HC1109102_HCNA-StorageV2_BSSN_第二章存儲與應(yīng)用環(huán)境

1、Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 0修訂記錄課程編碼課程編碼適用產(chǎn)品適用產(chǎn)品產(chǎn)品版本產(chǎn)品版本課程版本課程版本ISSUEHC1109102V2.0開發(fā)開發(fā)/優(yōu)化者優(yōu)化者時間時間審核人審核人開發(fā)類型（新開發(fā)開發(fā)類型（新開發(fā)/優(yōu)化）優(yōu)化）翟柏清2013.07新開發(fā)本頁不打印Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. HC1109102 存儲與應(yīng)用環(huán)境Copyright 2013 Huawei Technol

2、ogies Co., Ltd. All rights reserved. Page 2l學(xué)習(xí)完本課程后，您將能夠：p了解存儲的應(yīng)用環(huán)境p了解機(jī)械硬盤以及SSD硬盤結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)原理p了解主機(jī)應(yīng)用環(huán)境目標(biāo)Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 3目錄1.存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹2.存儲介質(zhì)3.主機(jī)與應(yīng)用Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 4主機(jī)的內(nèi)部應(yīng)用環(huán)境l主機(jī)內(nèi)部I/O流程各個環(huán)

3、節(jié)共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)存儲的內(nèi)部應(yīng)用環(huán)境。文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動設(shè)備驅(qū)動存儲設(shè)備存儲設(shè)備上層業(yè)務(wù)應(yīng)用上層業(yè)務(wù)應(yīng)用操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)I/O請求調(diào)用接口地址映射SCSI指令Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 5傳統(tǒng)內(nèi)置存儲遇到的問題l硬盤成為整個系統(tǒng)的性能瓶頸p有限的硬盤槽位，難滿足大容量需求p單個硬盤存放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可靠性難以保證l存儲空間利用率低p本地存儲，數(shù)據(jù)分散，難以共享l可擴(kuò)展性不夠p總線結(jié)構(gòu)，而非網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)p可連接的設(shè)備受到限制增加容量時，需停機(jī)傳統(tǒng)內(nèi)置存儲接口接口接口處理器硬盤內(nèi)存硬盤Co

4、pyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 6網(wǎng)絡(luò)存儲應(yīng)用環(huán)境l網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)各層構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，決定了數(shù)據(jù)存儲的可靠性、性能和安全性。主機(jī)、服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接存儲設(shè)備網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 7目錄1.存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹2.存儲介質(zhì)存儲介質(zhì)2.1 機(jī)械硬盤機(jī)械硬盤2.2 SSD硬盤3.主機(jī)與應(yīng)用Copyright 2013 Huawei Technologies Co.

5、, Ltd. All rights reserved. Page 8機(jī)械硬盤的結(jié)構(gòu)盤片主軸接口磁頭組件控制電路磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 9機(jī)械硬盤的磁頭技術(shù)機(jī)械部分機(jī)械部分電子部分電子部分盤片主軸驅(qū)動磁頭盤片磁性材料電纜線圈S N 被磁化的粒子Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 10盤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)盤片主軸Copyright 20

6、13 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 11盤片的邏輯結(jié)構(gòu)l磁道 Trackl柱面 Cylinderl扇區(qū) Sectorl磁頭 Head0號磁頭1號磁頭2號磁頭3號磁頭4號磁頭5號磁頭0號磁道1號磁道0號柱面1號柱面Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 12硬盤主要參數(shù)l硬盤容量（Volume）l轉(zhuǎn)速（Rotational speed）l緩存（Cache） 硬盤容量轉(zhuǎn)速Copyright 2013 Huawei T

7、echnologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 13平均訪問時間l平均訪問時間由以下兩項構(gòu)成：p平均尋道時間（Average Seek Time）p平均等待時間（Average Latency Time） 尋道時間DiscTracksSeek等待時間Data BlockLatencyCopyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 14數(shù)據(jù)傳輸率l數(shù)據(jù)傳輸率（Data Transfer Rate）l內(nèi)部傳輸率(Internal Transfer Rate)

8、l外部傳輸率(External Transfer Rate)DiscTracksSeekInternal Internal External External 硬盤硬盤Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 15IOPS和ThroughputlIOPSpIOPS (Input/Output Per Second)即每秒的輸入輸出量(或讀寫次數(shù))，是衡量磁盤性能的主要指標(biāo)之一。lThroughputpThroughput吞吐量,指單位時間內(nèi)可以成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)量。對于大量順序讀寫的應(yīng)用，如電視臺

9、的視頻編輯，視頻點播VOD(Video On Demand)，則更關(guān)注吞吐量指標(biāo)。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 16硬盤常用接口ATA接口lATA( Advanced Technology Attachment ) 高級技術(shù)附加裝置pATA硬盤也經(jīng)常稱為IDE IntegratedDriveElectronics 硬盤pATA接口為并行ATA技術(shù)Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page

10、 17硬盤常用接口 SCSI接口lSCSI (Small Computer System Interface ) 小型計算機(jī)系統(tǒng)接口。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 18硬盤常用接口 SATA接口l SATA：Serial ATA (Serial ATA) 串行ATApSATA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（SATA ）300MBps接口硬盤已經(jīng)形成商用，規(guī)劃內(nèi)的最高速率可達(dá)600MBpspSATA硬盤采用點對點連接方式，支持熱插拔，

11、即插即用Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 19硬盤SAS接口lSAS(Serial Attached SCSI) 串行連接SCSI pSAS是一種點對點、全雙工、雙端口的接口pSAS專為滿足高性能企業(yè)需求而設(shè)計，實現(xiàn)與SATA的互操作，為企業(yè)用戶帶來前所未有的靈活性和低成本p速率每路600MpSAS具有高性能、高可靠性、強(qiáng)大的擴(kuò)展性能Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 20lFC硬盤

12、采用FC-AL( Fiber Channel Arbitrated Loop）光纖通道仲裁環(huán)pFC-AL是一種雙端口的串行存儲接口pFC-AL支持全雙工工作方式pFC-AL利用類似SATA/SAS所用的4芯連接，提供一種單環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個控制器能訪問126個硬盤硬盤常用接口 FC接口Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 21硬盤常用接口 NL SASlNL SAS 采用SAS接口、SATA 盤體，也叫近線SAS。類別類別時效性時效性容量容量性能性能訪問速度訪問速度成本成本在線即時服務(wù)小高快高

13、近線非即時的較大低較快低離線大低慢低Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 22SAS、NL-SAS與SATA的應(yīng)用比較SASNL-NASSATA優(yōu)勢高可能性高性能原生支持SCSI支持雙端訪問高級容錯技術(shù)原生支持SCSI支持雙端訪問高級容錯技術(shù)大容量低功耗大容量低功耗推薦場景業(yè)務(wù)量大訪問頻率較高以小數(shù)據(jù)塊居多數(shù)據(jù)較為離散的高/中端用戶更適合大數(shù)據(jù)塊業(yè)務(wù)壓力不大的用戶使用適合大數(shù)據(jù)塊業(yè)務(wù)壓力不大的用戶使用Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. A

14、ll rights reserved. Page 23目錄1.存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹2.存儲介質(zhì)存儲介質(zhì)2.1 機(jī)械硬盤2.2 SSD硬盤硬盤3.主機(jī)與應(yīng)用Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 24SSD簡介SSD硬件結(jié)構(gòu)原理l無高速旋轉(zhuǎn)部件，性能高，功耗低l多通道并發(fā)，通道內(nèi)Flash顆粒復(fù)用時序l支持TCQ/NCQ，一次響應(yīng)多個IO請求l典型響應(yīng)時間低于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Copyright 2013 Huawei T

15、echnologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 25SSD性能優(yōu)勢l響應(yīng)時間短p機(jī)械硬盤的機(jī)械特性導(dǎo)致大部分時間浪費(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。l讀寫效率高p機(jī)械硬盤在進(jìn)行隨機(jī)讀寫操作時，磁頭不停地移動，導(dǎo)致讀寫效率低下，而SSD通過內(nèi)部控制器計算出數(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VSIP/FC SAN傳統(tǒng)HDD存儲系統(tǒng)SSD存儲系統(tǒng)尋道時間I/OI/O機(jī)械延遲時間Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Pa

16、ge 26SSD功耗優(yōu)勢2塊250塊20004000SSDFC HDD約400倍100K 讀讀IOPS功耗對比功耗對比熱圖對比熱圖對比功耗(W)SSD硬盤機(jī)械硬盤Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 27SSD的環(huán)境適應(yīng)優(yōu)勢lSSD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，以華為SSD硬盤為例：pHSSD可承受振動加速度16.4G，機(jī)械硬盤一般為0.5G以下pHSSD抗沖擊1500G，機(jī)械硬盤一般為70G左右lHSSD使用專用設(shè)備做過如下測試：p靜壓試驗、跌落試驗、隨機(jī)振動試驗、沖

17、擊試驗、碰撞試驗Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 28SSD在存儲中的應(yīng)用訪問頻率 數(shù)據(jù)分布ACBSSD介質(zhì) FC/SAS磁盤 SATA/NL-SAS/磁帶 lA級應(yīng)用：以高并發(fā)隨機(jī)讀寫為主，如數(shù)據(jù)庫應(yīng)用；lB級應(yīng)用：順序讀寫的大容量文件、圖片、流媒體等；lC級應(yīng)用：已備份數(shù)據(jù)為主，或極少使用的數(shù)據(jù)。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 29目錄1.存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹2.存儲介質(zhì)3.主

18、機(jī)與應(yīng)用主機(jī)與應(yīng)用3.1 主機(jī)硬件系統(tǒng)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Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 30主機(jī)核心組件CPUCPU存儲設(shè)備存儲設(shè)備I/OI/O設(shè)備設(shè)備Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 31CPU的組成lCPU由運(yùn)算器、控制器和寄存器及實現(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)信號控制信號Copyrig

19、ht 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 32CPU的指令集lCICS指令集pIntel X86架構(gòu)的CPUlRISC指令集pPowerPC處理器、SPARC處理器lEPIC指令集pIntel的安騰Itanium CPUCopyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 33CPU的指令集lCICS指令集pIntel X86架構(gòu)的CPUlRISC指令集pPowerPC處理器、SPARC處理器lEPIC指令集pIntel的

20、安騰Itanium CPUCopyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 34內(nèi)存分類Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 35存儲設(shè)備硬盤磁帶光盤硬盤：硬盤：是電腦主要的存儲媒介之一，由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成磁帶：磁帶：是一種用于記錄聲音、圖像、數(shù)字或其他信號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：光盤：光盤以光信息做為存儲物的載體軟盤軟盤：軟盤的讀寫通過軟盤

21、驅(qū)動器完成Flash存儲：存儲：一種不揮發(fā)的內(nèi)存器件軟盤Flash存儲Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 36I/O設(shè)備l用戶主機(jī)l主機(jī)主機(jī)l主機(jī)外存Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 37什么是總線?l計算機(jī)總線是計算機(jī)內(nèi)部各個組件之間，或者在不同的計算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓餐贰PU緩存緩存內(nèi)存內(nèi)存南橋I/O控制器控制器網(wǎng)絡(luò)適配器網(wǎng)絡(luò)適配器存儲存儲網(wǎng)絡(luò)存儲網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)總線主機(jī)總

22、線I/O總線北橋Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 38什么是PCI-E總線?l 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。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 39PCI-E的優(yōu)勢熱挺拔熱交換雙通道高速率兼容PCI多點虛擬通道點對點獨(dú)享帶寬優(yōu)勢Copy

23、right 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 40目錄1.存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹2.存儲介質(zhì)3.主機(jī)與應(yīng)用主機(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)主機(jī)軟件系統(tǒng)3.3 主機(jī)管理Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 41邏輯卷管理器l邏輯卷管理器（Logical Volume Manage,LVM）p邏輯卷（Logical Volume）p卷組（Volume Group）p物理卷（Physical Vo

24、lume）LVLVPVPVPVVGCopyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 42文件系統(tǒng)l文件系統(tǒng)：是指把文件存儲于硬盤時所必須的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及硬盤數(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)Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 43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方法Copyright 2013 Huawei Technologies Co., L

25、td. All rights reserved. Page 44操作系統(tǒng)的主要功能l進(jìn)程管理（Processing management）l內(nèi)存管理（Memory management）l網(wǎng)絡(luò)通訊（Networking）l安全機(jī)制（Security）l用戶界面（User interface）l驅(qū)動程序（Device drivers）Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 45主機(jī)存儲應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用接口硬盤文件系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動FC網(wǎng)卡FC驅(qū)動網(wǎng)卡驅(qū)動存儲設(shè)備主機(jī)主機(jī)Copyright 2013 Hua

26、wei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 46目錄1.存儲的應(yīng)用環(huán)境介紹2.存儲介質(zhì)3.主機(jī)與應(yīng)用主機(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)管理Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 47IPMIlIPMI是智能型平臺管理接口（Intelligent Platform Management Interface）的縮寫，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I

27、ntel、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IPMI 2.0的規(guī)格Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 48IPMI的工作原理lIPMI的核心是一個專用芯片/控制器(叫做服務(wù)器處理器或基板管理控制器(BMC)，其并不依賴于服務(wù)器的處理器、BIOS或操作系統(tǒng)來工作，是一個單獨(dú)在系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行的無代理管理子系統(tǒng)。CPU內(nèi)存BMC主板Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. Al

28、l rights reserved. Page 49BMC IP查看Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 50登錄BMC配置界面Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 51虛擬媒體l虛擬媒體功能將客戶端的物理光驅(qū)或是ISO文件虛擬成服務(wù)器的內(nèi)置光驅(qū)來使用。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Pag

29、e 52服務(wù)器系統(tǒng)啟動選項l系統(tǒng)第一啟動設(shè)備選項信息，包括：硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)/可拔插移動設(shè)備、PXE(Pre-boot Execution Environment)及未配置。該設(shè)置為一次生效，系統(tǒng)在下次啟動后該設(shè)置將失效。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 53管理網(wǎng)口配置Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 54遠(yuǎn)程控制服務(wù)器上下電Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 55思考題1.硬