HC1109102_HCNA-StorageV2_BSSN_第二章存储与应用环境

1、Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 0修订记录课程编码课程编码适用产品适用产品产品版本产品版本课程版本课程版本ISSUEHC1109102V2.0开发开发/优化者优化者时间时间审核人审核人开发类型（新开发开发类型（新开发/优化）优化）翟柏清2013.07新开发本页不打印Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. HC1109102 存储与应用环境Copyright 2013 Huawei Technol

2、ogies Co., Ltd. All rights reserved. Page 2l学习完本课程后，您将能够：p了解存储的应用环境p了解机械硬盘以及SSD硬盘结构及实现原理p了解主机应用环境目标Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 3目录1.存储的应用环境介绍存储的应用环境介绍2.存储介质3.主机与应用Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 4主机的内部应用环境l主机内部I/O流程各个环

3、节共同构成了数据存储的内部应用环境。文件系统文件系统设备驱动设备驱动存储设备存储设备上层业务应用上层业务应用操作系统操作系统I/O请求调用接口地址映射SCSI指令Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 5传统内置存储遇到的问题l硬盘成为整个系统的性能瓶颈p有限的硬盘槽位，难满足大容量需求p单个硬盘存放数据，数据可靠性难以保证l存储空间利用率低p本地存储，数据分散，难以共享l可扩展性不够p总线结构，而非网络结构p可连接的设备受到限制增加容量时，需停机传统内置存储接口接口接口处理器硬盘内存硬盘Co

4、pyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 6网络存储应用环境l网络存储系统各层构成了网络存储系统的应用环境，决定了数据存储的可靠性、性能和安全性。主机、服务器网络连接存储设备网络网络Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 7目录1.存储的应用环境介绍2.存储介质存储介质2.1 机械硬盘机械硬盘2.2 SSD硬盘3.主机与应用Copyright 2013 Huawei Technologies Co.

5、, Ltd. All rights reserved. Page 8机械硬盘的结构盘片主轴接口磁头组件控制电路磁头驱动机构Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 9机械硬盘的磁头技术机械部分机械部分电子部分电子部分盘片主轴驱动磁头盘片磁性材料电缆线圈S N 被磁化的粒子Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 10盘片的功能分布磁头磁头臂磁头在不同位置启停区数据区盘片主轴Copyright 20

6、13 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 11盘片的逻辑结构l磁道 Trackl柱面 Cylinderl扇区 Sectorl磁头 Head0号磁头1号磁头2号磁头3号磁头4号磁头5号磁头0号磁道1号磁道0号柱面1号柱面Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 12硬盘主要参数l硬盘容量（Volume）l转速（Rotational speed）l缓存（Cache） 硬盘容量转速Copyright 2013 Huawei T

7、echnologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 13平均访问时间l平均访问时间由以下两项构成：p平均寻道时间（Average Seek Time）p平均等待时间（Average Latency Time） 寻道时间DiscTracksSeek等待时间Data BlockLatencyCopyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 14数据传输率l数据传输率（Data Transfer Rate）l内部传输率(Internal Transfer Rate)

8、l外部传输率(External Transfer Rate)DiscTracksSeekInternal Internal External External 硬盘硬盘Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 15IOPS和ThroughputlIOPSpIOPS (Input/Output Per Second)即每秒的输入输出量(或读写次数)，是衡量磁盘性能的主要指标之一。lThroughputpThroughput吞吐量,指单位时间内可以成功传输的数据数量。对于大量顺序读写的应用，如电视台

9、的视频编辑，视频点播VOD(Video On Demand)，则更关注吞吐量指标。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 16硬盘常用接口ATA接口lATA( Advanced Technology Attachment ) 高级技术附加装置pATA硬盘也经常称为IDE IntegratedDriveElectronics 硬盘pATA接口为并行ATA技术Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page

10、 17硬盘常用接口 SCSI接口lSCSI (Small Computer System Interface ) 小型计算机系统接口。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 18硬盘常用接口 SATA接口l SATA：Serial ATA (Serial ATA) 串行ATApSATA采用串行方式进行数据传输，接口速率比IDE接口高，最低为150MBps，并且第二代（SATA ）300MBps接口硬盘已经形成商用，规划内的最高速率可达600MBpspSATA硬盘采用点对点连接方式，支持热插拔，

11、即插即用Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 19硬盘SAS接口lSAS(Serial Attached SCSI) 串行连接SCSI pSAS是一种点对点、全双工、双端口的接口pSAS专为满足高性能企业需求而设计，实现与SATA的互操作，为企业用户带来前所未有的灵活性和低成本p速率每路600MpSAS具有高性能、高可靠性、强大的扩展性能Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 20lFC硬盘

12、采用FC-AL( Fiber Channel Arbitrated Loop）光纤通道仲裁环pFC-AL是一种双端口的串行存储接口pFC-AL支持全双工工作方式pFC-AL利用类似SATA/SAS所用的4芯连接，提供一种单环拓扑结构，一个控制器能访问126个硬盘硬盘常用接口 FC接口Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 21硬盘常用接口 NL SASlNL SAS 采用SAS接口、SATA 盘体，也叫近线SAS。类别类别时效性时效性容量容量性能性能访问速度访问速度成本成本在线即时服务小高快高

13、近线非即时的较大低较快低离线大低慢低Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 22SAS、NL-SAS与SATA的应用比较SASNL-NASSATA优势高可能性高性能原生支持SCSI支持双端访问高级容错技术原生支持SCSI支持双端访问高级容错技术大容量低功耗大容量低功耗推荐场景业务量大访问频率较高以小数据块居多数据较为离散的高/中端用户更适合大数据块业务压力不大的用户使用适合大数据块业务压力不大的用户使用Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. A

14、ll rights reserved. Page 23目录1.存储的应用环境介绍2.存储介质存储介质2.1 机械硬盘2.2 SSD硬盘硬盘3.主机与应用Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 24SSD简介SSD硬件结构原理l无高速旋转部件，性能高，功耗低l多通道并发，通道内Flash颗粒复用时序l支持TCQ/NCQ，一次响应多个IO请求l典型响应时间低于0.1msDDR内存备用电源SAS接口FLASH6Gbps多通道并发SSD控制器SSD架构框图Copyright 2013 Huawei T

15、echnologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 25SSD性能优势l响应时间短p机械硬盘的机械特性导致大部分时间浪费在寻道和机械延迟上，数据传输效率受到严重制约。l读写效率高p机械硬盘在进行随机读写操作时，磁头不停地移动，导致读写效率低下，而SSD通过内部控制器计算出数据的存放位置，直接进行存取操作，故效率高。SSD技术性能优势VSIP/FC SAN传统HDD存储系统SSD存储系统寻道时间I/OI/O机械延迟时间Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Pa

16、ge 26SSD功耗优势2块250块20004000SSDFC HDD约400倍100K 读读IOPS功耗对比功耗对比热图对比热图对比功耗(W)SSD硬盘机械硬盘Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 27SSD的环境适应优势lSSD不含高速旋转的机械结构部件，可经得住严苛的环境考验，以华为SSD硬盘为例：pHSSD可承受振动加速度16.4G，机械硬盘一般为0.5G以下pHSSD抗冲击1500G，机械硬盘一般为70G左右lHSSD使用专用设备做过如下测试：p静压试验、跌落试验、随机振动试验、冲

17、击试验、碰撞试验Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 28SSD在存储中的应用访问频率 数据分布ACBSSD介质 FC/SAS磁盘 SATA/NL-SAS/磁带 lA级应用：以高并发随机读写为主，如数据库应用；lB级应用：顺序读写的大容量文件、图片、流媒体等；lC级应用：已备份数据为主，或极少使用的数据。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 29目录1.存储的应用环境介绍2.存储介质3.主

18、机与应用主机与应用3.1 主机硬件系统主机硬件系统3.2 主机软件系统3.3 主机管理Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 30主机核心组件CPUCPU存储设备存储设备I/OI/O设备设备Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 31CPU的组成lCPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。存储器运算器控制器输入设备输出设备CPU数据信号控制信号Copyrig

19、ht 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 32CPU的指令集lCICS指令集pIntel X86架构的CPUlRISC指令集pPowerPC处理器、SPARC处理器lEPIC指令集pIntel的安腾Itanium CPUCopyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 33CPU的指令集lCICS指令集pIntel X86架构的CPUlRISC指令集pPowerPC处理器、SPARC处理器lEPIC指令集pIntel的

20、安腾Itanium CPUCopyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 34内存分类Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 35存储设备硬盘磁带光盘硬盘：硬盘：是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成磁带：磁带：是一种用于记录声音、图像、数字或其他信号的载有磁层的带状材料，是产量最大和用途最广的一种磁记录材料光盘：光盘：光盘以光信息做为存储物的载体软盘软盘：软盘的读写通过软盘

21、驱动器完成Flash存储：存储：一种不挥发的内存器件软盘Flash存储Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 36I/O设备l用户主机l主机主机l主机外存Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 37什么是总线?l计算机总线是计算机内部各个组件之间，或者在不同的计算机之间进行数据传输的公共通路。CPU缓存缓存内存内存南桥I/O控制器控制器网络适配器网络适配器存储存储网络存储网络存储系统总线主机总

22、线I/O总线北桥Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 38什么是PCI-E总线?l Intel 在2001年春季的IDF上，正式公布了旨在取代PCI总线的第三代I/O 技术，最后却被正式命名为PCI- Express ，Express 意思是高速、特别快的意思。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 39PCI-E的优势热挺拔热交换双通道高速率兼容PCI多点虚拟通道点对点独享带宽优势Copy

23、right 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 40目录1.存储的应用环境介绍2.存储介质3.主机与应用主机与应用3.1 主机硬件系统3.2 主机软件系统主机软件系统3.3 主机管理Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 41逻辑卷管理器l逻辑卷管理器（Logical Volume Manage,LVM）p逻辑卷（Logical Volume）p卷组（Volume Group）p物理卷（Physical Vo

24、lume）LVLVPVPVPVVGCopyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 42文件系统l文件系统：是指把文件存储于硬盘时所必须的数据结构及硬盘数据的管理方式。文件分区表文件地址文件地址主机：文件系统数据区Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 43文件系统功能文件系统功能管理空间文件名映射文件操作文件共享存储方法Copyright 2013 Huawei Technologies Co., L

25、td. All rights reserved. Page 44操作系统的主要功能l进程管理（Processing management）l内存管理（Memory management）l网络通讯（Networking）l安全机制（Security）l用户界面（User interface）l驱动程序（Device drivers）Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 45主机存储应用系统调用接口硬盘文件系统设备驱动FC网卡FC驱动网卡驱动存储设备主机主机Copyright 2013 Hua

26、wei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 46目录1.存储的应用环境介绍2.存储介质3.主机与应用主机与应用3.1 主机硬件系统3.2 主机软件系统3.3 主机管理主机管理Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 47IPMIlIPMI是智能型平台管理接口（Intelligent Platform Management Interface）的缩写，是管理基于 Intel结构的企业系统中所使用的外围设备采用的一种工业标准。1998年I

27、ntel、DELL、HP及NEC共同提出IPMI规格2001年IPMI从1.0版改版至1.5版2004年Intel发表了IPMI 2.0的规格Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 48IPMI的工作原理lIPMI的核心是一个专用芯片/控制器(叫做服务器处理器或基板管理控制器(BMC)，其并不依赖于服务器的处理器、BIOS或操作系统来工作，是一个单独在系统内运行的无代理管理子系统。CPU内存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登录BMC配置界面Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 51虚拟媒体l虚拟媒体功能将客户端的物理光驱或是ISO文件虚拟成服务器的内置光驱来使用。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Pag

29、e 52服务器系统启动选项l系统第一启动设备选项信息，包括：硬盘、光驱、软驱/可拔插移动设备、PXE(Pre-boot Execution Environment)及未配置。该设置为一次生效，系统在下次启动后该设置将失效。Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 53管理网口配置Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 54远程控制服务器上下电Copyright 2013 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 55思考题1.硬