS方式多了一次FC訪問過程，但是FC的邏輯大部

53、分都由適配卡上的硬件完成，增加不了多少CPU開銷，而且FC訪問的速度比以太網(wǎng)高。所以很容易得出結(jié)論。如果后端磁盤沒有瓶頸，那么除非NAS使用快于內(nèi)存的網(wǎng)絡(luò)方式與主機(jī)通信，否則其速度永遠(yuǎn)無法超越SAN架構(gòu)。但是如果后端磁盤有瓶頸，那么NAS用網(wǎng)絡(luò)代替內(nèi)存的方法產(chǎn)生的性能降低就可以忽略。比如，在大量隨機(jī)小塊IO、緩存命中率低的環(huán)境下，后端磁盤系統(tǒng)尋道瓶頸達(dá)到最大，此時(shí)前端的IO指令都會(huì)處于等待狀態(tài)，所以就算路徑前端速度再快，也無濟(jì)于事。此時(shí)，NAS系統(tǒng)不但不比SAN慢，而且由于其優(yōu)化的并發(fā)IO設(shè)計(jì)和基于文件訪問而不是簇塊訪問的特性，反而可能比SAN性能高。NAS對(duì)于大塊順序IO密集的環(huán)境，要比SA

54、N慢很多，所以在IO密集的環(huán)境中首選使用SAN。此外，如果是高并發(fā)隨機(jī)小塊IO環(huán)境或者共享訪問文件的環(huán)境，NAS會(huì)表現(xiàn)出很強(qiáng)的相對(duì)性能。如果SAN主機(jī)上的文件系統(tǒng)碎片比較多，那么讀寫某個(gè)文件時(shí)便會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)小塊IO，而NAS自身文件系統(tǒng)會(huì)有很多優(yōu)化設(shè)計(jì)，碎片相對(duì)少。CPU密集的應(yīng)用可以考慮使用NAS。SAN與NAS各有各的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，需要根據(jù)不同的環(huán)境和需求來綜合考慮。l SAN和NAS的結(jié)合盡管這兩種技術(shù)類似，但嚴(yán)格意義上講NAS其實(shí)只是一種文件服務(wù)。NAS和SAN不僅各有應(yīng)用場(chǎng)合，也相互結(jié)合，許多SAN部署于NAS后臺(tái)，為NAS設(shè)備提供高性能海量存儲(chǔ)空間。NAS和SAN結(jié)合中出現(xiàn)了NAS網(wǎng)關(guān)

55、這個(gè)部件。NAS網(wǎng)關(guān)主要由專為提供文件服務(wù)而優(yōu)化的操作系統(tǒng)和相關(guān)硬件組成，可以看作是一個(gè)專門的文件管理器。NAS網(wǎng)關(guān)連接到后端上的SAN上，使的SAN的大容量存儲(chǔ)空間可以為NAS所用。因此，NAS網(wǎng)關(guān)后面的存儲(chǔ)空間可以根據(jù)環(huán)境的需求擴(kuò)展到非常大的容量。 “NAS網(wǎng)關(guān)”方案主要是在NAS一端增加了可與SAN相連的“接口”，系統(tǒng)對(duì)外只有一個(gè)用戶接口。NAS網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)雖然在一定程度上解決了NAS與SAN系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備級(jí)的共享問題，但在文件級(jí)的共享問題上卻與傳統(tǒng)的NAS系統(tǒng)遇到了同樣的可擴(kuò)展性問題。當(dāng)一個(gè)文件系統(tǒng)負(fù)載很大時(shí)，NAS網(wǎng)關(guān)很可能成為系統(tǒng)的瓶頸。l IP SAN和NAS的定位雖然iSCSI與N

56、AS都是利用TCP/IP加以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)的。但是二者所傳輸?shù)恼Z言是大相徑庭的。NAS傳輸?shù)氖俏募到y(tǒng)語言，而iSCSI傳輸?shù)氖荢CSI指令語言。NAS設(shè)備上必須運(yùn)行一種或者多種文件系統(tǒng)邏輯，才能成為NAS；而iSCSI Target設(shè)備上不需要運(yùn)行任何文件系統(tǒng)邏輯（盤陣自身操作系統(tǒng)文件管理除外。）在相同的條件下，iSCSI與NAS在速度與性能方面相差不大。6.三種存儲(chǔ)類型SAN是塊存儲(chǔ)，而NAS是文件存儲(chǔ)（1）塊存儲(chǔ)典型設(shè)備：磁盤陣列，硬盤塊存儲(chǔ)主要是將裸磁盤空間整個(gè)映射給主機(jī)使用的，就是說例如磁盤陣列里面有5塊硬盤（為方便說明，假設(shè)每個(gè)硬盤1G），然后可以通過劃邏輯盤、做Raid、或者LVM（

57、邏輯卷）等種種方式邏輯劃分出N個(gè)邏輯的硬盤。（假設(shè)劃分完的邏輯盤也是5個(gè)，每個(gè)也是1G，但是這5個(gè)1G的邏輯盤已經(jīng)于原來的5個(gè)物理硬盤意義完全不同了。例如第一個(gè)邏輯硬盤A里面，可能第一個(gè)200M是來自物理硬盤1，第二個(gè)200M是來自物理硬盤2，所以邏輯硬盤A是由多個(gè)物理硬盤邏輯虛構(gòu)出來的硬盤。）接著塊存儲(chǔ)會(huì)采用映射的方式將這幾個(gè)邏輯盤映射給主機(jī)，主機(jī)上面的操作系統(tǒng)會(huì)識(shí)別到有5塊硬盤，但是操作系統(tǒng)是區(qū)分不出到底是邏輯還是物理的，它一概就認(rèn)為只是5塊裸的物理硬盤而已，跟直接拿一塊物理硬盤掛載到操作系統(tǒng)沒有區(qū)別的，至少操作系統(tǒng)感知上沒有區(qū)別。此種方式下，操作系統(tǒng)還需要對(duì)掛載的裸硬盤進(jìn)行分區(qū)、格式化后，才能使用，與平常主機(jī)內(nèi)置硬盤的方式完全無異。優(yōu)點(diǎn)：1、 這種方式的好處當(dāng)然是因?yàn)橥ㄟ^了Raid與LVM等手段，對(duì)數(shù)據(jù)提供了保護(hù)。2、 另外也可以將多塊廉價(jià)的硬盤組合起來，成為一個(gè)大容量的邏輯盤對(duì)外提供服務(wù)，提高了容量。3、 寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候，由于是多塊磁盤組合出來的邏輯盤，所以幾塊磁盤可以并行寫入的，提升了讀寫效率。4、 很多時(shí)候塊存儲(chǔ)采用SAN架構(gòu)組網(wǎng)，傳輸速率以及封裝協(xié)議的原因，