存储初级培训存储技术基础

1、存储初级培训存储技术基础第1页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三ATA与SATAPC/工作组级廉价容量大第2页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三2SCSi、SAS与FCSCSI (Small Computer System Interface)SAS(Serial Attached SCSI)FC（Fibre Channel）第3页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三3RAID技术RAID为廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks） RAID技术将一个个单独的磁盘以不同的组合方式形成一个逻辑硬

2、盘，从而提高了磁盘读取的性能和数据的安全性。 不同的组合方式用RAID级别来标识。 RAID技术是由美国加州大学伯克利分校D.A. Patterson教授在1988年提出的，作为高性能、高可靠的存储技术，在今天已经得到了广泛的应用。第4页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三4RAID0-RAID0应用于对读取性能要求较高但所存储的数据为非重要数据的情况下。RAID0也称为条带化（stripe），将数据分成一定的大小顺序的写道阵列的磁盘里，RAID0可以并行的执行读写操作，可以充分利用总线的带宽，理论上讲，一个由N个磁盘组成的RAID0系统，它的读写性能将是单个磁盘读取性能的N倍

3、。 一个明显的缺点：不提供数据冗余保护，一旦数据损坏，将无法恢复。 第5页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三5RAID1RAID1镜像（mirror），它将数据完全一致的分别写到工作磁盘和镜像磁盘，因此它的磁盘空间利用率为50，在数据写入时时间会有影响，但是读的时候没有任何影响，RAID1提供了最佳的数据保护，一旦工作磁盘发生故障，系统自动从镜像磁盘读取数据，不会影响用户工作。第6页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三6RAID3RAID3采用一个硬盘作为校验盘，其余磁盘作为数据盘，数据按位或字节的方式交叉的存取到各个数据盘中。 不同磁盘上同一带区的数据做异或

4、校验，并把校验值写入到校验盘中。 第7页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三7RAID3RAID3系统在完整的情况下读取时没有任何性能上的影响，读性能与RAID0一致，却提供了数据容错能力 写时性能大为下降，因为每一次写操作，即使是改动某个数据盘上的一个数据块，也必须根据所有同一带区的数据来重新计算校验值写入到校验盘中，一个写操作包含了写入数据块，读取同一带区的数据块，计算校验值，写入校验值等操作，系统开销大为增加。RAID3的校验盘在系统接受大量的写操作时容易形成性能瓶颈，因而适用于有大量读操作如web系统以及信息查询等应用或持续大块数据流（例如非线性编辑）的应用。第8页，共

5、41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三8RAID5RAID5与RAID3的机制相似，但是数据校验的信息被均匀的分散到的阵列的各个磁盘上，这样就不存在并发写操作时的校验盘性能瓶颈。 RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢 第9页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三9RAID6RAID 6提供两级冗余，即阵列中的两个驱动器失败时，阵列仍然能够继续工作。RAID 6的实现代价最高，因为RAID 6不仅要支持数据的恢复，又要支持校验的恢复，这使RAID 6控制器比其他级R A I D更复杂和更昂

6、贵。当对每个数据块执行写操作时， RAID 6做两个独立的校验计算，因此，它能够支持两个磁盘的失败。 RAID 6的第一种方法是用两种不同的方法计算校验数据。实现这个思想最容易的方法之一是用两个校验磁盘支持数据磁盘，第一个校验磁盘支持一种校验算法，而第二个磁盘支持另一种校验算法，使用两种算法称为P + Q校验。 通过求解带有两个变量的方程，可以恢复两个磁盘上的数据，这是一个代数方法，可以由硬件辅助处理器加速求解。 第10页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三10RAID10RAID10是RAID1和RAID0的结合，也称为RAID（0+1），先做镜像然后做条带化，既提高了系统的

7、读写性能，有提供了数据冗余保护 第11页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三11RAID01RAID01也是RAID0和RAID1的结合，但它是对条带化后的数据进行镜像。但与RAID10 不同，一个磁盘的丢失等同于整个镜像条带的丢失，所以一旦镜像盘失败，则存储系统成为一个RAID-0 系统（即只有条带化）。RAID01的实际应用非常少。第12页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三12JBODJBOD(Just Bundle Of Disks)译成中文可以是“简单磁盘捆绑”，通常又称为Span。 JBOD 不是标准的RAID级别，它只是在近几年才被一些厂家提出，并

8、被广泛采用。Span是在逻辑上把几个物理磁盘一个接一个串联到一起，从而提供一个大的逻辑磁盘。Span上的数据简单的从第一个磁盘开始存储， 当第一个磁盘的存储空间用完后， 再依次从后面的磁盘开始存储数据。第13页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三13RAID对比RAID级*RAID-0RAID-1RAID-5RAID-10RAID-50别名条带镜象分布奇偶位条带镜象阵列条带分布奇偶阵列条带容错性没有有有有有冗余类型没有复制奇偶位复制奇偶位热备盘选项没有有有有有需要的磁盘数一个或多个只需2个三个或更多只需4个6，8，10，12，14，16可用容量NN/2（n-1）/nN/2n-2

9、/n第14页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三14RAID重构对于raid10，当一块磁盘失效时，进行数据重构的操作只是复制一个新磁盘，如果假定磁盘的容量为250G，那么复制的数据量为250G。对于raid5的存储阵列，则需要从每块磁盘中读取数据，经过重新计算得到一块硬盘的数据量，如果raid5是以4+1的方式组建，每块磁盘的容量也为250G，那么，需要在剩余的4个磁盘中读出总共是1000G的数据量计算得出250G的数据。第15页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三15FC vs SCSI对比SCSIFibre Channel Switched Fabric连

10、接设备151600万距离限制25 米10 公里最大带宽160 MB/sec 200 MB/sec多协议支持不支持支持管理支持不支持支持(telnet, SES, SNMP, GUI, API)第16页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三16NAS存储架构设备组成操作系统磁盘管理NetWin110, 200操作系统NAS网关磁盘扩展第17页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三17SAN存储架构设备组成光纤存储设备光纤Switch光纤HBA卡光纤线缆第18页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三18光纤存储设备光纤主机通道高性能强大扩展能力内部架构第1

11、9页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三19光纤存储内部架构存储处理器风扇风扇风扇电源电源独立电源独立电源存储处理器 SP 光纤通道 x 2镜像缓存FCCPU SP 光纤通道 x 2镜像缓存CPUFCLCCLCCLCCLCCLCCLCCCMI 第20页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三20光纤交换机Fiber Channel交换机SAN专用交换机FCSW2 或 FC-AL2协议8、16、32 、64、128端口端口SFP第21页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三21光纤HBA卡Host Bus Adapter，是总线外插设备，遵循各类总线标准

12、，例如PCI、PCIX、Compact PCI插在服务器的PCI总线上，与FC交换机连接是一个I/O设备，类似于SCSI卡和网卡，将PCI信号和光纤通道信号进行相互转换第22页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三22线缆物理介质: 串行接口 介质类型: 铜线或者光纤铜线有:DB9 (serial port-style)HSSDC (Ethernet-style)介质类型速度距离9微米单模光纤100 MB/s (1G)200 MB/s (2G)1G 最多10 km2G 最多 2 km50或者 62.5 微米多模光纤100 MB/s (1G)200 MB/s (2G)1G 最多 5

13、00 m2G 最多200 m铜线100 MB/s (1G)200 MB/s (2G)1G 最多 30 m2G 最多 10 mLCSCDB9HSSDC第23页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三23Part4：存储方案基础第24页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三存储方案概述高可用方案备份方案冗灾方案第25页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三25高可用方案的实现方式主机端的应用高可用性数据传输的不间断性磁盘存储的冗余保护机制第26页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三26存储高可用方案双机高可用公共网络私有网络主服务器备份服务器

14、SCSI客户端LCHA概念要素实现方式作用第27页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三27路径冗余保护-路径不中断路径冗余软件自动切换;动态负载均衡多路径设计第28页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三28多重RAID保护机制RAID0、RAID1、RAID5、RAID0+1、RAID50第29页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三29RAID保护-RAID0MIEANJFBOKGCEtc.LHDO N M L K J I H G F E D C B ADisk1Disk2Disk3Disk4读写速度快无数据保护能力第30页，共41页，2022年

15、，5月20日，0点4分，星期三30RAID保护-RAID1DCBADCBAD C B ADisk1Disk2读写速度不变数据保护能力强=第31页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三31RAID保护-RAID5ParityGDAJParityEBKHParityCEtc.IFParityK J I H G F E D C B ADisk1Disk2Disk3Disk4读写速度快数据保护能力校验ABXOR Result000011101110第32页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三32RAID保护-RAID0+1GECAHFDBGECAHFDBDisk1Disk

16、2Disk3Disk4=RAID0RAID0RAID1第33页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三33RAID对比RAID级*RAID-0RAID-1RAID-5RAID-10RAID-50别名条带镜象分布奇偶位条带镜象阵列条带分布奇偶阵列条带容错性没有有有有有冗余类型没有复制奇偶位复制奇偶位热备盘选项没有有有有有需要的磁盘数一个或多个只需2个三个或更多只需4个6，8，10，12，14，16可用容量NN/2（n-1）/nN/2n-2/n第34页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三34存储备份方案网络备份方案LAN-Free备份方案第35页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三35存储网络备份方案优点：集中备份，充分利用磁带库资源缺点：占用网络资源要求：可解决网络带宽在备份和恢复时的大量占用TCP/IP Network备份服务器阵列/磁带库NO第36页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三36存储LAN-Free备份方案备份服务器阵列/磁带库优点：备份速度快磁带库第37页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三37存储异地冗灾方案复制Failover远程集群第38页，共41页，2022年，5月20日，0点4分，星期三38存储数据复制与镜像方案同步和异步最远支持 200 km光纤通道或 AT