《輔存及磁盤陣列》課件

輔存及磁盤陣列本課件將介紹輔存和磁盤陣列的基本概念、類型和應(yīng)用。我們將深入了解它們?cè)诂F(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的重要作用，并探討它們的性能優(yōu)勢(shì)。課程目標(biāo)了解輔存設(shè)備掌握各種輔存設(shè)備類型、工作原理和性能指標(biāo)。理解磁盤陣列掌握磁盤陣列的概念、工作機(jī)制和不同RAID級(jí)別。掌握磁盤管理技術(shù)學(xué)習(xí)磁盤分區(qū)、格式化、文件系統(tǒng)、磁盤管理工具等技術(shù)。緒論本課程將帶您深入了解輔存設(shè)備及磁盤陣列，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的核心知識(shí)，并掌握如何選擇合適的存儲(chǔ)設(shè)備和方案，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。輔存設(shè)備概述外部存儲(chǔ)設(shè)備獨(dú)立于主機(jī)系統(tǒng)，可用于存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)。例如：移動(dòng)硬盤、U盤、SD卡等。內(nèi)部存儲(chǔ)設(shè)備集成于主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。例如：硬盤、光驅(qū)、磁帶機(jī)等。機(jī)械硬盤機(jī)械硬盤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常用的輔助存儲(chǔ)設(shè)備，它利用磁記錄技術(shù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在旋轉(zhuǎn)的磁盤上。機(jī)械硬盤由盤片、磁頭、主軸電機(jī)、控制電路等組成，數(shù)據(jù)通過磁頭在磁盤上進(jìn)行讀寫操作。機(jī)械硬盤的特點(diǎn)是容量大、價(jià)格低廉，但讀寫速度較慢，且容易受到震動(dòng)和沖擊的影響。固態(tài)硬盤固態(tài)硬盤(SSD)是一種新型的存儲(chǔ)設(shè)備，它使用閃存芯片來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤(HDD)相比，SSD具有更高的速度、更低的功耗和更強(qiáng)的抗震性。SSD的讀寫速度比HDD快得多，而且沒有機(jī)械部件，因此更加耐用。SSD通常比HDD更貴，但它們正在變得越來越實(shí)惠。軟驅(qū)3.5寸軟盤廣泛應(yīng)用于個(gè)人電腦，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和軟件。5.25寸軟盤早期的電腦使用較大的5.25寸軟盤，容量更小。光驅(qū)光驅(qū)是一種使用激光讀取或?qū)懭牍獗P數(shù)據(jù)的設(shè)備。它可以讀取CD、DVD和藍(lán)光光盤等多種類型的光盤。光驅(qū)通常用于安裝軟件、觀看電影和備份數(shù)據(jù)。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通常不再配備光驅(qū)，因?yàn)樗桓斓拇鎯?chǔ)設(shè)備如固態(tài)硬盤(SSD)取代。然而，光驅(qū)仍然用于一些特定的應(yīng)用場(chǎng)景，例如：安裝舊的軟件或游戲觀看DVD或藍(lán)光光盤備份數(shù)據(jù)到光盤磁帶機(jī)磁帶機(jī)是一種古老的存儲(chǔ)設(shè)備，它使用磁帶作為存儲(chǔ)介質(zhì)。磁帶是一種薄而長的材料，在其表面覆蓋著一層磁性材料。磁帶機(jī)使用磁頭將數(shù)據(jù)寫入磁帶，并使用磁頭讀取磁帶上的數(shù)據(jù)。磁帶機(jī)具有以下特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量大、價(jià)格便宜、易于備份和存檔。然而，磁帶機(jī)的讀取速度很慢，而且磁帶容易損壞。其他輔存設(shè)備U盤U盤是一種便攜式存儲(chǔ)設(shè)備，通常用于存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)卡用于存儲(chǔ)相機(jī)、手機(jī)和其他電子設(shè)備中的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接到計(jì)算機(jī)，可以共享存儲(chǔ)空間。磁盤性能指標(biāo)指標(biāo)描述平均尋道時(shí)間磁頭從一個(gè)磁道移動(dòng)到另一個(gè)磁道所需的時(shí)間。平均延遲時(shí)間磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)間的一半。數(shù)據(jù)傳輸率磁盤每秒能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。IOPS每秒的輸入/輸出操作次數(shù)。磁盤可靠性指標(biāo)MTBF平均無故障時(shí)間，指設(shè)備正常運(yùn)行的平均時(shí)間。MTBF值越大，表示設(shè)備越可靠。MTTR平均修復(fù)時(shí)間，指設(shè)備發(fā)生故障后平均修復(fù)所需的時(shí)間。MTTR值越小，表示設(shè)備越容易修復(fù)。磁盤容量概念1容量單位磁盤容量通常以字節(jié)（Byte）為單位，常見的單位包括：KB、MB、GB、TB、PB等。2物理容量是指磁盤能夠?qū)嶋H存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的總?cè)萘浚卜Q為裸容量。3格式化容量是指磁盤在進(jìn)行格式化操作后可用的容量，通常比物理容量略小。4有效容量是指用戶實(shí)際可以使用的容量，通常比格式化容量還要小，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)和應(yīng)用軟件也占用了一部分磁盤空間。磁盤緩存技術(shù)磁盤緩存是一種將經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)在內(nèi)存中的技術(shù)，以便更快地訪問數(shù)據(jù)。緩存可以顯著提高磁盤性能，減少磁盤訪問時(shí)間，提升系統(tǒng)整體效率。常見的緩存技術(shù)包括磁盤內(nèi)部緩存和操作系統(tǒng)級(jí)緩存，可以根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。磁盤接口標(biāo)準(zhǔn)ATA/IDE早期標(biāo)準(zhǔn)，速度較慢，成本低廉，適用于個(gè)人電腦SATA取代了ATA/IDE，速度更快，傳輸速率更高，更適合現(xiàn)代設(shè)備SCSI速度更快，支持更多設(shè)備連接，適用于服務(wù)器和其他高性能設(shè)備SAS專門為服務(wù)器設(shè)計(jì)的SCSI變種，更可靠，性能更高磁盤驅(qū)動(dòng)程序解釋接口驅(qū)動(dòng)程序解釋操作系統(tǒng)和物理硬件之間的接口。數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動(dòng)程序管理數(shù)據(jù)從磁盤到內(nèi)存的傳輸。錯(cuò)誤處理驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)處理磁盤錯(cuò)誤，如讀寫錯(cuò)誤或硬件故障。磁盤管理工具分區(qū)工具將物理磁盤劃分成多個(gè)邏輯分區(qū)，方便管理和使用。格式化工具創(chuàng)建文件系統(tǒng)，對(duì)磁盤進(jìn)行格式化，為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)做準(zhǔn)備。文件系統(tǒng)管理工具管理文件系統(tǒng)，如創(chuàng)建、刪除、格式化等操作。磁盤陣列概述磁盤陣列（RAID）是由多個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器組成的系統(tǒng)，通過特殊的硬件或軟件控制，將多個(gè)獨(dú)立的磁盤驅(qū)動(dòng)器組合成一個(gè)邏輯磁盤。磁盤陣列提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能、可靠性和可用性。RAID0級(jí)數(shù)據(jù)條帶化將數(shù)據(jù)分成多個(gè)條帶，分散存儲(chǔ)在多個(gè)磁盤上。讀寫速度提升多個(gè)磁盤同時(shí)讀寫數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)傳輸效率。無數(shù)據(jù)冗余任何一塊磁盤損壞，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)失效。RAID1級(jí)1鏡像RAID1采用鏡像技術(shù)，將數(shù)據(jù)完整復(fù)制到兩個(gè)或多個(gè)硬盤上。2數(shù)據(jù)冗余每個(gè)磁盤上的數(shù)據(jù)都相同，即使一個(gè)磁盤出現(xiàn)故障，也能從另一個(gè)磁盤恢復(fù)數(shù)據(jù)。3可靠性高RAID1提供了高可靠性，適合對(duì)數(shù)據(jù)安全要求較高的場(chǎng)景，例如數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器等。RAID5級(jí)1數(shù)據(jù)條帶化將數(shù)據(jù)分成多個(gè)條帶分布在多個(gè)磁盤上2奇偶校驗(yàn)計(jì)算校驗(yàn)數(shù)據(jù)并寫入到磁盤3數(shù)據(jù)冗余使用校驗(yàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)損壞數(shù)據(jù)RAID5級(jí)是一種常用的磁盤陣列技術(shù)，它使用奇偶校驗(yàn)來提供數(shù)據(jù)冗余，提高磁盤的可靠性。它能夠容忍一個(gè)磁盤失效，并通過計(jì)算校驗(yàn)數(shù)據(jù)來恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)。RAID6級(jí)1數(shù)據(jù)冗余兩個(gè)獨(dú)立校驗(yàn)盤2數(shù)據(jù)安全可容忍兩個(gè)硬盤故障3寫入性能較RAID5略低4應(yīng)用場(chǎng)景高數(shù)據(jù)安全要求RAID10級(jí)1高性能數(shù)據(jù)寫入速度快，讀寫性能高2高可靠性容錯(cuò)性強(qiáng)，即使多個(gè)磁盤出現(xiàn)故障，也能保證數(shù)據(jù)安全3高成本需要使用更多的磁盤，成本較高磁盤陣列性能10讀寫速度RAID0性能最高2數(shù)據(jù)可靠性RAID1和RAID5可靠性更高3成本RAID0成本最低4復(fù)雜性RAID5配置最復(fù)雜磁盤陣列容量規(guī)劃評(píng)估需求明確業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量增長趨勢(shì),預(yù)測(cè)未來存儲(chǔ)空間需求.選擇RAID級(jí)別根據(jù)數(shù)據(jù)安全性、性能要求和預(yù)算,選擇合適的RAID級(jí)別.磁盤容量計(jì)算根據(jù)RAID級(jí)別和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求,計(jì)算所需磁盤容量.預(yù)留空間預(yù)留一定容量空間,以應(yīng)對(duì)未來數(shù)據(jù)增長和系統(tǒng)維護(hù).磁盤陣列可靠性1冗余技術(shù)磁盤陣列采用冗余技術(shù)，如RAID，以提高數(shù)據(jù)可靠性。2數(shù)據(jù)恢復(fù)即使發(fā)生磁盤故障，也能通過剩余的磁盤恢復(fù)數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)。3錯(cuò)誤檢測(cè)磁盤陣列會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)磁盤狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的故障，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。磁盤陣列應(yīng)用場(chǎng)景高性能計(jì)算高性能計(jì)算應(yīng)用需要快速的存儲(chǔ)速度來處理大量數(shù)據(jù)。磁盤陣列可以提供高帶寬和低延遲的存儲(chǔ)，滿足計(jì)算密集型任務(wù)的需求。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器需要可靠的存儲(chǔ)來確保數(shù)據(jù)完整性和可用性。磁盤陣列可以提供高可用性和數(shù)據(jù)冗余，保護(hù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)免受故障影響。視頻編輯和渲染視頻編輯和渲染需要大容量存儲(chǔ)空間和高速數(shù)據(jù)傳輸。磁盤陣列可以提供充足的存儲(chǔ)空間和高帶寬，加速視頻處理過程。磁盤陣列管理硬件監(jiān)控定期檢查陣列硬件狀態(tài)，包括硬盤溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、電源電壓等，確保硬件正常運(yùn)行。軟件配置調(diào)整陣列參數(shù)，如RAID級(jí)別、緩存大小、磁盤分配策略等，以優(yōu)化性能和可靠性。數(shù)據(jù)備份定期備份陣列數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失，并制定數(shù)據(jù)恢復(fù)策略。安全策略設(shè)置訪問控制策略，限制對(duì)陣列數(shù)據(jù)的訪問，并進(jìn)行定期安全掃描。趨勢(shì)展望云計(jì)算將改變磁盤陣列的部署和管理方式。磁盤陣列技術(shù)將持續(xù)提