存儲系統結構分析與架構設計

第1章前言.3第2章存儲基本概念.5第1節(jié)存儲設備分類.61.1SCSI存儲設備.71.2SAS存儲設備.131.3FC光纖通道存儲設備.151.4ISCSI存儲設備.151.5存儲設備的融合和演變.201.6磁帶存儲.201.7應用存儲.20第2節(jié)存儲網絡結構.202.1DAS存儲系統網絡結構.202.2SAN存儲系統網絡結構.222.3NAS存儲系統網絡結構.222.4網絡結構的融合和演變.22第3節(jié)FC網絡和FC交換機.223.1FC網絡.223.2FC交換機設計.22第4節(jié)接口速率和存儲帶寬.22第5節(jié)存儲共享.225.1設備共享.225.2文件系統共享.225.3存儲共享管理軟件.22第6節(jié)業(yè)務系統分類.22第3章數據庫系統存儲設計.23第1節(jié)存儲應用特點.23第2節(jié)設計準備.23第3節(jié)主備數據庫系統設計.23第4節(jié)雙機數據庫系統設計.23第5節(jié)數據庫備份系統設計.23第4章非線性網絡系統存儲設計.24第1節(jié)非性線編輯制作系統存儲應用特點.24第2節(jié)帶寬分析.26第3節(jié)容量分析.26第4節(jié)小型制作網存儲設計.26第5節(jié)中型制作網存儲設計.26第6節(jié)大型制作網存儲設計.26第7節(jié)高清制作網存儲設計.26第8節(jié)媒資系統存儲設計.26第5章視頻監(jiān)控系統存儲設計.27第1節(jié)視頻監(jiān)控系統存儲應用特點.27第2節(jié)帶寬分析.27第3節(jié)容量分析.27第4節(jié)小型視頻監(jiān)控系統存儲設計.27第5節(jié)中型視頻監(jiān)控系統存儲設計.27第6節(jié)大型視頻監(jiān)控系統存儲設計.27第6章高性能計算系統存儲設計.27第7章網站存儲系統設計.28區(qū)分一個存儲設備的類型主要依靠存儲設備對外提供的接口類型、數據傳輸協議、和存儲介質。比如存儲設備的對外提供的接口是SCSI，按照SCSI協議傳輸數據的存儲設備就是SCSI存儲。如果再區(qū)分存儲介質，那么存儲介質為SCSI磁盤的存儲被稱為SCSI-SCSI存儲，存儲介質為SATA磁盤的存儲被稱為SCSI-SATA存儲。存儲名稱分為兩個部分，前面表示存儲設備接口類型及接口部分的數據傳輸協議，后部分表示存儲介質。同樣的道理，存儲設備的對外提供的接口是FC光纖通道，按照FC光纖通道協議傳輸數據的存儲設備就是FC存儲。存儲介質為FC磁盤的存儲被稱為FC-FC存儲。存儲介質為SATA磁盤的存儲被稱為FC-SATA存儲。注意：采用光纖通道協議的存儲設備應該稱之為FC存儲或光纖通道存儲，也可以簡稱為光纖存儲，不能稱之為SAN存儲，SAN指的是一種存儲系統的網絡結構。采用ISCSI輸出協議、對外提高ISCSI接口的存儲設備自然應該成為ISCSI存儲，只不過ISCSI一般都采用SATA磁盤作為存儲介質，所以ISCSI存儲在名稱上不會再細分，都通稱為ISCSI。NAS是一種特殊的存儲設備類型，雖然NAS對外提供IP接口，按照IP協議進行數據傳輸，但NAS最終提供給主機的是一個文件系統，SCSI存儲、FC存儲和ISCSI等提供給主機的是一個裸的、沒有文件系統的邏輯卷，且NAS本身是一個服務器+存儲的結構，因此嚴格上講，NAS應該能算是一種存儲系統結構，而不是一個存儲類型。不過很多時候我們都把NAS的服務器+存儲結構看成一個整體，這個整體又通過標準的IP傳輸協議來進行訪問和數據傳輸。因此NAS一般都被認為是一個存儲設備類型。在本書中，NAS既是一個存儲設備類型，又是一個存儲系統網絡結構。判斷一個存儲是夠是磁帶存儲的標準是看這個存儲設備是否采用磁帶作為存儲介質。磁帶存儲的外部接口類型一般有兩種，一是SCSI接口，二是FC光纖通道接口。磁帶根據存儲的數據是否已經數據化可分為非數據化磁帶（即模擬磁帶、數字磁帶）和數據流磁帶兩種。模擬磁帶一般常用與視音頻文件的圖像和聲音存儲，不用與數據存儲，不在本書的討論范圍之內。關于VCD、DVD、SONY藍光盤等光盤存儲和各種閃存、松下P2卡等閃存存儲方面的資料，請大家自行查閱相關資料。存儲設備類型指的是存儲設備這一個單體的分類，存儲系統的網絡結構自然是指存儲設備、主機、以及存儲設備與主機之間的連接系統所形成的整體拓撲結構。存儲系統網絡結構是指存儲設備與服務器、工作站等需要進行數據讀寫操作的主機之間的連接方式，網絡拓撲結構、數據讀寫方式、存儲共享方式和數據共享方式。存儲系統網絡結構不同，存儲設備的工作方式、流程和性能就會不同。大家常提到的、主流的存儲系統網絡架構有DAS、NAS、SAN三種網絡架構。其中SAN網絡環(huán)境中，因采用存儲設備類型的不同又可以分為FC-SAN（采用光纖通道存儲產品）和IP-SAN（采用ISCSI存儲設備）。1.1SCSI存儲設備SCSI的英文全稱為SmallComputerSystemInterface，中文名“小型計算機系統接口”。它是一種外設接口協議，廣泛應用于服務器和高檔PC中。SCSI技術從推出至今，經過了SCSI-1、SCSI-2、SCSI-3、Ultra2SCSI、Ultra3SCSI、Ultra160SCSI和Ultra320SCSI等多個版本，其接口帶寬從最初的4MB/S一直發(fā)展到目前最快的320MB/S。目前SCSI存儲設備普遍采用Ultra160SCSI和Ultra320SCSI協議。SCSI技術經過了近20年發(fā)展，技術非常成熟，產品的研發(fā)和生產成本低。市場正在銷售的SCSI存儲品牌種類繁多，銷售價格非常的便宜。正因為如此，很多初學存儲技術的人對SCSI存儲往往不屑一顧，認識SCSI存儲是低端存儲，學了沒用沒前途，甚至有的人認識學習SCSI技術有些掉價。其實不然，正因為SCSI存儲技術成熟、結構簡單、價格便宜、安裝調試簡單、使用及維護人員的技術水平要求低，才會得到普遍的應用。即使在FC存儲、NAS存儲、ISCSI存儲風行的今天，SCSI存儲的應用數量也相當多，絲毫也不少于其它類型的存儲設備。與以前版本的SCSI硬盤相比，采用Ultra320SCSI接口協議的硬盤接口標準更高、讀寫速度更快、數據緩存更大、電機轉速更高、尋道時間更短、CPU占用率更低，并且擁有自己獨立的I/O處理器，所有這些特性都注定SCSI硬盤是硬盤中的速度之王，SCSI磁盤也一直是高端硬盤的代名詞。1.1.1SCSI存儲結構SCSI存儲設備技術成熟、結構簡單，因此SCSI設備比FC設備、NAS設備、SAN設備具有更高的穩(wěn)定性和高效率。下圖是常見SCSI存儲設備內部主要的功能模塊結構圖。圖SCSI設備內部功能模塊結構圖在上圖中可以看出，除了電源系統和風扇冷卻系統之外，SCSI存儲設備內部只有磁盤插槽、背板、控制器和接口等4個部分。圖SCSI存儲前面板如上圖所示，SCSI存儲磁盤插槽一般都在設備的前部，即可以豎向也可以橫向插入磁盤柜。SCSI磁盤直接插入磁盤柜內部背板上的標準SCSI接口，SATA磁盤則通過SATA-SCSI接口轉換模塊的轉換后插入背板上的標準SCSI接口。所謂背板實際上是一個印制好的電路板，如同常見的計算機主板一樣，上面有多個標準化和非標準化的插槽，標準化插槽一般用來接入磁盤、電源和風扇等標準化零部件，非標準化插槽一般用來接入廠商自己研制生產的控制器。不同的背板提供不同類型和數量的插槽。背板上除了提高多個插槽之外，本身還是一個SCSI總線線路板，這一個SCSI總線線路板將磁盤和控制器連接在一起，實現數據在磁盤和控制器之間的傳輸。SCSI存儲上一般只有一個SCSI總線，無法提供磁盤和控制器之間的冗余連接。存儲系統設計指南-9-什么是ISCSI存儲iSCSI技術簡介iSCSI（iSCSI=internetSmallComputerSystemInterface）是由IIETF開發(fā)的網絡存儲標準，目的是為了用IP協議將存儲設備連接在一起。通過在IP網上傳送SCSI命令和數據，ISCSI推動了數據在網際之間的傳遞，同時也促進了數據的遠距離管理。由于其出色的數據傳輸能力，ISCSI協議被認為是促進存儲區(qū)域網（SAN）市場快速發(fā)展的關鍵因素之一。因為IP網絡的廣泛應用，ISCSI能夠在LAN、WAN甚至internet上進行數據傳送，使得數據的存儲不再受地域的現在。ISCSI技術的核心是在TCP/IP網絡上傳輸SCSI協議，是指用TCP/IP報文、和ISCSI報文封裝SCSI報文，使得SCSI命令和數據可以在普通以太網絡上進行傳輸，如下圖：iSCSI協議定義了在TCP/IP網絡發(fā)送、接收block（數據塊）級的存儲數據的規(guī)則和方法。發(fā)送端將SCSI命令和數據封裝到TCP/IP包中再通過網絡轉發(fā)，接收端收到TCP/IP包之后，將其還原為SCSI命令和數據并執(zhí)行，完成之后將返回的SCSI命令和數據再封裝到TCP/IP包中再傳送回發(fā)送端。而整個過程在用戶看來，使用遠端的存儲設備就象訪問本地的SCSI設備一樣簡單。早在2001年上半年，IBM就推出了IPStorage200i，是市場上公認的第一款基于iSCSI協議的產品，這款產品的出現，對于身處信息爆炸時代卻無法承擔光纖通道SAN環(huán)境高成本的中小型用戶來說，具有巨大的吸引力；2001年10月，Cisco也推出了SN5420存儲路由器，基于IP標準和SAN標準，可以提供與現有LAN、WAN、光纖和SAN設備之間的互操作，率先建立了IP網絡與SAN之間的橋梁。現在，有更多的廠商參與到iSCSI產品的開發(fā)中，如Intel已經推出了存儲網卡IPStorageiSCSIPRO/1000T，將協議轉化也就是封裝、還原TCP/IP包的步驟轉移到網卡上來執(zhí)行，大大降低了服務器處理器的占用率。同時，還有芯片、板卡制造商加入到iSCSI產品的開發(fā)中，如Adaptec、Qlogic等等。iSCSI可以實現在IP網絡上運行SCSI協議，使其能夠在諸如高速千兆以太網上進行路由選擇。用戶可使用標準的千兆級以太網傳輸協議，通過Cat5線纜和任意的交換機產品，將服務器與磁盤陣列連接在一起，并且能夠提供接近FCSAN的性能。iSCSI集SCSI、以太網和TCP/IP等技術于一身，支持iSCSI技術的服務器和存儲設備能夠直接連接到現有的IP交換機和路由器上，具有低廉、開放、大容量、傳輸速度高、安全等諸多優(yōu)點，最適合需要在網絡上存儲和傳輸大量數據的應用環(huán)境，比如廣電視頻制作和媒資系統，視頻監(jiān)控系統，IPTV系統，數據備份系統，以及許多的對IOPS和帶寬性能要求不是還很高的數據庫存儲系統、大容量文件存儲系統。存儲系統設計指南-5-SCSI控制器控制器是所有存儲系統的核心設備，負責數據在主機與磁盤之間的傳輸、控制和校驗。無論是那種類型的存儲設備，存儲控制器都可以看成是具有一個數據IO功能和RAID功能的硬件集合體。RAID一般有全軟、半軟半硬和全硬之分。全軟RAID就是指RAID功能是由操作系統來完成，沒有第三方的控制、處理和I/O芯片。有關RAID任務的處理都由CPU來完成，因此這是效率最低的一種RAID。由于全軟RAID是在操作系統下實現RAID，不能保護系統盤，系統分區(qū)不能參與實現RAID。而且一般的RAID配置信息都存在系統信息中，而不是存在數據磁盤中，當系統崩潰需重新安裝時，RAID的信息也會丟失，數據的安全性極低。半軟半硬RAID是一種把初級的RAID功能附加給SCSI或者SATA卡而產生的產品，它把軟件RAID功能集成到了產品的固件上，從而提高了產品的功能和容錯能力。它可以支持RAID0和RAID1RAID(1+0)。但因為缺乏自己的I/O處理芯片，所以這方面的工作仍要由CPU與驅動程序來完成。而且，半軟半硬是依靠主機本身CPU和內存運行，所采用的RAID控制、處理芯片的能力一般都比較弱，不能支持高的RAID等級。SCSI存儲設備冊是一種全硬的RAID，全面具備了自己的RAID控制、處理和I/O處理芯片，甚至還有陣列緩沖（ArrayBuffer）。SCSI存儲設備的控制器自帶有微處理與I/O處理芯片及內存，不依靠主機CPU和內存，可直接把相關信息提交給OS處理，從而使性能獲得很大的提高。對CPU的占用率以及整體性能是這三種類型中最有優(yōu)勢的，但設備成本也是三種類型中最高的。一般情況下，SCSI存儲設備只有一個控制器，控制器只提供2個SCSI主機通道接口。2個主機通道接口可同時與2個服務器鏈接。存儲設備可提供LUN與主機端口之間的MAPPING，即主機通過2個不同的主機通道接口即可以訪問到相同的LUN，也可以訪問到不同的卷。個別大容量設計的SCSI-SATA存儲設備的控制器上除了2個主機通道接口之外，還會提供2個磁盤通道，用于鏈接磁盤擴展柜。請注意，我們常說到SCSI接口的帶寬是320MB/S，SATA-2接口的帶寬是300MB/S。但這些數值都只是接口協議的理論標準設計值，但并不表示磁盤本身就具有320MB/S或者300MB/S的實際帶寬輸出能力。SCSI存儲設備控制器的實際訪問速度與磁盤型號、磁盤生產的質量控制、技術參數，以及傳輸電纜長度、抗干擾能力等因素關系密切。實際上，市場常見的SCSI存儲設備單控制器上的2個主機通道接口加起來的總實際輸出能力只有250MB/S左右，而不是2*320MB/S。單塊SCSI磁盤的實際輸出能力為60-70MB/S，而單塊SATA磁盤的實際帶寬只有25-30MB/S。因此當采用SCSI存儲設備時，不僅要充分考慮到存儲設備的實際輸出帶快，還必須配置足夠數量的磁盤。存儲系統設計指南-6-常見SCSI存儲技術參數1.1.3常見SCSI存儲設備技術參數為了更好地了解SCSI存儲設備的結構以及配置技術參數，我們可以參考大多數廠商所提供的SCSI存儲設備的技術參數，如下表：主控單元控制器單SCSI控制器；2個DualUltra320SCSI主機通道中央處理器：PowerPC750FX-600MHzRISCCPU外部連接類型：SCSI320/160內存：256～1GB數據重建：自動數據重建在線擴容：支持緩存斷電保護：72-168小時管理前面板LCD和按鍵：簡單的設定，顯示狀態(tài)報告

RS-232終端，人性化的界面，方便設置和顯示狀態(tài)報告，環(huán)境報警，蜂鳴器報警，Email、FAX,、MSN、以太網、SNMP、SMSRAID及硬盤規(guī)格磁盤規(guī)格：標準3.25”36GB/73GB/146GB/300GBSCSI磁盤磁盤數量：16盤位RAID級別：0,1,0+1,3,5,30，50，JBODRAID設置：最大8組硬件熱插拔電源：2*500W熱插拔電源熱插拔硬盤托架：16*SCA-2熱插拔硬盤全局熱備盤：支持輸入電源：100～240VAC46~63Hz熱插拔風扇：渦輪風扇*2操作系統WindowsNT,2000,2003;SUNSolaris8/9;RedHatLinux8/9,Enterprise3;SuSELinux8/9;IBMAIX;HP-UNIX技術參數表說明：1、SCSI存儲一般都采用單控制器，每個控制器上提供2個主機端口。部分SCSI存儲的控制器上還會提供2個磁盤端口，用于連接磁盤擴展柜。2、SCSI控制器的核心處理芯片CPU一般有兩種類型，即通用InterCPU和POWERPC。高檔次SCSI控制器還會設置一個ASICRAID引擎芯片。兩個芯片的功能分開，CPU專門負責數據的讀寫和傳輸控制，ASIC芯片專門負責數據校驗和RAID校驗。在存儲界，一直都有InterCPU和POWERPC兩種核心處理芯片誰更高效的爭論，就如同PC界INTER和AMD兩者之爭一樣。但存儲設備性能不僅僅取決于控制器采用哪種芯片，還取決于控制器中核心處理芯片與緩存、總線、主機通道和磁盤通道等多個部分之間調用和訪問機制。因此，存儲設備的性能取決于整體結構的設計是否合理和高效。3、常見的SCSI設備默認配置的緩存大小為256MB,可通道增加緩存條的方式來增加到1GB甚至更大，不過設備的價格也會大幅度提高。當存儲設備控制器采用RSIC芯片和ASIC芯片是，所使用的緩存不同于普通PC上的內存，它是一種專門與RSIC核心處理芯片配合使用的“內存”，其成本遠高于普通內存。4、在線擴容一般包含三個層次：物理擴容：即熱插拔功能，基本上所有的外置硬盤的存儲都支持在線擴容。RAID組擴容：在不刪除原有RAID組的前提下，通過增加新磁盤來擴展RAID組。如將原來由5塊磁盤組成的RAID5擴展到一個由8塊磁盤構成的RAID5。邏輯卷LUN擴容：在不刪除原有LUN和LUN數據的前提下增加LUN的容量。如將LUN的容量由原來的500GB擴展到1TB。5、對存儲設備來講，數據一般都是寫入高速緩存，再由緩存寫入磁盤。假如存儲外部供電系統系統突然斷電時，所有磁盤已經停止工作，而緩存中還有部分重要的數據沒有寫入緩存。這時緩存斷電系統就可以繼續(xù)為緩存供電，保證緩存的數據72小時，甚至在更長時間內不會因為斷電而造成數據丟失。當外部供電系統恢復之后，緩存的數據會自動寫入磁盤。一般入門級別存儲的緩存斷電保護系統僅僅就是一個紐扣電池，如同PC主板上的BIOS電池一樣。大型存儲設備往往會采用專用的UPS來給緩存長時間供電。6、雖然一個SCSI總線最多只能支持15塊磁盤，但SCSI存儲設備控制器內部一般都有兩個SCSI磁盤通道，每個SCSI磁盤通道配置8塊磁盤，兩個SCSI磁盤通道可支持16塊磁盤。當控制器為SCSI時，存儲設備只能安裝SCSI磁盤,不能兼容SATA磁盤。當控制器為SAS時，存儲設備可同時兼容SATA和SAS磁盤。7、目前市場上常見的SCSI存儲設備的接口和對應的SCSI線纜都為SCSI-380針，但在存儲系統設計時，一定要充分考慮到系統中的服務器可能還在采用68針SCSI接口。因為在進行SCSI存儲的線纜型號配置時，最好能提前了解服務器的配置。68針和80針SCSI接口圖如下：圖68針SCSI接口圖80針SCSI接口1.1.4SCSI存儲的優(yōu)缺點SCSI憑借著擴展性好、性能優(yōu)越、可靠性高等特點，被廣泛應用于高檔服務器和存儲設備。采用SCSI技術的存儲設備同樣區(qū)有結構簡單、性能優(yōu)越和安全穩(wěn)定的特點。SCSI是一種通用接口，現在越來越多地出現在PC服務器上，SCSI接口正在成為PC服務器的標準接口。目前市場常見的中高檔服務器上一般都默認配置1-2個SCSI接口，SCSI存儲可以很方便地實現與服務器的連接，不需要專門購置SCSI卡或FC卡等，系統的建設成本進一步降低。在設備連接方面，SCSI存儲系統不需要網絡交換機，可直接通過標準的SCSI線纜實現與服務器的連接。整體結構簡單，環(huán)節(jié)少，因而系統的故障點也少，相應地，系統的安全穩(wěn)定性也高。SCSI存儲采用SCSI磁盤時，SCSI硬盤的轉速可高達15000rpm。高轉速意味著硬盤的平均尋道時間短，能夠迅速找到需要的磁道和扇區(qū)，SCSI存儲的帶寬性能和IOPS性能就高，可以滿足很多高性能系統的需求。另外，同等容量和轉速的SCSI磁盤的價格要遠低于FC磁盤的價格。采用SATA磁盤時，磁盤的大容量和低價格也可以滿足許多地成本系統的要求。同時，SCSI存儲設備的缺點也是顯而易見的。首先，SCSI存儲的接口最大數據傳輸帶寬是320MB/S，但這個帶寬是所有設備的共享帶寬。而且最大傳輸速度并不代表設備正常工作時所能達到的平均訪問速度。SCSI控制器的實際訪問速度與SCSI硬盤型號、技術參數，以及傳輸電纜長度、抗干擾能力等因素關系密切。SCSI存儲的實際往往都在250-280MB/S之間。其次，SCSI存儲一般對外之提供兩個主機接口，即，只能與兩臺主機設備進行直連，無法通過網絡交換機等設備來進行主機數量擴張。系統的擴張性低，主機數量增加時就必須的增加更多的SCSI存儲設備。第三，雖然SCSI存儲設備支持超過2個主機通道和磁盤通道，每個通道支持的設備最多可達到十五個，但對于目前的存儲系統來講整體容量仍顯不足，同時，隨著存儲通道中設備數量的增加，整體的性能也會大幅度降低，因此SCSI存儲的每個通道的實際磁盤數量都不會超過8個。存儲系統設計指南-7-FC存儲設備FC存儲設備在上一節(jié)中,采用SCSI傳輸協議和接口協議的設備被稱為SCSI存儲，同樣地，采用FCIP（即光纖通道接口協議的）的設備被稱為FC存儲或光纖通道存儲。FC與SCSI一樣，都是一種數據傳輸協議和接口協議。FC存儲和SAN是兩個完全不同的概念，只不過FC存儲產品從一開始誕生之日其就和SAN網絡緊密地聯系在一起，凡是采用FC存儲的系統都會采用FC交換機組成的SAN網絡。因此很多人經常會把FC存儲直接稱之為SAN存儲，就如同現在很多人把ISCSI存儲也成為IP-SAN存儲一樣。無論怎么樣的稱呼，我們一定要清楚地知道FC存儲這個概念指的是一種存儲設備類型，SAN這個概念指的是一種網絡結構。在大家的印象中，FC存儲一直是高端存儲的代名詞。它通過高效的光纖通道傳輸協議，高效穩(wěn)定的控制器，和功能豐富強大的數據保護及備份功能，為高端、關鍵應用業(yè)務系統提供數據存儲服務。FC存儲之所以能夠成為高端實際上是與其內部結構直接相關的，高效和強大的結構設計決定了FC存儲的高性能。存儲設備是為各種不同的業(yè)務系統提高數據存儲和讀寫訪問服務的。業(yè)務系統有的要求高IOPS性能的，如銀行電信在線計費系統的大型數據庫存儲；有的要求存儲設備可以對外提高大帶寬，如廣電行業(yè)非線性編輯制作系統的在線存儲；有的系統要求存儲設備具有超大容量，可以滿足系統的大容量存儲，如視頻監(jiān)控系統的存儲設備；而有的系統要求存儲設備具有非常強大的數據備份、遠程容災功能，如各大數據中心的備份系統和遠程容災系統。存儲設備是以滿足業(yè)務系統的需求為設計目標的。存儲設備的設計的方向和實現的目標不同，其所能使用的業(yè)務系統類型也不同。如EMCSymmetrix系列、IBMShark系列和HDSUSP系列等存儲設備的開發(fā)目標是為了實現高IOPS性能，因此這些產品使用因銀行電信行業(yè)的帳、計費等在線關鍵業(yè)務。DDNS2A的設計目標是實現穩(wěn)定的高帶寬性能，因此它使用于石油氣象行業(yè)的大型高性能計算系統，或廣電行業(yè)的大型高清和標清非線性編輯制作系統。不同開發(fā)目標的存儲產品有著不同的最佳使用環(huán)境。凡是能最佳地滿足某一類系統的存儲需求，就是該類型系統中的高端存儲。一般地，大家都是以IOPS性能的大小來劃分存儲設備的檔次。I/O性能超過1000000IOPS的一般都稱為高端存儲，高端存儲的主機端一般用來連接多CPU服務器或小型機。I/O性能小于1000000IOPS，大于250000IOPS的一般都稱為中端存儲，中端存儲的主機端一般用來連接高性能服務器。I/O性能小于1000000IOPS的一般成為低端存儲，低端存儲的主機端一般連接普通服務器或工作站。另一種方法是按照存儲設備中控制器的數量和冗余結構劃分存儲檔次的，如下圖。圖EMCSymmetrix系列產品內部結構圖從上圖可知，隨著存儲設備的檔次越高，控制器數據量越多，結構越復雜，存儲系統的性能、安全性、可擴張性等越高，存儲設備的成本也越高。下面幾張圖是常見高端存儲、中端存儲內部結構及功能模塊圖。圖EMCSymmetrix系列產品內部結構圖高端存儲為了實現高IOPS性能，其內部一般都會配置大容量高速緩存，依靠大容量緩存來實現大量小數據塊、小文件的高速讀寫。同時前端和后端分別提高32個，甚至64個以上主機接口和磁盤接口。數據先寫入大容量高速緩沖，再由控制器通過多個磁盤端口并行寫入后端高速磁盤。為了保證后端磁盤的數據寫入性能，高端存儲一般會采用大量高速15000rpm的光纖通道磁盤。存儲系統設計指南-8-中端FC存儲設備雖然現在很多高端存儲都支持SATA磁盤，但用高性能的存儲設備安裝低性能的SATA磁盤來做低端應用，將會失去使用高端存儲設備的意義，對高端存儲設備來講也是最大的浪費。因此，筆者強烈不建議高端存儲使用SATA來用于低端應用。中端光纖存儲設備一般都采用active-active雙活控制器，每個控制器的大多設置4個主機接口，4個磁盤接口。如下圖：圖EMCCX系列產品結構圖上圖為EMCCX700存儲系統的內部結構圖。圖DDNS2A系列產品內部結構圖上圖為DDNS2A系列存儲產品的內部結構圖。低端存儲設備一般都采用單控制器，大多設置2個主機接口，2個磁盤接口，個別的存儲設備會采用4個主機接口和4個磁盤接口?？刂破饕话銥镾ATA控制器，采用SATA硬盤。指南-12-什么是NAS網絡附加存儲NAS存儲的學名是NetworkAttachedStorage,意思是網絡附加存儲。雖然這個概念描述的很準確、很清楚。但它對于一個初學存儲技術，或普通的應用系統設計者來講還是有點含混晦澀。那么如何正確地理解NAS存儲呢？在解釋NAS存儲之前，我們現解釋一下什么是文件服務器。假設在一個普通的辦公網系統（工作站全部為windows操作系統）中，由于工作的需要，大家可能經常需要共享一部分文檔、圖片、資料或程序軟件，為了實現共享，一般最簡單地做法是找一臺相對空閑的服務器或工作站，假設其名稱為Server-A，Server-A本身安裝了大容量硬盤，可以保存大量的文檔或者文件。將需要共享的資源存儲在server-A的某一個磁盤分區(qū)或目錄中，如F盤或目錄files，將F磁盤分區(qū)或目錄files的屬性設置為共享。根據辦公網中用戶的角色、職位等設置不同的訪問權限。用戶可以通過網絡鄰居找到Server-A和Server-A上共享的F磁盤分區(qū)或目錄files，繼而找到所需要的資源。這時我們稱Server-A是這個辦公網系統的文件服務器，它可為系統中所有的客戶端工作站提供文件共享訪問服務器。通過文件服務器來實現資源共享是一個非常方便、容易實現的方式，不過由于采用了普通的windows操作系統系統和NTFS文件系統，Server-A對用戶的訪問權限管理、容量配額、數據安全保護功能也處于一個相對簡單的階段，數據的傳輸效率也相對較低。我們可以對文件服務器Server-A進行改造，去除或減少系統中與文件存儲、文件管理無關的組件、功能、服務或軟件，加強系統對磁盤、文件系統、數據安全方面的功能，設置完善的用戶訪問權限、容量空間配額，增加強大的數據安全保護功能，如快照、卷復制、卷鏡像等功能，增加統一的系統管理、配置和系統狀態(tài)監(jiān)控軟件。在硬件方面，采用專業(yè)設計的服務器機箱、采用高性能的CPU、內存和主板，增加冗余電源、冗余風扇等模塊化零部件，消除系統的單點故障；增加硬盤數量，通過RAID卡實現硬盤之間的數據容錯和訪問性能，也可以在文件服務器Server-A后端直接連接一臺SCSI存儲或FC存儲設備來增加Server-A的可用容量。這個時候的文件服務器就變成了我們常說的NAS存儲。那么什么是NAS存儲，簡單的說NAS存儲就是基于專用硬件設備上的、安裝特殊操作系統、具有強大用戶訪問權限管理功能、數據安全保護和恢復功能的文件服務器。微軟推出的WSS（WindowsStorageServer）NAS操作系統實際上就是Windows2003操作系統的簡化版，去除了很多與數據存儲無關的功能，加強了用戶訪問權限管理、容量空間配額管理和數據安全保護功能。WSS可以安裝在普通的PC服務器上，從而把一個普通的PC服務器當成NAS設備來使用。但實質上與普通操作系統并沒有較大的區(qū)別，我們可以想使用普通windows2003操作系統一樣來使用WSS。市場上很常見的很多低端NAS存儲設備都是采用WSS操作系統，具有安裝、調試和維護簡單、系統結構簡單，功能簡單和購置成本地等諸多優(yōu)勢，是中小企業(yè)用戶系統的首選NAS存儲設備。當然真正的中高端以上NAS存儲設備在結構上要比普通的文件服務器要復雜的多，在軟件功能方面也要比普通的文件服務器強大很多。下一節(jié)中我們將詳細論述NAS服務器的結構和功能。

五大要點制定合適的備份策略保證高效備份

備份就像是天氣一樣常常作為話題被人提起——“人人都在討論備份問題”，但和天氣不一樣的是，天氣是我們無力改變的，是晴是雨我們只能看老天爺的心情如何了，但備份上面的很多問題是可以通過備份管理員的努力來解決的。

數據保護是企業(yè)的一項要務，這不僅僅是為了保證業(yè)務連續(xù)性，也是為了法規(guī)遵從和企業(yè)決策的需要。呵呵，筆者這里提到的法規(guī)遵從似乎還很遙遠，現在國內的大多數企業(yè)目前還沒有相關的法規(guī)要求必須保留某些財務數據，但一些重要的決策支持數據，例如財務記錄，是必須要保留的。

筆者曾經親眼看見過某省市某通信公司全部帳務信息所在的磁盤系統在一段時間內壞了硬盤若干，用備份數據恢復時，發(fā)現備份方案錯誤少備了某關鍵數據，無法恢復。最后用oracle工具配合磁盤修復工具來恢復數據，大部分數據都恢復過來了，但最后仍然差了一天的業(yè)務數據。

企業(yè)在信息系統中會遇到各種各樣的問題，備份過程中遇到的困難未必是最難纏的一個，但它也不一定是一個容易解決的問題。下面我們將就備份中容易發(fā)生的各種問題來看看：如何選擇合適的備份方式，制定備份策略，以及從管理員那里收集反饋等等，這些方法可以幫助企業(yè)更好的完成備份工作，并且精簡備份過程。

備份策略對于企業(yè)來說比較復雜，“備份策略”指的是控制真正備份工作的規(guī)則，一般都是由軟件中的“策略管理”來實現的，程序是來設置策略的手段。企業(yè)在確定備份策略的時候需要考慮：

一、

備份周期：指的是兩次備份之間的時間間隔。對于企業(yè)來說，并不是備份越頻繁越好。過于頻繁的備份會對前段業(yè)務造成較大的影響，且備份管理員會發(fā)現后臺備份數據量急劇增大到無法忍受的地步。

對于企業(yè)來說，根據不同的數據類型和安全級別要求設置不同的備份周期是比較實際的。對于一些業(yè)務關鍵型數據，企業(yè)至少要做到1天備份一次，否則無法承擔數據丟失的風險。而另外一部重要性偏低的數據，例如郵件系統，可以選擇較為寬松的備份周期。如3天一次，或者一周一次。

我們在這里并沒有討論也業(yè)務連續(xù)性的需要，僅靠備份無法實現業(yè)務連續(xù)性，但是現在很多備份軟件都帶有CDP功能，已經在一定的程度上能起到即時恢復的作用，能在一定程度上實現業(yè)務連續(xù)性。二、備份方式：設置備份周期的同時需要考慮的問題包括采用何種備份方式。三種較有代表性的備份方式包括完全備份、增量備份和差分備份。這三種備份方式各有優(yōu)缺點：

完全備份方式指的每次備份都備份全部的數據。這種備份方式邏輯簡單，恢復速度快，但是需要占用大量的備份容量空間和備份時間。

增量備份方式則是每次備份與上次備份數據不同的差異數據。這種備份方式不需要每次備份全部的數據，因此大幅度減少了每次備份的時間和備份的存儲容量空間。但是由于備份數據都是在上一次備份數據的基礎上記錄數據發(fā)生的改變，一旦發(fā)生故障后，數據恢復得時候需要一環(huán)扣一環(huán)的進行運算恢復，所需要的數據恢復速度比較慢，而且一旦一個環(huán)節(jié)發(fā)生錯誤，容易導致整個備份無效。

差分備份方式則是，當管理員進行過一次完全備份后，接下來的每次差分備份，系統都會把備份數據與第一次完全備份的數據進行比對，只備份與第一次完全備份數據有差異的數據。首先，它無須每天都進行系統完全備份，因此備份所需時間短，并且也節(jié)省了備份介質的空間；其次，它的恢復過程也很方便，只需要上一次完全備份的數據和最后一次差異備份的數據，就可將系統恢復。所以，差分備份是一種相對優(yōu)化的備份策略，適合于對備份性能有較高要求，又需充分考慮成本的企業(yè)和用戶。

在具體選擇備份方式的時候，需要考慮的因素包括：能夠承受多大的備份容量？能夠忍受備份系統工作時給前段運營帶來多大的影響？事故發(fā)生后，企業(yè)允許的數據恢復時間有多長？

一般情況下，企業(yè)會綜合把幾個備份方式整合使用，例如完全備份和差異備份經常組合成為一個完整的備份方案，每天進行差異備份，定期做完全備份，這樣恢復的時候，系統管理員只需兩份磁帶數據，即第一天的磁帶以及災難發(fā)生前一天的磁帶，就能夠完全恢復數據。對于小型企業(yè)，可以幾天內作一次完全備份，對于大型企業(yè)，由于完全備份的數據量過于龐大，通常1-3個月作一次完全備份。三、自動/手動備份：考慮選擇自動或者手動備份操作的原則很簡單，自動備份無需人為操作，系統可按預先設定好的程序和時間自動啟動備份作業(yè)；手動備份由系統管理員不定時地進行人工操作。前者適合大型系統的備份任務，然而部署成本較高，后者雖然部署成本相對較低，但后期的操作將變的復雜。

這里需要強調的是，很多中小型企業(yè)考慮成本因素通常會選擇手動操作，但實際情況是手動操作大大的增加了備份過程中因人為錯誤而導致的損失。

研究顯示人為錯誤是排在媒介錯誤之后，導致備份失敗的第二大原因，但實際上大部分的媒介出錯也是由于人為因素造成的。因此在設定備份系統的初期，存儲系統規(guī)劃人員必須向業(yè)務人員詳細征詢意見，畢竟這些數據的使用者仍然是這些業(yè)務系統的人員。他們的意見能有效防止無效備份的情況出現。

四、備份介質：備份介質是系統數據進行存儲或備份的存儲載體?？紤]備份介質需要考慮三方面的指標：1.備份的成本，2.備份對前端業(yè)務的影響，3.恢復的速度。一般而言，磁盤作為備份介質有備份速度快，對前端業(yè)務影響較小，恢復速度快的優(yōu)點，但同時也帶來高昂的備份成本。

除磁盤以外，還有磁帶、光盤等等更為便宜的備份介質。一般如果不要求7*24小時業(yè)務連續(xù)運營，企業(yè)可以采用磁帶作為備份介質，選擇在夜晚業(yè)務不太繁忙或者停頓的時候進行備份操作，這樣盡管備份時仍然占用較大的系統資源，但對前端業(yè)務影響已經非常小了。

同時，有一些企業(yè)會采用不同的備份介質來平衡成本和性能的需求。例如關鍵業(yè)務數據先備份到SATA磁盤上，再通過磁盤備份到磁帶設備，這就是我們所說的多級備份機制。五、保證良好的一致性

所謂備份一致性是指整個組織中以同樣的方法一致地處理所有的備份和恢復，對于小企業(yè)來說，無非是一個磁帶機支持一個備份服務器，這種情況下，備份一致性并不是需要強調的優(yōu)點，而是最基本的特點。

現在，已經有越來越多的企業(yè)需要備份一個以上的系統，要做到一致性可不像以前“一個大磁帶支持一個大機器”的時代那樣容易了。當今世界瞬息萬變，企業(yè)組織結構變化也會對備份系統產生影響，廠商所鼓吹的類似信息周期管理這種新概念也會要求有復雜的備份系統，還有SATA這種便宜的近線存儲介質的出現，都會導致一些分散的備份系統的出現。

雖然統一的備份是大勢所趨，但企業(yè)里面不可避免會存在多個備份系統，這時候系統管理員的工作就是讓大家保持步調一致。如果不能在整個組織中以同樣的方法一致地處理所有的備份和恢復，那么備份就會變得更加難以下手。而且當我們需要使用這些備份的時候，會發(fā)現我們面對的是一團亂麻，毫無頭緒。

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