专题8《磁盘阵列技术基础培训》(V10)

磁盘阵列技术基础培训作者：仇殿工号：031771、磁盘阵列发展历史2、磁盘阵列基础技术3、磁盘阵列术语概念4、磁盘阵列系统架构5、磁盘阵列的分类6、磁盘阵列主流厂商磁盘阵列发展历史－为什么需要磁盘阵列随着服务器性能的提高，如下三个问题逐渐成为制约因素：（1）硬件存储容量的更新虽然日新月异，但是仍然无法满足几何级数增长的存储容量要求。

-如何满足数据存储容量需求?（2）硬件存储容量记录在不断的刷新，但是由于数据的读写动作是一种机械操作，所以速度的提高就受到现实电子技术和机械技术发展的制约，无法满足日益增长的读写速度的需求。

-如何增加磁盘的存取(access)速度?（3）随着数据量的增加，数据的安全逐步引起大家的普遍关注。

-如何防止数据因磁盘的故障而丢失?磁盘阵列发展历史－什么是磁盘阵列3块73G的物理磁盘7块73G的物理磁盘219GB逻辑盘组(3x73)511GB逻辑盘组(7x73)把磁盘的存储空间整合起来，形成大的连续的存储空间磁盘阵列发展历史－磁盘阵列发展历程SCSI磁盘阵列5MB/s传输速度的SCSI-1160MB/s传输速度的Ultra160320MB/s传输速度的Ultra320FC磁盘阵列1GbFC磁盘阵列2GbFC磁盘阵列4GbFC磁盘阵列iSCSI磁盘阵列1Gb磁盘阵列10Gb磁盘阵列1、磁盘阵列发展历史2、磁盘阵列基础技术3、磁盘阵列术语概念4、磁盘阵列系统架构5、磁盘阵列的分类6、磁盘阵列主流厂商磁盘阵列基础技术数据跨盘（Spanning）技术RAID组技术–RAID0/1/3/5/6/10/30/50等可靠性和可用性技术虚拟磁盘（VirtualDisk）技术热备盘技术写cache技术磁盘阵列基础技术－数据跨盘技术定义磁盘阵列基础技术－RAID技术RAID:

RAID是RedundantArrayofInexpensiveDisks的缩写，有多种级别，提高的磁盘可靠性和性能，视用户的操作环境（operatingenvironment）及应用（application）而定，与level的高低没有必然的关系。多种级别

每个等级成本/性能/安全性可以通过软件和硬件来实现

采用硬RAID性能表现最好条带化是RAID的一个基本概念

通过串联多个磁盘驱动器来实现一个逻辑存储单元磁盘阵列基础技术－硬盘条带（DiskStriping,RAID0）

硬盘条带的方法把数据同时写到多个硬盘，而不是只写到一个硬盘上。磁盘阵列基础技术－硬盘镜像（RAID1）硬盘镜像（RAID1）是容错磁盘阵列技术最传统的一种形式，它最重要的优点是百分之百的数据冗余。磁盘阵列基础技术－条带加专用奇偶校验（RAID3）使用一个专用的磁盘存放所有的校验数据，其它磁盘条带的数据读写操作，达到数据的冗余和提供高容错性能。磁盘阵列基础技术－分布奇偶校验（RAID5）RAID5把奇偶位信息分散分布在硬盘子系统的所有硬盘上。（而不是使用专用的校验盘）磁盘阵列基础技术－条带加镜像（RAID10）

数据从控制器分出两路，首先把数据做条带化，随后分出来的每一路数据再分两路，做Mirroring操作，即互做镜像。磁盘阵列基础技术－条带加专用奇偶校验（RAID30）磁盘阵列基础技术－条带加分布奇偶校验（RAID50）磁盘阵列基础技术－异或逻辑运算基本原理

A与B值就代表了两个位，A与B一样时，XOR结果为0，A与B不一样时，XOR结果就是1，而且知道XOR结果和A与B中的任何一个数值，就可以反推出另一个数值。比如A为1，XOR结果为1，那么B肯定为0，如果XOR结果为0，那么B肯定为1。异或逻辑运算（XOR，eXclusiveOR）磁盘阵列基础技术－可靠性可靠性：指的是硬盘在给定条件下发生故障的概率磁盘阵列可以改善硬盘系统的可靠性。因为某一硬盘中的数据可以从其它硬盘的数据中重新产生出来（例如RAID1/3/5/10等），所以很少会有机会使整个硬盘系统失效。硬盘子系统的可靠性因而大大改善了。磁盘阵列基础技术－硬盘故障恢复技术硬盘故障恢复技术：通过镜像和RAID从硬盘故障中恢复数据,恢复数据的工作不用立即进行，因为系统可以在一个硬盘有故障的情况下正常工作。从镜像盘恢复数据磁盘阵列基础技术－可靠性和可用性技术RAID3/5/30/50RAID组中，故障硬盘通过无故障硬盘上存放的纠错（奇偶）码信息来重建数据从奇偶盘恢复数据可用性：指的是硬盘在某种用途中可能用的时间磁盘阵列基础技术－可用性冗余磁盘阵列允许单个硬盘出错，而继续正常工作。RAID组技术保证硬盘故障后的系统恢复时间也大大缩短。电源冗余控制器冗余链路冗余磁盘阵列基础技术－多路径端口链路Failover2,主机I/O转移到C1P1端口1.控制器1发现线缆发生故障3.主机选取新的通路LUN磁盘阵列基础技术－虚拟磁盘（VirtualDisk）技术卷的三个层次：物理磁盘、虚拟磁盘和逻辑卷。要建立卷，首先要根据不同的RAID策略，采用一块或者多块物理磁盘组成虚拟磁盘，然后在虚拟磁盘之上划出需要的空间建立卷。物理磁盘是单个的物理磁盘设备，用来进行数据的读写。虚拟磁盘包含多个物理磁盘，并被作为一个实体来进行数据的读写。磁盘阵列基础技术－热备盘技术如果其中的一个磁盘失效了，那么系统立刻自动采用未使用的磁盘顶替失效磁盘，进行镜像数据重构，这种机制称之为磁盘热备技术磁盘阵列基础技术－写cache技术（一）写操作处理模式有两种：WriteBack模式和WriteThrough模式。WriteBack模式：1.第一步，数据写入到控制器CACHE2.第二步，数据成功写入内部Cache之后就向主机返回数据已经写入到磁盘中，写操作完成磁盘3.第三步，数据从CACHE中刷新到磁盘中停电、写入时硬盘故障等将导致数据不完整性能较大提升数据写入速度磁盘阵列基础技术－写cache技术（二）WriteThrough模式:1.第一步，数据写入到控制器CACHE3.第三步，数据成功写入到磁盘之后，向主机返回写操作完成信息，写操作完成磁盘2.第二步，数据从CACHE中刷新到磁盘中数据不易丢失数据写入速度相比Write-Back较慢1、磁盘阵列发展历史2、磁盘阵列基础技术3、磁盘阵列术语概念4、磁盘阵列系统架构5、磁盘阵列的分类6、磁盘阵列主流厂商磁盘阵列术语概念JBOD逻辑盘CacheMirroring双控（Duplexing）主机适配器（HostAdapter）LogicalUnitNumber(LUN)WorldWideName(WWN)磁盘阵列术语概念－JBOD

在磁盘柜里包含了若干块磁盘无法提供磁盘故障冗余由独立的磁盘组成，不能有效提升磁盘的存取速度JBOD(JustBundleOfDisks)“简单磁盘捆绑”,通常又称为Span。JBOD不是标准的RAID级别.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磁盘阵列术语概念－逻辑盘(一)什么是系统逻辑盘?7块73G的物理磁盘511GB逻辑盘组(7x73)逻辑盘"0"(200GB)逻辑盘“1"(200GB)空闲的盘(111GB)通过RAID控制器，把磁盘阵列的存储容量分配给各主机操作系统，得到的磁盘驱动器磁盘阵列术语概念－逻辑盘(二）多种逻辑盘并存一个盘组逻辑盘0,20GBRAIDLevel0逻辑盘1,50GBRAIDLevel5逻辑盘2,30GBRAIDLevel03块物理磁盘（100G）组成一个盘组，3个逻辑盘每个逻辑盘都有唯一的RAID等级在一个盘组里，有分别不等RAID等级的逻辑盘磁盘阵列术语概念－CacheMirroring磁盘阵列术语概念－双控（Duplexing）这里指的是用二个控制器来控制一台磁盘阵列。其中一个控制器发生故障，另一个控制器马上接管。并可实现同时工作。在图中，黑色硬盘代表分配给A控制器，由A控制器负责管理磁盘阵列术语概念－主机适配器（HostAdapter）安装在服务器或工作站PCI插槽上，与磁盘阵列连接，进行数据信号通信iSCSIHBACardiSCSI磁盘阵列SCSIHBACardSCSI磁盘阵列FCHBACardFC磁盘阵列千兆网线SCSI线缆光纤线缆磁盘阵列术语概念－LogicalUnitNumber(LUN)SCSI通过LUNs来进行设备的寻址HostAdapterID7ControllerID1DiskDriveLUN0DiskDriveLUN1ControllerID2DiskDriveLUN0DiskDriveLUN1磁盘阵列术语概念－WorldWideName(WWN)

每一个设备的唯一标示就是WorldWideName(就像一个人的身份证，终身使用并不会修改)。光纤存储系统上的逻辑卷通过主机上的HBA卡（光纤通道卡）WWN号和主机建立连接。

10:00:00:60:69:00:60:02

生产厂商选择的16进制字符(Brocade选择1)FC标准预留IEEE定义生产厂商定义使用的设备:交换机,磁,磁带机/库,HBA卡NodeWWN:

20:00:00:60:69:00:60:02

PortWWN:生产厂商选择的16进制字符设备有一个或多个端口:交换机,磁带机/库,HBA卡1、磁盘阵列发展历史2、磁盘阵列基础技术3、磁盘阵列术语概念4、磁盘阵列系统架构5、磁盘阵列的分类6、磁盘阵列主流厂商磁盘阵列系统架构（一）常见的磁盘阵列组成部分：控制器磁盘扩展柜主存储=+控制器模块+磁盘扩展柜=控制器和磁盘柜分离控制器和磁盘柜一体磁盘阵列系统架构（二）磁盘阵列组成部分：控制器和磁盘柜分离控制模组-控制器磁盘阵列系统架构（三）磁盘阵列组成部分：控制器和磁盘柜分离控制模组－控制器磁盘阵列系统架构（四）磁盘阵列组成部分：控制器和磁盘柜分离磁盘模组－扩展柜磁盘阵列系统架构（五）磁盘阵列组成部分：控制器和磁盘柜一体控制器模块＋磁盘柜＋扩展柜磁盘阵列系统架构（六）磁盘阵列扩展连接架构图蓝线代表连接示意橙线代表光纤线缆扩展连接的时候，通过橙色的光纤线缆，控制器一采用从上往下的连接方式，控制器二采用从下往上的方式进行级联，从而避免了单台JBOD发生故障，导致整套系统发生故障。控制器一控制器二磁盘阵列系统架构（七）举例－－EMCCX500的整机硬件架构磁盘阵列系统架构（八）EMCCX500存储控制器结构磁盘阵列系统架构（九）HDS中低端存储控制器结构后端光纤口主处理器PowerPC中断处理HitachiASICRAID计算HitachiASIC缓存前端光纤口双路到后端磁盘到服务器和交换机磁盘阵列系统架构（十）IBM中低端存储控制器结构多个独立的IO通道，不会争夺等候资源共享533MB/s共享内存总线SharedMemoryBus拥有独立内存的多个处理单元，RAID校验的ASIC芯片没有性能影响，核心处理器专注于通道控制磁盘阵列系统架构（十一）EMCCX500业务信息结构SNMPNMS

(NetworkManagementStation)SNMP客户端管理带外以太网I/OPathMgmt主机/外部存储带外带内带内HostAgent带内RAIDControllersStorageSystemFibreChannel磁盘阵列系统架构（十二）磁盘阵列管理架构磁盘阵列系统架构（十三）磁盘阵列系统连接-直接连接Windows-ServerHBACardLinux-ServerHBACard磁盘阵列系统连接-网络连接Windows-ServerHBACardLinux-ServerHBACard磁盘阵列系统架构－（十四）2台服务器,使用HBA卡，通过交换机，和磁盘阵列建立连接磁盘阵列系统连接-FailoverWindows-ServerHBACard1Linux-ServerHBACard1磁盘阵列系统架构（十五）HBACard2HBACard22台服务器,分别装2块HBA卡，通过交换机，和磁盘阵列建立连接，当其中一条链路发生故障，通过故障切换软件，把数据切换到另一条链路上1、磁盘阵列发展历史2、磁盘阵列基础技术3、磁盘阵列术语概念4、磁盘阵列系统架构5、磁盘阵列的分类6、磁盘阵列主流厂商磁盘阵列的分类IDE磁盘阵列SATA磁盘阵列SCSI磁盘阵列产品技术介绍FC磁盘阵列产品技术介绍iSCSI磁盘阵列产品技术介绍

IDE-SCSI磁盘阵列，320/320MSCSI主机通道；

IDE-FC磁盘阵列，2GFC主机通道；支持IDE（PATA)磁盘支持双控制器单元8盘位/12盘位/16盘位等多种规格支持多种RAID（0/1/5/10/30/50)等多种级别产品成本低廉，单控价格在：18000－20000元，双控价格：35000－40000元产品特性：磁盘阵列的分类－IDE磁盘阵列磁盘阵列的分类－SATA磁盘阵列产品特性：

SATA-SCSI磁盘阵列，320/320MSCSI主机通道；

SATA-FC磁盘阵列，2GFC主机通道；支持SATA磁盘支持双控制器单元

8盘位/12盘位/16盘位等多种规格支持多种RAID（0/1/5/10/30/50)等多种级别产品成本低廉，单控价格在：19000－21000元，双控价格：39000－42000元磁盘阵列的分类－SCSI磁盘阵列产品特性：

SCSI-SCSI磁盘阵列，320/320MSCSI主机通道；支持SCSI磁盘支持双控制器单元

8盘位/12盘位/16盘位等多种规格支持多种RAID（0/1/5/10/30/50)等多种级别产品成本低廉，单控价格在：24000－30000元，双控价格：49000－51000元磁盘阵列的分类－FC磁盘阵列产品特性：

FC-FC磁盘阵列，2Gb/4Gb主机通道；支持FC磁盘支持双控制器单元

14/16盘位等多种规格支持多种RAID（0/1/5/10/30/50)等多种级别磁盘阵列的分类－iSCSI磁盘阵列

SATA/SAS/FC-GE磁盘阵列，1Gb主机通道；支持SATA/SAS/FC磁盘支持双控制器单元

14/16盘位等多种规格支持多种RAID（0/1/5/10/30/50)等多种级别1、磁盘阵列发展历史2、磁盘阵列基础技术3、磁盘阵列术语概念4、磁盘阵列系统架构5、磁盘阵列的分类6、磁盘阵列主流厂商磁盘阵列主流厂商磁盘阵列主流厂商－HDS公司简介1989年成立于美国硅谷(前身为美国国家半导体子公司-NAS)成立于1989年承传30余年大型主机设计及制造经验在全球60多个国家/地区设有办事处在全球170多个国家/地区有间接生意往来自2000年3月起专注于存储Thunder9500V系列（9520，9570,9585)Lightning9900V系列USP(universalstorageplatform)系列（目前唯一的虚拟化存储）存储软件HDS整体解决方案HDS存储服务磁盘阵列主流厂商－HDS公司主要合作伙伴情况主要的服务器以及大型机厂商HP、SUN、SGI、Lenovo和IBM贴牌或战略捆绑销售；Lenovo代理9500V系列产品HP公司贴牌：XP256/48/512/128/1024/12000；SUN公司贴牌：SE9910/9960/9970V/9980V/9990；SGI公司捆绑销售；IBM公司在北美地区捆绑销售。Unisys代理HDS存储西安沈阳成都上海深圳广州济南南京杭州武汉北京乌鲁木齐郑州南昌长沙昆明合肥福州重庆HDS公司于2000年进入中国市场,北京、上海、广州,成都、南昌设有办事处磁盘阵列主流厂商－HDS公司中国市场情况磁盘阵列主流厂商－HDS公司中国部分用户中国工商银行中国网通国家广电部中国银行中国电信国家质检总局中国农业银行中国移动铁道部中国建设银行中国联通中国科学院中国交通银行国家发改委国家电力公司中国农业发展银行中国海关中央电视台中国进出口银行国家水力部中国石油中国平安保险公司国土资源部高等院校中国人保保险公司国家商务部上海金光纸业中国人寿保险公司国家气象局济南钢铁厂磁盘阵列主流厂商－HDS公司存储产品家族（一）功能概览

超级的性能：200万IOPS，81GB/sec内部带宽

超级的扩展能力：32PB的总体存储容量，包括332TB的内部存储

超级的连接能力：支持192个光纤通道，64个ESCON，或48个FICON端口

以第三代UniversalStarNetwork交叉交换式结构提供动力

实现内部和外连的存储设备虚拟化

对内部和外接存储实现逻辑分区

跨异构平台的通用复制技术

动态的负载均衡和调整

从单一界面，通过HiCommand软件管理磁盘阵列主流厂商－HDS公司存储产品家族（二）功能概览

可管理的总存储容量可达16PB，包括72TB的内部存储

可以虚拟化管理来自EMC、日立、IBM、Sun和HP的存储设备

支持8个逻辑分区，分配缓存、端口和内、外部存储容量，保证应用QoS

支持异构多平台连接：光纤通道、IBM®ESCON®与FICON®、NAS和iSCSI

采用HiCommand®多层存储管理软件，在存储层之间进行不停机数据移动

实现异构平台之间的通用数据复制

自动均衡和调整工作负荷

采用HiCommand®套装软件，通过一个统一的控制平台管理

基于第三代UniversalStarNetwork™全光纤交换结构

Hi-Track®故障呼叫服务/远程维护工具磁盘阵列主流厂商－HDS公司存储产品家族（三）AMS200和AMS500最适用于快速生成大量数据并需要在较小空间内满足应用的可用性和性能要求的中小企业（SMB）。AMS1000还服务于大型企业。功能概览

可以从不到1TB扩展至超过200TB的SATA和光纤通道混插（原始容量）

支持与MicrosoftSimpleSAN兼容的即插即用SAN工具包

内置快照、备份、远程中心复制和热插拔组件可以避免宕机与数据丢失

RAID-6数据保护技术可以提高可用性，保证可靠地重建RAID组

缓存分区功能可以优化应用性能

主机存储域最多支持1024个虚拟端口和4096个LUN，可并行支持大型异构开放系统环境。

支持1、2和4Gbit/sec的主机光纤通道连接

易于使用的配置与管理实用程序

与日立存储系统无缝集成，采用HiCommand®套装软件，通过一套工具进行管理

支持日立企业级存储系统采用的日立软件产品

支持光纤通道、iSCSI和NAS

可在“运行中”将AMS200升级到AMS500及AMS1000

Hi-Track®故障呼叫服务/远程维护工具磁盘阵列主流厂商－HDS公司存储产品家族（四）Lightning9900™V系列企业存储系统

功能概览

完善的可扩展性，可以不间断地扩展到140TB以上的容量

多方面的可扩展性，包括容量、带宽、连接、负载混合和嵌入式应用

与众不同的虚拟层

用户定义的时间点即时备份

保证数据整合的站外冗余

支持多协议兼容——光纤通道、FICON和ESCON

支持DAS、SAN、NAS和iSCSI

连接磁盘阵列主流厂商－HDS公司存储产品家族（五）Thunder9500™V系列模块化存储系统高端Thunder9570V和Thunder9585V系统可支持光纤通道和串行ATA磁盘驱动，即可提供集低成本备份、存档、兼容其它解决方案为一体的设备，也可与更大型企业系统连接。磁盘阵列主流厂商－LSILogic全球分布

CorporateHeadquartersEngineering&ManufacturingSalesoffices在中国北京设有一个办事处磁盘阵列主流厂商－LSILogic战略合作伙伴通信17%消费厂商26%BBKEchostarJVCMatsushitaPacePhilipsPioneerSamsungSonyThomsonAlcatelCienaCiscoEnterasysEricssonExtremeHPNokiaNortelRiverstoneSiemensBrocadeDellEMCEmulexFujitsuHPIBMMcData

QLogicSeagateSunLenovo存储部件、芯片34%存储系统23%CGGFujitsuHPIBMNECNCRRaytheonSGIStorageTekSunLenovoThirdQuarter2003RevenueShare磁盘阵列主流厂商－LSILogic存储产品家族磁盘阵列主流厂商－LSILogic存储主要合作伙伴主要的服务器以及大型机厂商IBM、SGI、Lenovo贴牌或战略捆绑销售；Lenovo贴牌：SureFibre220/620900SGI公司帖牌；D173、D178、D220、D240、D280、BC-84IBM公司帖牌；DS4300（LSI2882）、DS4400（LSI4884）、DS4500（LSI5884）磁盘阵列主流厂商－EMC简介

“2004年对于EMC来说 是辉煌的一年。我们在 所有主要领域和地区扩 展了我们的市场和技术 地位，同时极大地推进了我们的ILM和VMware的虚拟基础结构战略。”

JoeTucci

总裁兼首席执行官

2004年1月25日2004年收入82.3亿美元比2003年增长32%2004年第4季度收入23.6亿美元同比增长27%系统收入增长15%软件收入增长43%服务收入增长35%与所收购公司的集成带来了客户价值Legato—3.63亿美元，增长率为14%Documentum—3.45亿美元，增长率为19%Vmware—2.2亿美元，增长率为200%74.4亿美元的现金和投资2000多项与存储相关的专利7200多位专业服务人员强大的战略合作伙伴关系磁盘阵列主流厂商－EMC硬件家族实现好处/获得价值ADIC中端CASCentera高端SymmetrixConnectrixCLARiiONSANNASCelerra

NS/CNS磁带仿真

CLARiiON磁盘库磁带更有效地满足所有服务级别的要求提供无中断操作价格更合理，更易于实施备份到磁盘更方便地部署、扩展和更改SAN、NAS、CAS扩展配置和连接选择磁盘阵列主流厂商－IBM简介IBM：InternationalBussinessMachineCorporation，国际商业机器公司；成立于1914年，截止2002年底拥有雇员315889人，总资产965亿美元；全球最大