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文檔簡介

1、存儲相關(guān)技術(shù)概述目 錄4.1 存儲技術(shù)的發(fā)展4.2 RAID技術(shù)4.3 主流存儲架構(gòu)4.1存儲技術(shù)的發(fā)展(1/2) 存儲技術(shù)的發(fā)展是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,不斷的發(fā)展.先期的存儲只是用打孔機或者磁帶來存放數(shù)據(jù)。 硬盤的出現(xiàn),終結(jié)了打孔機和磁帶作為主要存儲手段的歷史。1956年9月,IBM的一個工程小組向世界展示了第一套磁盤系統(tǒng)IBM 350 RAMAC Random Access Method of Accounting and Control,雖然這套系統(tǒng)的總?cè)萘恐挥?MB,但卻起到了一個里程碑的作用。 在350 RAMAC之后,硬盤產(chǎn)業(yè)開始起步,從最初的24英寸發(fā)展到5.25英寸,從5MB的

2、存儲量突破了100MB。如今,硬盤的容量已經(jīng)用T(1000G)來形容。硬盤最主要的功能是存儲數(shù)據(jù)。雖然在馮諾伊曼計算機體系中并沒有提到硬盤,但是從現(xiàn)在計算機使用情況來看,硬盤是計算機中最重要的部分,“硬盤有價,數(shù)據(jù)無價”!隨著存儲介質(zhì)的不斷發(fā)展,存儲技術(shù)的也在不斷發(fā)展,形成了今天各種各樣的存儲架構(gòu),存儲解決方案。4.1存儲技術(shù)的發(fā)展(1/2)打孔紙卡穿孔紙袋計數(shù)電子管盤式磁帶盒式錄音磁帶磁鼓軟硬盤硬盤機硬盤LD光盤5寸光盤DVD光盤藍(lán)光DVD,HD-DVD存儲介質(zhì)簡介目 錄4.1 存儲的發(fā)展和歷史4.2 RAID技術(shù)4.2.1 RAID的概念4.2.2 RAID的特點4.2.3 RAID的級別

3、4.2.4 RAID的實現(xiàn)方式4.2.5 RAID卡4.2.6 磁盤陣列4.2.7 RAID卡與磁盤陣列的區(qū)別4.2.8 RAID卡與磁盤陣列產(chǎn)品舉例4.3 主流存儲架構(gòu)4.4 磁帶機技術(shù)4.5 磁帶庫4.6 虛擬磁帶庫4.2.1 RAID的概念 RAID是“Redundant Array of Inexpensive Disks”的縮寫,中文意思是廉價磁盤冗余陣列。冗余磁盤陣列技術(shù)誕生于1987年,由美國加州大學(xué)伯克利分校提出。最初的研制目的是為了組合小的廉價磁盤來代替大的昂貴磁盤,以降低大批量數(shù)據(jù)存儲的費用,同時也希望采用冗余信息的方式,使得磁盤失效時不會使對數(shù)據(jù)的訪問受損失,從而開發(fā)出一

4、定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù),并且能適當(dāng)?shù)奶嵘龜?shù)據(jù)傳輸速度。 捆綁2個或多個獨立物理磁盤成磁盤組(陣列) 邏輯上做為一個大容量的硬盤供操作系統(tǒng)使用 提高系統(tǒng)的讀寫性能 具備容錯性4.2.2 RAID的特點4.2.3 RAID的級別RAID 0RAID 1RAID 3RAID 5RAID 6RAID 10 (RAID 0+1)RAID 504.2.3.1 RAID0概念:無差錯控制的條帶化陣列,將多塊硬盤連接起來形成一個容量更大的存儲設(shè)備。4.2.3.2 RAID1概念:稱為鏡像,將一個磁盤上的數(shù)據(jù)完全復(fù)制到另一個磁盤上,百分百的數(shù)據(jù)冗余.4.2.3.3 RAID3概念:采用奇偶校驗技術(shù),需要專門的一塊

5、盤來存儲校驗位.4.2.3.4 RAID5概念:帶分布式奇偶位的條帶,把校驗位信息隨機地分布到所有的磁盤上,并非用單獨一個盤來存儲校驗位,是目前應(yīng)用最廣泛的一種磁盤陣列模式.4.2.3.5 RAID6概念:帶有兩種分布式存儲的奇偶校驗碼的獨立磁盤結(jié)構(gòu),使用了分配在不同的磁盤上的第二種奇偶校驗的增強性RAID5.4.2.3.6 RAID 10 (RAID 0+1)概念:稱為鏡像陣列條帶,既具有Raid0的高性能,又具有Raid1的安全性.4.2.3.7 RAID50概念:稱為分布奇偶位陣列條帶,由兩組RAID5磁盤組成,每組都使用了分布式奇偶位,兩組RAID5再組建成RAID0模式,實現(xiàn)跨磁盤抽

6、取數(shù)據(jù).4.2.4 RAID的實現(xiàn)方式軟件RAID方式硬件RAID方式零通道RAID4.2.4.1 軟件RAID 軟RAID(software-basedRAID)是基于軟件的RAID。由于現(xiàn)在的很多服務(wù)器操作系統(tǒng)都集成了RAID功能。比如MicrosoftWindowsNT,Windows2000,Windows2003,NovellNetware和Linux。 軟件RAID集成于操作系統(tǒng),有比較低的始投資,但是它的CPU占用率非常高,并且只有非常有限的陣列操作功能。由于軟件RAID是在操作系統(tǒng)下實現(xiàn)RAID,軟RAID不能保護(hù)系統(tǒng)盤。亦即系統(tǒng)分區(qū)不能參與實現(xiàn)RAID。4.2.4.2 硬件R

7、AID 硬RAID是通過硬件方式實現(xiàn)的一種RAID方式,有專門的硬件來進(jìn)行RAID的計算,管理等,常見的RAID卡,以及控制器等方式的RAID方式都屬于硬RAID方式,它的優(yōu)點很多,占用CPU資源少,熱插拔,管理方便等,相對軟件RAID方式,成本較高.4.2.4.3 零通道RAID 一種把初級的RAID功能附加給SCSI或者SATA卡而產(chǎn)生的產(chǎn)品。它是基于硬和軟RAID之間的一種產(chǎn)品。它把軟件RAID功能集成到了產(chǎn)品的固件上,從而提高了產(chǎn)品的功能和容錯能力。一般情況下它可以支持RAID0和RAID1,有的可以支持更高級的RAID。4.2.5 RAID卡概念:RAID卡就是用來實現(xiàn)RAID功能的

8、板卡,通常是由I/O處理器、SCSI控制器、SCSI連接器和緩存等一系列零組件構(gòu)成的 。4.2.5.1 RAID卡接口技術(shù)IDE接口SCSI接口SATA接口SAS接口目前主流接口類型:IDE接口IDE即IntegratedDriveElectronics,它的本意是指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅(qū)動器,我們常說的IDE接口,也叫ATA(AdvancedTechnologyAttachment)接口,也叫PATA. 并行方式傳輸傳輸距離受限,不超過0.4米連接方式有主從之分不支持熱插拔線纜比較寬,不利于散熱SCSI接口(1/3)SCSI直譯為小型計算機系統(tǒng)專用接口(SmallComputerS

9、ystemInterface)是一種連結(jié)主機和外圍設(shè)備的接口,支持包括磁盤驅(qū)動器、磁帶機、光驅(qū)、掃描儀在內(nèi)的多種設(shè)備。它由SCSI控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)操作,SCSI控制器相當(dāng)于一塊小型CPU,有自己的命令集和緩存。 名稱標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范出現(xiàn)年份理論帶寬關(guān)鍵特性SASI1979SCSI雛形SCSI-1SCSI-119862MB/s異步;8位SCSI-2SCSI-2198910MB/s同步;16位SCSI-3分離指令集,傳輸協(xié)議與物理接口脫離,成為獨立標(biāo)準(zhǔn)Fast-WideSPI/SIP199220MB/sUltraFast-20附加標(biāo)準(zhǔn)199540MB/sUltra2SPI-2199780MB/s低壓差分機制

10、Ultra3SPI-31999160MB/s附加校驗Ultra320SPI-42001320MB/s分包機制;QASSCSI接口(2/3)SCSI接口(3/3)并行數(shù)據(jù)傳輸支持多設(shè)備,1個通道可以支持16個設(shè)備SCSI設(shè)備的CPU占用率極低,確實在多任務(wù)系統(tǒng)中占有著明顯的優(yōu)勢。 SCSI設(shè)備還具有智能化,SCSI卡自己可對CPU指令進(jìn)行排隊,這樣就提高了工作效率。在多任務(wù)時硬盤會在當(dāng)前磁頭位置,將鄰近的任務(wù)先完成,再逐一進(jìn)行處理。SATA接口(1/2)SATA是由PATA發(fā)展而來的, SATA是Serial ATA的縮寫,即串行ATA。這是一種完全不同于并行ATA的新型硬盤接口類型,由于采用串

11、行方式傳輸數(shù)據(jù)而得名。SATA總線使用嵌入式時鐘信號,具備了更強的糾錯能力,與以往相比其最大的區(qū)別在于能對傳輸指令(不僅僅是數(shù)據(jù))進(jìn)行檢查,如果發(fā)現(xiàn)錯誤會自動矯正,這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴4薪涌谶€具有結(jié)構(gòu)簡單、支持熱插拔的優(yōu)點。 SATA接口(2/2)Serial ATA技術(shù)采用點對點的傳輸協(xié)議,不存在主從問題,這樣每個驅(qū)動器硬盤能夠獨享帶寬Serial ATA采用七針數(shù)據(jù)線纜.主要有四個針腳,第一針發(fā)送信號,第二針接收信號,第三針供應(yīng)電源,第四針為地線。長度可以達(dá)到1米。接插簡單,支持熱插拔內(nèi)置數(shù)據(jù)校驗技術(shù).串行ATA技術(shù)在傳輸總線的兩端都引入了全新的CRC(循環(huán)冗余校驗)保

12、護(hù)系統(tǒng),增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。SAS接口(1/2)SAS技術(shù)是由SCSI技術(shù)發(fā)展而來的, SAS 是Serial Attached SCSI的縮寫,即串行連接SCSI。2001年11月26日,Compaq、IBM、LSI邏輯、Maxtor和Seagate聯(lián)合宣布成立SAS工作組,其目標(biāo)是定義一個新的串行點對點的企業(yè)級存儲設(shè)備接口。它綜合了現(xiàn)有并行SCSI和串行連接技術(shù)(光纖通道、SSA、IEEE1394及InfiniBand等)的優(yōu)勢,以串行通訊為協(xié)議基礎(chǔ)架構(gòu),采用SCSI-3擴展指令集并兼容SATA設(shè)備,是多層次的存儲設(shè)備連接協(xié)議棧。 SAS接口(2/2)串行傳輸方式向下兼通SATA采用8

13、b/10b編碼擴展性能好SAS技術(shù)的全雙工模式,可以使設(shè)備在同一時間內(nèi)能夠以雙方向傳輸數(shù)據(jù).4.2.5.2 RAID卡的主要廠商AdaptecLSI建邦PROMISE4.2.6 磁盤陣列(1/9)磁盤陣列的特性:1、增大存儲空間2、提高讀寫性能3、具有容錯性磁盤陣列的以上特性通過RAID技術(shù)來實現(xiàn)4.2.6 磁盤陣列(2/9)磁盤陣列的主要組成部分1、機箱2、控制器3、背板4、電源、散熱風(fēng)扇5、硬盤磁盤倉位14冗余熱插拔ESM接口熱插拔風(fēng)扇冗余熱插拔電源4.2.6 磁盤陣列(3/9)磁盤陣列控制器概念:控制器在磁盤陣列中啟著核心作用,RAID技術(shù)的實現(xiàn),以及數(shù)據(jù)的調(diào)用管理都有它來負(fù)責(zé),是一個磁

14、盤陣列的心臟.4.2.6 磁盤陣列(4/9)磁盤陣列分類 按尺寸盤位 按主機接口 按存儲介質(zhì)4.2.6 磁盤陣列(5/9)磁盤陣列主機接口SCSISASFCISCSIINFINIBANDPCI-E4.2.6 磁盤陣列(6/9)磁盤陣列磁盤通道SCSISATASASFC4.2.6 磁盤陣列(7/9)磁盤陣列常用參數(shù)控制器數(shù)量處理芯片(處理器)Cache 大小電池保護(hù)主機接口數(shù)量及帶寬磁盤通道數(shù)量及帶寬Iops尺寸及盤位數(shù)擴展性能支持的RAID級別4.2.6 磁盤陣列(8/9)磁盤陣列高級功能Lunmasking功能快照功能卷拷貝功能遠(yuǎn)程鏡像功能4.2.6 磁盤陣列(9/9)磁盤陣列控制器結(jié)構(gòu)圖(

15、舉例)4.2.7 RAID卡與磁盤陣列的區(qū)別RAID卡 磁盤陣列 形態(tài) PCI插卡 SCSI設(shè)備 OS支持 OS DriverBIOS識別/SCSI SCSI通道 僅為磁盤通道 磁盤通道主機通道 獨立性依賴主機完全獨立 冗余性僅磁盤冗余 磁盤/電源/風(fēng)扇冗余 配置 僅配置磁盤 配置磁盤Map 常用界面 軟件界面 LCD界面 價格 相對廉價 較貴目 錄4.1 存儲的發(fā)展和歷史4.2 RAID技術(shù)4.3 主流存儲架構(gòu)4.3.1 DAS架構(gòu)4.3.2 NAS架構(gòu)4.3.3 SAN架構(gòu)4.3.4 ISCIS SAN4.3.5 存儲架構(gòu)對比4.4 磁帶機技術(shù)4.5 磁帶庫4.6 虛擬磁帶庫4.3 主流存

16、儲架構(gòu)DAS架構(gòu)NAS架構(gòu)SAN架構(gòu)ISCSI SAN架構(gòu)4.3.1 DAS架構(gòu)(1/4) DAS是Direct Attached Storage的縮寫,即“直接連接存儲”。它是指將外置存儲設(shè)備通過連接電纜,直接連接到一臺計算機上。采用直接外掛存儲方案的服務(wù)器結(jié)構(gòu)如同PC機架構(gòu),外部數(shù)據(jù)存儲設(shè)備采用SCSI技術(shù),或者FC(Fibre Channel)技術(shù),直接掛接在內(nèi)部總線上的方式,數(shù)據(jù)存儲是整個服務(wù)器結(jié)構(gòu)的一部分 。 4.3.1 DAS架構(gòu)(2/4)結(jié)構(gòu)示意:4.3.1 DAS架構(gòu)(3/4)直連方式基于塊設(shè)備級的訪問模式擴展性差資源浪費不宜集中管理結(jié)構(gòu)特點:4.3.1 DAS架構(gòu)(4/4)適

17、用范圍:小型網(wǎng)絡(luò),成本較低地理位置特別分散的網(wǎng)絡(luò)特殊應(yīng)用的服務(wù)器4.3.2 NAS架構(gòu)(1/4) NAS系統(tǒng)擁有一個專用的服務(wù)器,服務(wù)器上安裝著一個優(yōu)化的文件系統(tǒng)和“瘦”操作系統(tǒng),其作用類似于一個專用的文件服務(wù)器。這種專用文件服務(wù)器去掉了通用服務(wù)器原有的大多數(shù)計算功能,僅僅提供文件系統(tǒng)功能,用于存儲服務(wù)。而且,NAS系統(tǒng)中的核心操作系統(tǒng)是經(jīng)過特殊定制的,專門服務(wù)于文件請求且與主要的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境兼容。 4.3.2 NAS架構(gòu)(2/4)結(jié)構(gòu)示意:4.3.2 NAS架構(gòu)(3/4)特點:集中數(shù)據(jù)管理基于文件級,異構(gòu)平臺的數(shù)據(jù)共享獨立于操作平臺,不同類的文件共享 (NFS,CIFS)真正的即插即用存儲系統(tǒng)部

18、署簡單存儲設(shè)備位置靈活管理容易且成本較低瀏覽器界面的操作/管理存儲性能較低(通過網(wǎng)絡(luò)存儲備份)投資成本較高而可靠度不高4.3.2 NAS架構(gòu)(4/4)適用范圍:小型局域網(wǎng)絡(luò),廣域網(wǎng)辦公OA,校園網(wǎng),文檔歸檔,VOD等異構(gòu)平臺共享對性能要求不是極高的應(yīng)用基于文件系統(tǒng),不適合數(shù)據(jù)庫應(yīng)用4.3.3 SAN架構(gòu) 所謂的SAN(storage area network),即存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò),是指在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器群的后端,采用光纖通道等存儲專用協(xié)議連接成高速專用網(wǎng)絡(luò),使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與多種存儲設(shè)備直接連接。 SAN的最大特點就是可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與存儲設(shè)備之間的多對多連接,而且,這種連接是本地的高速連接。 SAN架構(gòu)

19、的優(yōu)勢在于:強大的擴展性、多種存儲設(shè)備的集中和新架構(gòu)支撐下的新型數(shù)據(jù)應(yīng)用方式。 4.3.3.1 Fibre Channel Fibre Channel (FC)是1994年由ANSI標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂的一種適合于千兆位數(shù)據(jù)傳輸通信的成熟而安全的解決方案。Fibre Channel 與傳統(tǒng)的SCSI技術(shù)相比,除了提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速度,更遠(yuǎn)的傳輸距離,更多的設(shè)備連接支持,更穩(wěn)定的性能,更簡易的安裝以外,最重要的是為SAN的發(fā)展提供了廣闊的天地.4.3.3.2 FC SAN(1/3)結(jié)構(gòu)示意:4.3.3.2 FC SAN(2/3)特點:基于設(shè)備塊級的訪問模式擴展性好易于集中管理高可靠性、可用性、可維護(hù)性 負(fù)載均衡傳輸效率高,低延遲成本高4.3.3.2 FC SAN(3/3)適用范圍:大型網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對分散數(shù)據(jù)高速集中備份的企業(yè)、以及數(shù)據(jù)在線性要求高的企業(yè)等。 傳輸效率要求極高的應(yīng)用,可靠性高的遠(yuǎn)程災(zāi)備,異地備份4.3.4 ISCSI SAN(1/6) ISCSI是一種基于開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),通過它可以用TCP/IP對SCSI(小型計算機系統(tǒng)接口-一種數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓矃f(xié)議)指令進(jìn)行封裝,這樣就可以使這些

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