網(wǎng)絡存儲1-概述

1、網(wǎng)絡存儲網(wǎng)絡存儲北京郵電大學計算機學院體系結構中心姚文斌yaowenbin_2022-5-141教學目的教學目的l掌握網(wǎng)絡存儲技術基本原理；l為網(wǎng)絡存儲技術研究奠定基礎；l計算機專業(yè)同學開辟新的天地。2022-5-142教學參考書教學參考書l信息存儲與管理人民郵電出版社 2010年1月l趙文輝等編著 網(wǎng)絡存儲技術清華大學出版社 2005年l存儲網(wǎng)絡行業(yè)協(xié)會2022-5-143主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一章網(wǎng)絡存儲概述第二章RAID與智能管理第三章DAS與NAS第四章SAN第五章虛擬化技術第六章業(yè)務連續(xù)性與備份第七章本地復制與遠程復制第八章安全與管理2022-5-14

2、4信息爆炸的時代信息爆炸的時代l“智慧永恒不變的特點就是在平凡中發(fā)現(xiàn)奇跡”l無數(shù)平凡的奇跡正充盈在我們身邊，我們無法忽視它們的存在ll一個共同的特點：都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)l我們生活在一個信息時代，一個信息爆炸的時代2022-5-145信息的良性循環(huán)信息的良性循環(huán)2022-5-146信息爆炸？信息爆炸？l現(xiàn)代科學技術發(fā)展的速度越來越快，新的科技知識和信息量迅猛增加。l英國學者詹姆斯馬丁統(tǒng)計，人類知識的倍增周期，在19世紀為50年；20世紀前半葉為10年左右；到了70年代，縮短為5年；80年代末為3年；現(xiàn)在1.5年。l全世界每天發(fā)表的論文達13,00014,000篇，每年登記的新專利達70萬項，每年

3、出版的圖書達50多萬種。新理論、新材料、新工藝、新方法的不斷出現(xiàn)，使知識老化的速度加快。2022-5-147信息爆炸！信息爆炸！l全球印刷信息的生產(chǎn)量每5年翻一番，紐約時報一周的信息量即相當于17世紀學者畢生所能接觸到的信息量的總和。近30年來，人類生產(chǎn)的信息已超過過去5000年信息生產(chǎn)的總和。l據(jù)統(tǒng)計，一個人所掌握的知識半衰期：l18世紀為8090年；l1920世紀為30年；l本世紀60年代為15年；l進入80年代，縮短為5年左右。l我們現(xiàn)在一年積累的數(shù)字信息相當于古往今來所有書籍所容納信息的數(shù)百萬倍！2022-5-148信息爆炸！信息爆炸！lIDC預計，到2020年數(shù)字宇宙規(guī)模將超出預期，

4、達到40 ZB（ZB-EB-PB-TB-GB-MB-KB=270）l如果地球上所有海灘上的沙粒有700,500,000,000, 000,000,000(即七萬零五億億)顆。40ZB相當于地球上所有海灘上的沙粒數(shù)量的57倍l如果把40 ZB的數(shù)據(jù)全部存入現(xiàn)有的藍光光盤，這些光盤的重量(不帶盒子或包裝)相當于424艘尼米茲號航母l2020年，40ZB相當于地球上人均5,247GB的數(shù)據(jù)2022-5-149信息爆炸信息爆炸-原因原因l現(xiàn)代科學技術發(fā)展的速度越來越快，新的科技知識和信息量迅猛增加（開放）l信息系統(tǒng)問題l機器生成數(shù)據(jù)量的增長/數(shù)據(jù)保護周期增長lIDC預測，到2020年存儲在云中的46.

5、7%的數(shù)據(jù)將涉及娛樂，而不是企業(yè)數(shù)據(jù)，其余為監(jiān)控數(shù)據(jù)，嵌入式以及醫(yī)療數(shù)據(jù)，還有電腦、手機和消費電子產(chǎn)品產(chǎn)生的數(shù)據(jù)l信息的多樣化表示l例如表示方法的多樣性，語言/存儲類型等l信息缺乏管理或管理不善，信息的發(fā)布、傳播失去控制，產(chǎn)生了大量虛假信息、無用信息，造成信息環(huán)境的污染和“信息垃圾”的產(chǎn)生2022-5-1410信息爆炸的挑戰(zhàn)信息爆炸的挑戰(zhàn)l為了挖掘信息的巨大潛能，必須把它們有效地、聰明地存儲、保護和管理起來，使之能被訪問、搜索、共享，并最終發(fā)揮效用。lGoogle/百度（信息迷失）lIDC數(shù)字宇宙報告大數(shù)據(jù)，更大的數(shù)字身影，最大增長在遠東。該報告顯示，盡管個人和機器每天產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，使數(shù)字宇宙

6、前所未有地不斷膨脹，但僅有0.4%的全球數(shù)據(jù)得到了分析l信息存儲和管理不能僅靠買更大更好的“箱子”l除了預算的考慮，還必須考慮能耗、安裝、管理及維護等諸多方面l西歐對數(shù)字宇宙的管理投入最多，每GB的投資額為2.49美元。美國排名第二，每GB投入 1.77美元，中國排名第三，每GB 1.31美元，然后是印度，每GB 0.87美元2022-5-1411信息存儲與管理簡介信息存儲與管理簡介2022-5-1412數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)和信息l數(shù)據(jù)：原始事實的集合，從中可以得出一些結論l在計算機發(fā)明之前，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和共享僅限于很少的形式，比如紙和膠卷。l今天，相同的數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成很多便利的格式。l信息，從數(shù)據(jù)中

7、提取出來的智慧和知識2022-5-1413數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型l結構化數(shù)據(jù)l按照行和列這種嚴格的格式組織，適于高效檢索和處理l非結構化數(shù)據(jù)l不是按照行、列來組織，形式多樣，檢索困難，數(shù)量巨大2022-5-1414促進數(shù)據(jù)增長的因素促進數(shù)據(jù)增長的因素l數(shù)據(jù)處理能力的提升l數(shù)據(jù)獲取l數(shù)字處理的低成本l數(shù)據(jù)存儲l可負擔的和更快的通訊技術l數(shù)據(jù)共享2022-5-1415數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與共享數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與共享l隨著數(shù)據(jù)獲取設備數(shù)量的增長和數(shù)據(jù)的廣泛應用，越來越多的信息由個人產(chǎn)生，超過了商業(yè)信息的產(chǎn)生量。l信息被他人共享時，信息就會增值。l信息產(chǎn)生時，通常存儲于本地。l信息共享時，通過網(wǎng)絡上傳到數(shù)據(jù)中心。l大量信息

8、由個人產(chǎn)生，信息存儲和管理只由少數(shù)組織負責l商業(yè)信息依賴于快速、可靠的信息訪問，這對業(yè)務的成功十分重要。l信息對業(yè)務的日益增長的重要性大大增加了對數(shù)據(jù)管理和保護的挑戰(zhàn)。2022-5-1416存儲存儲l存儲設備：保存數(shù)據(jù)和信息的設備l存儲目的：數(shù)據(jù)的再利用l存儲分類：l個人存儲l企業(yè)存儲2022-5-1417存儲技術與架構的發(fā)展存儲技術與架構的發(fā)展l早期，存儲設備大多在服務器內(nèi)部l開放系統(tǒng)的發(fā)展及其提供的部署的簡單性和易用性使得各個部門都可以擁有自己的服務器和存儲設備。l但是，分散的存儲導致了信息的難于管理、不易保存，產(chǎn)生信息孤島和操作開銷。l從非智能存儲到智能網(wǎng)絡存儲l冗余磁盤陣列RAIDl直

9、連存儲DASl存儲局域網(wǎng)絡SANl網(wǎng)絡互連存儲NASlIP存儲局域網(wǎng)IPSAN2022-5-14182022-5-1419數(shù)據(jù)中心基礎設施數(shù)據(jù)中心基礎設施l計算機l存儲系統(tǒng)l網(wǎng)絡設備l電源l環(huán)境控制設備l空調(diào)l消防2022-5-1420數(shù)據(jù)中心核心部件數(shù)據(jù)中心核心部件l應用l數(shù)據(jù)庫l服務器和操作系統(tǒng)l網(wǎng)絡l存儲2022-5-1421數(shù)據(jù)中心部件的關鍵需求數(shù)據(jù)中心部件的關鍵需求lDC操作的不可中斷性對業(yè)務生存和成功至關重要，必須保證存儲基礎設施的隨時可訪問。l可用性l安全性l可擴展性l性能l數(shù)據(jù)完整性l容量l可管理性2022-5-1422管理存儲基礎設施管理存儲基礎設施l關鍵的管理任務l監(jiān)控l報

10、告l供應2022-5-1423信息管理的關鍵挑戰(zhàn)信息管理的關鍵挑戰(zhàn)l數(shù)據(jù)量的爆炸性增長l對信息依賴的上升l信息價值的改變l隨著時間的變化，數(shù)據(jù)的重要性和關鍵性都會改變。大部分產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都只在短時間內(nèi)有重要性，時間一長就不那么重要了。2022-5-1424信息生命周期信息生命周期lInformation lifecycle：指隨著時間變化而發(fā)生的“信息價值的改變”。l掌握信息生命周期對于部署合適的存儲基礎設施十分有幫助。訂單處理實例2022-5-1425信息生命周期管理信息生命周期管理lILM，是一種主動的策略，允許一個IT組織根據(jù)預先定義的策略來高效地管理數(shù)據(jù)的整個生命周期，通過優(yōu)化存儲基礎設

11、施來實現(xiàn)最大的投資回報。lILM的特征l以業(yè)務為中心l集中式管理l基于策略l異構的l優(yōu)化的v ILM的優(yōu)點v 更高的資源利用率v 簡化的管理v 更廣泛的選擇v 維護約定v 更低的總擁有成本（TCO） 分層存儲2022-5-1426本講小結本講小結l闡述了數(shù)據(jù)、信息、存儲基礎設施的重要性l介紹了數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)的價值、存儲系統(tǒng)的管理l介紹并強調(diào)了ILM的重要性l介紹了存儲架構的發(fā)展和數(shù)據(jù)中心的核心部件2022-5-1427存儲系統(tǒng)環(huán)境存儲系統(tǒng)環(huán)境2022-5-1428網(wǎng)絡流量分析網(wǎng)絡流量分析2022-5-1429存儲系統(tǒng)環(huán)境存儲系統(tǒng)環(huán)境l存儲設備是數(shù)據(jù)中心的核心部件之一，作為一種獨特的資源，需要考

12、慮如何對它進行專門的實現(xiàn)和管理。數(shù)據(jù)流從應用程序到存儲設備，中間所經(jīng)過的各個部件統(tǒng)稱為“存儲系統(tǒng)環(huán)境。l主要有三個組成部分：l主機、連接、存儲設備。2022-5-1430存儲系統(tǒng)環(huán)境存儲系統(tǒng)環(huán)境l存儲系統(tǒng)環(huán)境組成l磁盤驅(qū)動部件l磁盤驅(qū)動器的性能l主機的邏輯部件l應用程序的需求和磁盤的性能2022-5-1431主機主機l用戶通過應用程序來存儲、檢索數(shù)據(jù)。運行這些應用程序的計算機被稱作“主機”。主機的類型很廣泛，可以是簡單的筆記本電腦，也可以是復雜的服務器集群。l一臺主機包括一組使用邏輯部件（軟件、協(xié)議）進行相互通信的物理部件（硬件設備）。l存儲系統(tǒng)環(huán)境的數(shù)據(jù)訪問及其總體性能取決于主機的物理和邏輯

13、部件。2022-5-1432主機主機l物理部件l中央處理器單元(CPU)；l存儲設備，如內(nèi)存和磁盤；l輸入輸出(I/O)設備。物理部件之間的通信是通過總線(bus)通道進行?？偩€將CPU和其他部件，如存儲設備和I/O設備連接起來。2022-5-1433主機主機lCPU包含4個主要部件l算術邏輯單元（Arithmetic Logic Unit,ALU） CPU的基本組成部分。用來執(zhí)行算術和邏輯運算，如加、減、布爾運算。l控制單元（Control Unit): 一塊數(shù)字電路，用來控制CPU的操作，并對CPU的功能進行協(xié)調(diào)。l寄存器(Register):一組高速存儲單元，存儲CPU執(zhí)行指令所需要的中

14、間數(shù)據(jù)。因為它們離ALU很近，所以能提供快速訪問。典型的CPU都有少量的寄存器。l一級高速緩存（L1 Cache): 在現(xiàn)代CPU中，L1 Cache 用來存放最有可能被CPU訪問的數(shù)據(jù)和程序指令。比起寄存器它的速度要慢一些，但有更多的存儲空間。2022-5-1434主機主機l存儲設備內(nèi)存和外存用來暫時性或永久性地存儲數(shù)據(jù)。內(nèi)存模塊是由半導體芯片制成的，而外存設備則是由磁性或光學介質(zhì)制成。從內(nèi)存模塊存取數(shù)據(jù)要比從外存的速度更快。2022-5-1435主機主機l主機上有兩種類型的內(nèi)存l隨機存取存儲器（RAM ):允許從內(nèi)存的任何位置直接訪問數(shù)據(jù)，可以往內(nèi)存寫數(shù)據(jù)也可以從它里面讀數(shù)據(jù)。RAM具有易

15、失性，需要持久供電來維持內(nèi)存單元的內(nèi)容。當系統(tǒng)電源掉電時，數(shù)據(jù)即被擦除。l只讀存儲器(ROM):具有非易失性，但只允許讀數(shù)據(jù)操作。ROM用于保存運行內(nèi)部例程所需的數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)啟動程序。2022-5-1436主機主機l外存設備比半導體內(nèi)存的造價要便宜很多l(xiāng)硬盤（磁性介質(zhì)）；lCD/DVD-ROM（光學介質(zhì)）；l軟盤l磁帶2022-5-1437主機主機lI/O設備I/O設備使得主機可以發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。通訊類型：l用戶-主機通信（User to Host）： 由一些基礎I/O設備負責，如鍵盤、鼠標、顯示器等。l主機-主機通信（Host to Host）：由一些諸如網(wǎng)絡接口卡（NIC）或調(diào)制解調(diào)器之類

16、的設備負責。l主機-外存通信(Host to Storage Device):由主機總線適配器(Host Bus Adaptor,HBA)來負責。HBA是一塊專用集成電路板，承擔著主機和外存之間I/O接口處理的功能，將CPU從多余的I/O處理負擔中解脫出來。HBA還提供了連接的插口，即端口（Port），用于連接主機和外存設備。一臺主機可以有多個HBA。2022-5-1438連接連接l連接： 指各個主機間或主機同其他外設（如打印機、外存設備）之間的互連。l連接的物理部件l連接主機與外存之間的硬件 總線、端口、電纜。l連接的邏輯部件l指用于主機和外存之間通信的協(xié)議。2022-5-1439連接連接l

17、總線（Bus）是一組數(shù)據(jù)通路，方便了計算機各個部件之間的數(shù)據(jù)傳輸，比如將數(shù)據(jù)從CPU傳輸?shù)絻?nèi)存。l端口(Port)是專業(yè)插口，使得主機和外部設備之間可以建立連接。l電纜（Cable)用于將內(nèi)部或外部設備連接到主機上，由銅或光纖制成。2022-5-1440連接連接l總線(Bus)物理部件通過總線在各個設備之間發(fā)送比特數(shù)據(jù)（控制、數(shù)據(jù)或地址），從而達到相互通信。這些比特數(shù)據(jù)（二進制位）將通過總線以下兩種方式被傳送。l串行：比特位在單個通路中按順序進行傳輸，可以是單向的或雙向的。l并行：比特位同時在多個通路中進行傳輸。并行也可以是雙向的。l總線分類:l系統(tǒng)總線：將數(shù)據(jù)線從處理器傳送到內(nèi)存的總線。l本

18、地或I/O總線：直接和處理器相連的高速通路，并在外圍設備之間傳送數(shù)據(jù)，比如外存設備和處理器之間。2022-5-1441存儲設備存儲設備l存儲設備是存儲系統(tǒng)環(huán)境中最重要的組成部分。l磁性介質(zhì)：磁盤、磁帶。l光學介質(zhì)：光盤。l固態(tài)介質(zhì)：閃存盤。磁盤驅(qū)動器（Disk Drive) 是當今計算機存儲和訪問數(shù)據(jù)使用最多的存儲介質(zhì)，可以很好地支持性能密集型的在線應用程序。另外，磁盤有很大的容量，由多個磁盤組成的磁盤陣列能夠提供更大的容量和更高的性能。2022-5-1442磁盤驅(qū)動部件磁盤驅(qū)動部件l磁盤驅(qū)動器通過在磁性盤片上快速地移動讀寫臂來讀寫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過讀寫頭從磁性盤片傳輸?shù)接嬎銠C。讀寫頭、控制器以及

19、多個磁性盤片組合到一起，稱為磁盤驅(qū)動器（HDD)。磁盤的核心部件：盤片、主軸、讀寫頭、驅(qū)動臂裝置以及控制器。（如圖）2022-5-14432022-5-1444磁盤驅(qū)動部件磁盤驅(qū)動部件l盤片：硬盤包含一個或多個圓形金屬盤，稱盤片。數(shù)據(jù)以二進制代碼（0 1）的形式記錄在這些盤片上。將一組可旋轉(zhuǎn)的盤片封裝在一個盒子里，就形成磁頭磁盤組合件（HDA)。l一個盤片是雙面鍍上磁性物理材料的剛性、圓形金屬盤。在盤片上的數(shù)據(jù)是通過在磁盤表面分布的不同磁性區(qū)域來編碼的。數(shù)據(jù)在盤的上下兩面都可以進行讀寫。盤片的個數(shù)以及每個盤片的存儲容量決定了磁盤的總?cè)萘俊?022-5-1445磁盤驅(qū)動部件磁盤驅(qū)動部件l主軸：如

20、上圖，一根主軸固定了所有的盤片，并和一個馬達相連。主軸的馬達是以恒速旋轉(zhuǎn)的。盤片以幾千r/min的速度旋轉(zhuǎn)。目前有7200rpm,10000rpm,15000rpm幾種。盤片的直徑都是3.5英寸。2022-5-1446磁盤驅(qū)動部件磁盤驅(qū)動部件l讀寫頭：磁盤的每個盤片上都有2個讀寫頭，上下兩面各一個。l磁盤上的邏輯電路保證了讀寫頭在接觸盤面之前先移動到著陸區(qū)。如果激勵器出現(xiàn)了故障，讀寫頭意外地接觸到了著陸區(qū)之外的盤片表面，就會導致磁頭癱瘓。數(shù)據(jù)會丟失。2022-5-1447磁盤驅(qū)動部件磁盤驅(qū)動部件l驅(qū)動臂裝置 讀寫頭是安裝在驅(qū)動臂裝置上，將讀寫頭移動到盤片上需要讀寫數(shù)據(jù)的位置。l控制器控制器是一

21、塊印刷電路板，安裝在磁盤底部。它包含一個微處理器、內(nèi)存、電路以及固件。固件控制著主軸馬達的電源和馬達的轉(zhuǎn)速，還負責管理磁盤和主機之間的通信。此外，它還控制激勵器移動驅(qū)動臂，并切換不同讀寫頭來控制讀寫操作，還能對數(shù)據(jù)訪問進行優(yōu)化處理。2022-5-1448磁盤驅(qū)動部件磁盤驅(qū)動部件l物理磁盤的結構l磁盤的數(shù)據(jù)是記錄在磁道(Track)上的。是盤面上以主軸為圓心的一組同心環(huán)。依次從外向內(nèi)編號，最外磁道號為 0。l每個磁道都被劃分為更小的單元，稱作扇區(qū)（Sector）。一個扇區(qū)是存儲系統(tǒng)中可單獨被尋址的最小單位。磁道和扇區(qū)的結構已經(jīng)被生產(chǎn)廠商格式化到盤面上。一個盤面可以容納幾千個磁道，這取決于盤片的物

22、理面積以及記錄密度。2022-5-1449磁盤驅(qū)動部件磁盤驅(qū)動部件l通常一個扇區(qū)的容量是512字節(jié)，除了存儲數(shù)據(jù)，還存儲扇區(qū)號、磁頭號或盤面號、磁道號等。所以，未經(jīng)格式化的磁盤和已被格式化磁盤容量會存在一個差值。如，500GBde磁盤只能存儲465.7GB的用戶數(shù)據(jù)，余下的34.3GB空間用來存儲上面的那些元數(shù)據(jù)。l所有盤面上相同半徑位置處的磁道所組成的存儲區(qū)域為一個柱面(Cylinder)。磁頭的位置是由柱面號來表示的，而不是磁道號。2022-5-1450磁盤驅(qū)動部件磁盤驅(qū)動部件2022-5-1451磁盤驅(qū)動部件磁盤驅(qū)動部件l分區(qū)位記錄 由于盤片是由具有相同圓心的磁道組成的，外面的磁道的周長

23、肯定比里面的長，所以外面的磁道必然能存儲更多的數(shù)據(jù)。過去的磁盤中，外磁道與內(nèi)磁道所包含的扇區(qū)個數(shù)相同，所以外磁道的數(shù)據(jù)密度相對較低，盤面的空間利用率也較低。2022-5-1452l分區(qū)位記錄高效地利用磁盤空間。根據(jù)磁道與磁盤中心的距離將它們劃分成若干個區(qū)域。這些區(qū)域從最外面起進行編號，最外面的區(qū)號是0。每個指定的區(qū)域內(nèi)所有磁道上的扇區(qū)個數(shù)都是相同的。2022-5-1453磁盤驅(qū)動部件磁盤驅(qū)動部件l邏輯塊尋址早期磁盤利用物理地址，柱面、磁頭、扇區(qū)的編號CHS號，在磁盤上進行定位。邏輯塊尋址（LBA），大大簡化了尋址過程。磁盤控制器將LBA地址轉(zhuǎn)換為CHS地址，主機操作系統(tǒng)只需知道磁盤有多少個物理

24、塊就行了。邏輯塊與物理塊（扇區(qū)）之間的映射是1：1。2022-5-1454磁盤驅(qū)動部件磁盤驅(qū)動部件l邏輯塊尋址磁盤的每個磁道上有8個扇區(qū)、8個磁頭、4個柱面（每個盤面上有4個磁道）。也就是說一共有8x8x4=256個物理塊，物理塊的編號是從0到255。2022-5-1455磁盤驅(qū)動器的性能磁盤驅(qū)動器的性能l磁盤服務時間指磁盤完成一個I/O請求所花費的時間。影響因素有三個：尋道時間、旋轉(zhuǎn)延遲和數(shù)據(jù)傳輸速率。l尋道時間：指讀寫頭在盤面上移動（沿盤面半徑方向）進行定位的時間，也就是移動臂將讀寫頭移動到正確的磁道上所需的時間。尋道時間越短，I/O操作越快。在隨機的磁道上讀數(shù)據(jù)與相鄰磁道上讀數(shù)據(jù)相比，尋

25、道時間對前者影響更為關鍵。2022-5-1456磁盤驅(qū)動器的性能磁盤驅(qū)動器的性能l旋轉(zhuǎn)延遲：為了存取數(shù)據(jù)，激勵器和驅(qū)動臂需要將盤面上方的讀寫頭移到特定的磁道。同時盤片旋轉(zhuǎn)，將請求的數(shù)據(jù)（扇區(qū)）移到讀寫頭下面。盤片旋轉(zhuǎn)以定位讀寫頭下方的數(shù)據(jù)（扇區(qū)）所用的時間，稱為旋轉(zhuǎn)延遲。平均旋轉(zhuǎn)延遲是主軸旋轉(zhuǎn)一圈所需時間的二分之一。與尋道時間類似，讀寫隨機選擇的扇區(qū)與讀寫鄰扇區(qū)相比，選擇延遲對前者的影響更大。2022-5-1457磁盤驅(qū)動器的性能磁盤驅(qū)動器的性能l數(shù)據(jù)傳輸速率：指每個單位時間內(nèi)磁盤能夠傳輸?shù)紿BA的平均數(shù)據(jù)量。l讀寫過程：讀操作，數(shù)據(jù)首先從盤面移動到讀寫頭，再到磁盤內(nèi)部的緩沖區(qū)，最后才通過接口

26、傳輸?shù)街鳈CHBA。寫操作，數(shù)據(jù)通過磁盤接口從HBA傳輸?shù)酱疟P內(nèi)部的緩沖區(qū)，再到讀寫頭，最終讀寫頭寫到盤面上。2022-5-1458主機的邏輯部件主機的邏輯部件l主機的邏輯部件由應用軟件和協(xié)議組成：l操作系統(tǒng)（OS）；l設備驅(qū)動程序（Device Driver）；l卷管理器（Volume Manager）；l文件系統(tǒng)（File System）；l應用（Application）。2022-5-1459主機的邏輯部件主機的邏輯部件l操作系統(tǒng)(OS)：管理著計算機環(huán)境中的各個方面，它工作于應用程序和計算機物理部件之間。它支持數(shù)據(jù)訪問、監(jiān)視和響應用戶動作。組織和控制著物理資源并負責物理資源的分配。同時，

27、它還提供了對所管理資源訪問與使用的基本安全保障。在管理一些其他底層資源，如文件系統(tǒng)、卷首管理器和設備驅(qū)動的同時，操作系統(tǒng)也擔當基本存儲管理的任務。2022-5-1460主機的邏輯部件主機的邏輯部件l設備驅(qū)動(DeviceDriver：是一種特殊的軟件，它允許操作系統(tǒng)與特殊的設備，如打印機、鼠標或硬盤交互。設備驅(qū)動讓操作系統(tǒng)識別出設備，并且能夠使用標準接口(如應用程序編程接口API，ApplicationProgrammingInterface)來訪問和控制設備。設備驅(qū)動是硬件相關的，且與操作系統(tǒng)緊密關聯(lián)。2022-5-1461主機的邏輯部件主機的邏輯部件l卷管理器早期，硬盤驅(qū)動器(HDD)呈現(xiàn)

28、給操作系統(tǒng)的是一組連續(xù)的物理塊。整個硬盤驅(qū)動器都分配給文件系統(tǒng)或是其他數(shù)據(jù)體，由操作系統(tǒng)或應用程序使用。這樣做的缺點是缺乏靈活性：當 一個硬盤驅(qū)動器的空間使用完時，想要擴展文件系統(tǒng)的大小就很難。而當硬盤驅(qū)動器存儲容量增加時，把整個硬盤驅(qū)動器分配給文什系統(tǒng)通常會導致存儲空間不能充分利用。 磁盤分區(qū)(DiskPartitioning)的引入就是為了改善硬盤驅(qū)動器的靈活性和使用率。在分區(qū)時，硬盤驅(qū)動器被劃分為幾個邏輯卷(LV)。例如， 一個大的物理磁盤，可以根據(jù)文件系統(tǒng)和應用程序的數(shù)據(jù)管理要求，劃分為若個小的邏輯卷。當硬盤在主機上進行初始分區(qū)時，是將一組連續(xù)的柱面分配給一個分區(qū)。主機的文件系統(tǒng)在訪問

29、分區(qū)時，完全不需要知道磁盤的物理結構和分區(qū)信息。2022-5-1462主機的邏輯部件主機的邏輯部件2022-5-1463主機的邏輯部件主機的邏輯部件l串聯(lián)(Concatenation)是一個把若干小的物理磁盤組合起來的過程，并呈現(xiàn)給主機一個更大的、完整的邏輯盤(如圖上所示)。l邏輯卷管理器(LogicalVolumeManager，LVM)的發(fā)展使得文件系統(tǒng)容量的動態(tài)擴展以及高效的存儲管理成為可能。LVM是一個運行在物理機器上管理邏輯和物理存儲設備的軟件。LVM也是一個介于文件系統(tǒng)和物理磁盤之間可選的中間層次。它可以把幾個小的磁盤組合成一個大的虛擬磁盤，或是反過來把一個大容量物理磁盤劃分為若于

30、小的虛擬磁盤，提供給應用程序使用。LVM提供了優(yōu)化的存儲訪問，簡化了存儲資源的管理。它隱藏了物理磁盤細節(jié)和數(shù)據(jù)在磁盤上的分布。同時，它也允許管理員改變存儲的分配而不用改變硬件，就算應用程序還在運行著也沒有關系。2022-5-1464主機的邏輯部件主機的邏輯部件LVM的基本部件是物理卷(Physical Volume)、卷組(Volume Group)和邏輯卷(Logical Volume)。在LVM術語中，每一個連接到主機系統(tǒng)的物理磁盤都是一個物理卷(PV)。LVM把由物理卷提供的物理存儲空間轉(zhuǎn)換為邏輯存儲空間，以便給操作系統(tǒng)和應用程序使用。一個卷組的創(chuàng)建是把一個或多個物理卷變?yōu)橐唤M。當一個物

31、理卷被初始化使用時，LVM都會為其分配一個唯一的物理卷標識(PVID)。物理卷可以動態(tài)地往卷組中添加或移除。在不同的卷組之間，物理卷是不能共享的，每個物理卷的全部都變成了卷組的一部分。在卷組創(chuàng)建時，每一個物理卷都被劃分為若于個相同大小的數(shù)據(jù)塊，這些數(shù)據(jù)塊稱為物理區(qū)域(PhysicalExtent)。2022-5-1465主機的邏輯部件主機的邏輯部件邏輯卷是在給定的卷組中創(chuàng)建的。 一個邏輯卷可以被認為是一個虛擬磁盤分區(qū)，而卷組則可以被認為是一個磁盤。一個卷組可以劃分為許多邏輯卷。邏輯卷的大小取決于：物理區(qū)域(PhysicalExtent)的數(shù)目。 對操作系統(tǒng)來說，邏輯卷就像是一個物理設備。一個邏

32、輯卷可以由不連續(xù)的物理區(qū)組成，并可以跨越多個物理卷。 一個文件系統(tǒng)可以創(chuàng)建在一個邏輯卷之上， 且邏輯卷可以通過配置來為應用程序提供優(yōu)化的性能，也可以被鏡像來提供更好的數(shù)據(jù)可用性。2022-5-1466主機的邏輯部件主機的邏輯部件l文件系統(tǒng)一個文件就是一個有關聯(lián)關系的記錄或數(shù)據(jù)的集合，它們作為，一個整體存儲在一起并被命名。一個文件系統(tǒng)(File System)就是大量文件的分層組織結構。文件系統(tǒng)使得對存放在磁盤、磁盤分區(qū)或邏輯卷內(nèi)的數(shù)據(jù)文件的訪問變得更加容易。個文件系統(tǒng)需要基于主機的邏輯結構和軟件例程來控制對文件的存取。對磁盤上文件的訪問需要由文件擁有者授權才能講行，這通常也是由文件系統(tǒng)來控制的

33、。2022-5-1467主機的邏輯部件主機的邏輯部件文件系統(tǒng)通過使用目錄(Directory)來把數(shù)據(jù)組織成分層結構。目錄就是保存指向文件的指針的地方。所有的文件系統(tǒng)都維護著一個到目錄、子目錄和文件的指針映射，這內(nèi)容也是文件系統(tǒng)的一部分。常見的文件系統(tǒng)有以下幾種。lFAT32(FileAllocationTable，文件分配表)；適用于微軟Windows；lNT文件系統(tǒng)(NTFS)：適用于微軟Windows；lUNIX文件系統(tǒng)(UFS)：適用于UNIX；l擴展文件系統(tǒng)(EXT23)適用于UNIX。2022-5-1468主機的邏輯部件主機的邏輯部件文件系統(tǒng)塊是最小的物理磁盤空間分配單元。每一個文

34、件系統(tǒng)塊對應物理磁盤上一個連續(xù)的區(qū)域。在文件系統(tǒng)創(chuàng)建之初，文件系統(tǒng)塊的大小就確定了。文件系統(tǒng)的大小是由文件系統(tǒng)塊的大小以及所有存儲數(shù)據(jù)使用的總塊數(shù)決定的。因為大部分文件都比一個預定義的文件系統(tǒng)塊的大小要大，所以一個文件可以跨越多個塊。隨著新塊的增加和刪除，文件系統(tǒng)中的塊將變得不再連續(xù)了（碎片化）。使用一段時間后，隨著文件變得越來越大，文件系統(tǒng)就變得更加碎片化了。2022-5-1469主機的邏輯部件主機的邏輯部件l利用LVM將用戶文件映射到磁盤存儲子系統(tǒng)的過程：l用戶和應用程序產(chǎn)生和管理文件；l將這些文件存儲在文件系統(tǒng)上；l文件系統(tǒng)把它們映射到數(shù)據(jù)單元或是文件系統(tǒng)塊上；l文件系統(tǒng)塊又被映射邏輯區(qū)

35、域(LogicalExtent)上；l通過操作系統(tǒng)或是LVM再把邏輯區(qū)域映射到磁盤的物理區(qū)域(Physical Extent)上；l這些物理區(qū)域最終被映射到物理存儲子系統(tǒng)上。 如果沒有LVM，那么就不會有邏輯區(qū)域(LogicalExtent)。沒有LVM，文件系統(tǒng)塊將被直接映射到磁盤扇區(qū)。 文件系統(tǒng)樹(FileSystemTree)以根目錄(RootDirectory)開始。根目錄又有大量子目錄。文件系統(tǒng)只有掛載之后才能被使用。2022-5-1470主機的邏輯部件主機的邏輯部件2022-5-1471主機的邏輯部件主機的邏輯部件l應用一個應用(Application)就是一個提供計算操作邏輯：的計算機程序，它提供了一個介于用戶和主機以及多個主機之間的界面。傳統(tǒng)的使用數(shù)據(jù)庫的商業(yè)應用都采用三層架構前端(Front-end Tier)是應用用戶界面：計算邏輯，或應用本身，構成了中間層(MiddleTier)：而組織數(shù)據(jù)的底層數(shù)據(jù)庫則是后端(Back-endTier)。應用程序可以直接發(fā)送一個請求到底層操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)來完成在存儲設備上讀寫操作。應用程序也可以在數(shù)據(jù)庫之上，而數(shù)據(jù)庫同樣也要利用操作系統(tǒng)的服務來實現(xiàn)對存儲設備的讀寫操作。這