数据中心环境课件

信息存储与管理南阳医学高等专科学校卫生管理系信息存储与管理南阳医学高等专科学校卫生管理系Page

2第二章数据中心环境主机、连接、存储设备块级别和文件级别访问存储介质和设备磁盘部件逻辑块寻址Page2第二章数据中心环境主机、连接、存储设备块级别Page

3数据中心环境的组成数据中心环境由主机、存储、连接、应用和数据库管理系统五部分组成。物理部件：总线、接口、电缆、光纤等逻辑部件（协议）：PCI、IDE/ATA、SCSI连接存储设备内存外存RAM:RamdomAccessMemory随机存取存储器ROM:ReadOnlyMemory只读存储器硬盘、软盘、磁带（磁性介质）CD-ROMDVD-ROM（光学介质）Page3数据中心环境的组成Page

42.1应用应用指的是一个提供计算操作逻辑的计算机程序。

应用向底层操作系统发起请求，对存储系统进行读写操作。数据中心环境应用：业务应用基础设备管理应用数据保护应用安全应用Page42.1应用应用指的是一个Page

52.2数据库管理系统（DBMS）数据库是一种结构化存储数据的方式。

数据库管理系统控制数据库的创建、维护、使用。

数据库管理系统处理：应用对数据的操作请求对操作系统发出指令对存储设备中的相应数据进行读写Page52.2数据库管理系统（DBMS）Page

62.3主机运行应用程序的计算机被称作“主机”或“计算系统”。主机由：CPU、内存、I/O设备、软件组成。CPU包括：算术逻辑单元控制单元寄存器一级缓存主机上的内存有两种：RAM:RamdomAccessMemory随机存取存储器ROM:ReadOnlyMemory只读存储器Page62.3主机运行应用程序的计算机被称作Page

72.3.1操作系统在传统的计算环境中，操作系统控制着计算的所有方面：负责应用和计算物理部件之间的协作提供访问数据的应用负责监测用户行为和环境负责管理硬件资源的分配执行基本的存储管理任务在虚拟计算环境中，虚拟层处于操作系统和硬件资源之间：操作系统只进行与应用交互相关的活动Page72.3.1操作系统在传统的计算环境中，Page

82.3.1内存的虚拟化内存决定了一个主机可以运行的应用的大小和数量。内存的虚拟化允许多个应用和进程，在其内存需求之和大于可用内存的情况下，依然可以运行且互不影响。Page82.3.1内存的虚拟化内存决定了一个Page

92.3.2设备驱动设备驱动用于实现操作系统与某种设备的交互。设备驱动让操作系统识别、访问和控制设备。Page92.3.2设备驱动设备驱动用于实现操作系Page

102.3.3卷管理器硬盘驱动器：一组连续的物理块逻辑卷管理器（LVM）：管理逻辑和物理存储设备的软件磁盘分区：硬盘驱动器被划分为几个逻辑卷Page102.3.3卷管理器硬盘驱动器：一组Page

112.3.4文件系统文件是有关联关系的记录中数据的集合。文件系统是大量文件的分层组织结构。文件系统的作用：使得数据文件的访问变得更加容易；负责控制对文件的存取；对文件进行创建修改删除和访问操作；Page112.3.4文件系统文件是有关联关系Page

122.3.5计算虚拟化计算虚拟化是从操作系统中屏蔽或抽象物理硬件的技术计算虚拟化使得在一台物理机器或者机器集群上可以同时运行多个操作系统。虚拟机是一个逻辑实体，但在操作系统看来，它却是一个有自己CPU、内存、网络控制器和磁盘的物理主机。Page122.3.5计算虚拟化计算虚拟化是从Page

132.4连接连接指的是各个主机之间或者主机同其他外围设备之间的互连。主机和存储设备之间的连接和通信通过物理部件和接口协议实现。连接主机和存储的硬件：主机接口设备、端口、线缆。Page132.4连接连接指的是各个主机之间或Page

142.4.2接口协议常用的存储设备接口IDE:IntegratedDriveElectronics，电子集成驱动器SCSI:SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口FC:FiberChannel光线通道上一讲中，有介绍硬盘的接口IDE/ATASATASASSCSIFCIDE/ATA、SATA、SAS、SCSI、FC都是主机与存储设备通信的预定义协议，它们都集成在硬盘驱动器的控制器上。Page142.4.2接口协议常用的存储设备接Page

152.4连接

集成电路设备/高级技术(IntegratedDeviceElectronic/AdwancedTechnologyAttachment,IDE/ATA)磁盘支持IDE协议。IDE协议定义了连接到主板上控制器的规范。ATA协议规定了存储设备到主板的连接接口。IDE/ATA拥有多种标准和命名，如ATA、ATA/ATAPI、EIDE、ATA-2、FastATA、ATA-3、UltraATA以及UlreaDMA等，最新的支持133MB/s的吞吐率。IDE/ATA磁盘性能良好且价格低廉，成为很受欢迎并被广泛使用的硬盘。Page152.4连接SATA(SerialATA)是IDE/ATA规范的一个串行版本，目的是取代ATA技术。SATA很大的特点就是它支持热插拔。SATA提供点对点，距离可达1米的连接，数据传输率可达150MB/s，增强的甚至可达600MB/s。SATASATAPage

172.4连接SCSI接口技术SCSI（SmallComputerSystemInterface），小型计算机系统接口；并行SCSI使得I/O总线不再是系统的瓶颈，可以使系统具有更高的输入/输出性能；SCSI提供的高质量信号支持可靠、持续的数据传输速率；SCSI比IDE速度快，因为SCSI接口卡中自带CPU；SCSI支持热插拔；SCSI支持多硬盘。Page172.4连接SCSI接口技术Page

182.4连接硬盘接口技术－光纤通道(Fibre

Channel):和SCSI接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，是专门为网络系统设计的，但随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。

光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计，能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。Page182.4连接硬盘接口技术－光纤通道(Page

19物理磁盘的结构磁盘以N级、S级表示0、1不同于数据流以高低电平表示0、1磁头悬浮Page19物理磁盘的结构磁盘以N级、S级表示0、1磁Page

20物理磁盘的结构磁道：一组同心圆环， 一个盘面可容 纳几千个磁道。扇区：存储系统中可单 独被寻址的最小 单位， 容量为512k。Page20物理磁盘的结构磁道：一组同心圆环，Page

21磁盘定位CHS编号：早期的磁盘利用物理地址，包含了柱面（Cylinder）、磁头（Head）、扇区（Secor）的编号，在磁盘上进行定位。以扇区为寻址单位LBA（逻辑块寻址）：使用线性地址访问逻辑块的数据，简化寻址过程。逻辑块：将几个扇区组合成整体并编号作用操作系统掌握LBA，磁盘控制器负责将LBA转化为CHSPage21磁盘定位CHS编号：早期的磁盘利用物理地址Page

22磁盘驱动器的性能磁盘服务时间寻道时间+旋转延迟+数据传输速率Page22磁盘驱动器的性能磁盘服务时间寻道时间Page

23寻道时间读写头在盘面上移动（沿着盘面半径方向）进行定位的时间，也就是移动驱动臂将读写头移动到正确的磁道上所需要的时间。平均寻道时间为3—15msPage23寻道时间读写头在盘面上移动（沿着盘Page

24旋转延迟盘片旋转，定位读写头下方的数据（扇区）所消耗的时间转速5400r/min的磁盘，平均旋转延迟约5.5ms转速15000r/min的磁盘。平均旋转延迟约2.0msPage24旋转延迟盘片旋转，定位读写头下方的数据（扇Page

25数据传输速率DataTransferRate，指每个单位时间内磁盘能够传输到主机总线适配器（HBA）的平均数据量数据传输要计算数据传输速率，首先要明白读写操作的过程：Page25数据传输速率DataTransferRPage

262.8主机对数据的访问IDE/ATA和SCSI广泛应用于小型和个人计算环境下对内部存储的访问。光纤通道和iSCSI协议则用于访问外部存储设备上的数据。直连存储（DAS）：外部存储设备直连到主机上的形式。Page262.8主机对数据的访问IDE/ATPage

27通过网络访问数据的方式：块级别访问（Block-levelAccess）是磁盘访问的基本机制。数据通过指定逻辑块地址进行磁盘存储和数据查询。文件级别的访问（File-levelAccess）是块级别访问的一个抽象。通过指定文件名和路径来访问数据。它通过底层进行块级别访问，对上则为应用程序屏蔽了逻辑块编址（LBA）的复杂性。对象级别访问（Object-levelAccess）是数据访问向智能化发展迈出的第一步。这里的对象是访问和存储数据的基本单位。数据通过分类的方式来组织和管理，并通过唯一的对象标识符加以区别Page27通过网络访问数据的方式：块级别访问（BloPage

282.9直连存储定义：直连存储(Direct-AttachedStorage,DAS)是一种存储器直接连接到服务器的架构。主机内部的磁盘，磁带库和直接连接的外部磁盘组，都是DAS的实例。DAS架构仍是少量服务器访问和共享本地数据的理想方案，DAS适合小型企业、部门、个人，也可以作为中型企业的文件服务器和邮件服务器，以及大型企业SAN和NAS的辅助。分类：1，内部DAS：存储设备通过串行或并行总线连接到主机。2，外部DAS：服务器直接连接到外部存储设备，之间采用SCSI或FC协议进行通信。Page282.9直连存储定义：直连存储(DirPage

29直连存储DAS的优缺点DAS的优点：相对其他存储架构，只需较低的前期投资简单快捷的部署，基于主机操作系统便可安装管理设置操作的软硬件少，管理任务少DAS的缺点：不易扩展。有限的端口和带宽限制了存储设备数量和I/O处理能力。无法优化资源使用。未被使用的资源不能方便的重新分配，导致过载或欠载的孤立存储池。对服务器的依赖性比较强，对其性能要求也比较高。Page29直连存储DAS的优缺点DAS的优点：Page

302.12闪存盘简介企业级闪存盘——EFD：NAND闪存技术基于单级单元的闪存写入平衡技术Page302.12闪存盘简介企业级闪存盘——演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！信息存储与管理南阳医学高等专科学校卫生管理系信息存储与管理南阳医学高等专科学校卫生管理系Page

33第二章数据中心环境主机、连接、存储设备块级别和文件级别访问存储介质和设备磁盘部件逻辑块寻址Page2第二章数据中心环境主机、连接、存储设备块级别Page

34数据中心环境的组成数据中心环境由主机、存储、连接、应用和数据库管理系统五部分组成。物理部件：总线、接口、电缆、光纤等逻辑部件（协议）：PCI、IDE/ATA、SCSI连接存储设备内存外存RAM:RamdomAccessMemory随机存取存储器ROM:ReadOnlyMemory只读存储器硬盘、软盘、磁带（磁性介质）CD-ROMDVD-ROM（光学介质）Page3数据中心环境的组成Page

352.1应用应用指的是一个提供计算操作逻辑的计算机程序。

应用向底层操作系统发起请求，对存储系统进行读写操作。数据中心环境应用：业务应用基础设备管理应用数据保护应用安全应用Page42.1应用应用指的是一个Page

362.2数据库管理系统（DBMS）数据库是一种结构化存储数据的方式。

数据库管理系统控制数据库的创建、维护、使用。

数据库管理系统处理：应用对数据的操作请求对操作系统发出指令对存储设备中的相应数据进行读写Page52.2数据库管理系统（DBMS）Page

372.3主机运行应用程序的计算机被称作“主机”或“计算系统”。主机由：CPU、内存、I/O设备、软件组成。CPU包括：算术逻辑单元控制单元寄存器一级缓存主机上的内存有两种：RAM:RamdomAccessMemory随机存取存储器ROM:ReadOnlyMemory只读存储器Page62.3主机运行应用程序的计算机被称作Page

382.3.1操作系统在传统的计算环境中，操作系统控制着计算的所有方面：负责应用和计算物理部件之间的协作提供访问数据的应用负责监测用户行为和环境负责管理硬件资源的分配执行基本的存储管理任务在虚拟计算环境中，虚拟层处于操作系统和硬件资源之间：操作系统只进行与应用交互相关的活动Page72.3.1操作系统在传统的计算环境中，Page

392.3.1内存的虚拟化内存决定了一个主机可以运行的应用的大小和数量。内存的虚拟化允许多个应用和进程，在其内存需求之和大于可用内存的情况下，依然可以运行且互不影响。Page82.3.1内存的虚拟化内存决定了一个Page

402.3.2设备驱动设备驱动用于实现操作系统与某种设备的交互。设备驱动让操作系统识别、访问和控制设备。Page92.3.2设备驱动设备驱动用于实现操作系Page

412.3.3卷管理器硬盘驱动器：一组连续的物理块逻辑卷管理器（LVM）：管理逻辑和物理存储设备的软件磁盘分区：硬盘驱动器被划分为几个逻辑卷Page102.3.3卷管理器硬盘驱动器：一组Page

422.3.4文件系统文件是有关联关系的记录中数据的集合。文件系统是大量文件的分层组织结构。文件系统的作用：使得数据文件的访问变得更加容易；负责控制对文件的存取；对文件进行创建修改删除和访问操作；Page112.3.4文件系统文件是有关联关系Page

432.3.5计算虚拟化计算虚拟化是从操作系统中屏蔽或抽象物理硬件的技术计算虚拟化使得在一台物理机器或者机器集群上可以同时运行多个操作系统。虚拟机是一个逻辑实体，但在操作系统看来，它却是一个有自己CPU、内存、网络控制器和磁盘的物理主机。Page122.3.5计算虚拟化计算虚拟化是从Page

442.4连接连接指的是各个主机之间或者主机同其他外围设备之间的互连。主机和存储设备之间的连接和通信通过物理部件和接口协议实现。连接主机和存储的硬件：主机接口设备、端口、线缆。Page132.4连接连接指的是各个主机之间或Page

452.4.2接口协议常用的存储设备接口IDE:IntegratedDriveElectronics，电子集成驱动器SCSI:SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口FC:FiberChannel光线通道上一讲中，有介绍硬盘的接口IDE/ATASATASASSCSIFCIDE/ATA、SATA、SAS、SCSI、FC都是主机与存储设备通信的预定义协议，它们都集成在硬盘驱动器的控制器上。Page142.4.2接口协议常用的存储设备接Page

462.4连接

集成电路设备/高级技术(IntegratedDeviceElectronic/AdwancedTechnologyAttachment,IDE/ATA)磁盘支持IDE协议。IDE协议定义了连接到主板上控制器的规范。ATA协议规定了存储设备到主板的连接接口。IDE/ATA拥有多种标准和命名，如ATA、ATA/ATAPI、EIDE、ATA-2、FastATA、ATA-3、UltraATA以及UlreaDMA等，最新的支持133MB/s的吞吐率。IDE/ATA磁盘性能良好且价格低廉，成为很受欢迎并被广泛使用的硬盘。Page152.4连接SATA(SerialATA)是IDE/ATA规范的一个串行版本，目的是取代ATA技术。SATA很大的特点就是它支持热插拔。SATA提供点对点，距离可达1米的连接，数据传输率可达150MB/s，增强的甚至可达600MB/s。SATASATAPage

482.4连接SCSI接口技术SCSI（SmallComputerSystemInterface），小型计算机系统接口；并行SCSI使得I/O总线不再是系统的瓶颈，可以使系统具有更高的输入/输出性能；SCSI提供的高质量信号支持可靠、持续的数据传输速率；SCSI比IDE速度快，因为SCSI接口卡中自带CPU；SCSI支持热插拔；SCSI支持多硬盘。Page172.4连接SCSI接口技术Page

492.4连接硬盘接口技术－光纤通道(Fibre

Channel):和SCSI接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，是专门为网络系统设计的，但随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。

光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计，能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。Page182.4连接硬盘接口技术－光纤通道(Page

50物理磁盘的结构磁盘以N级、S级表示0、1不同于数据流以高低电平表示0、1磁头悬浮Page19物理磁盘的结构磁盘以N级、S级表示0、1磁Page

51物理磁盘的结构磁道：一组同心圆环， 一个盘面可容 纳几千个磁道。扇区：存储系统中可单 独被寻址的最小 单位， 容量为512k。Page20物理磁盘的结构磁道：一组同心圆环，Page

52磁盘定位CHS编号：早期的磁盘利用物理地址，包含了柱面（Cylinder）、磁头（Head）、扇区（Secor）的编号，在磁盘上进行定位。以扇区为寻址单位LBA（逻辑块寻址）：使用线性地址访问逻辑块的数据，简化寻址过程。逻辑块：将几个扇区组合成整体并编号作用操作系统掌握LBA，磁盘控制器负责将LBA转化为CHSPage21磁盘定位CHS编号：早期的磁盘利用物理地址Page

53磁盘驱动器的性能磁盘服务时间寻道时间+旋转延迟+数据传输速率Page22磁盘驱动器的性能磁盘服务时间寻道时间Page

54寻道时间读写头在盘面上移动（沿着盘面半径方向）进行定位的时间，也就是移动驱动臂将读写头移动到正确的磁道上所需要的时间。平均寻道时间为3—15msPage23寻道时间读写头在盘面上移动（沿着盘Page

55旋转延迟盘片旋转，定位读写头下方的数据（扇区）所消耗的时间转速5400r/min的磁盘，平均旋转延迟约5.5ms转速15000r/min的磁盘。平均旋转延迟约2.0msPage24旋转延迟盘片旋转，定位读写头下方的数据（扇Page

56数据传输速率DataTransferRate，指每个单位时间内磁盘能够传输到主机总线适配器（HBA）的平均数据量数据传输要计算数据传输速率，首先要明白读写操作的过程：Page25数据传输速率DataTransferRPage

572.8主机对数据的访问IDE/ATA和SCSI广泛应用于小型和个人计算环境下对内部存储的访问。