HC1109102-HCNA-Storage V2-BSSN-第二章 存储与应用环境

修订记录课程编码适用产品产品版本课程版本ISSUEHC1109102V2.0开发/优化者时间审核人开发类型（新开发/优化）翟柏清2013.07新开发本页不打印HC1109102

存储与应用环境学习完本课程后，您将能够：了解存储的应用环境了解机械硬盘以及SSD硬盘结构及实现原理了解主机应用环境目标

目录存储的应用环境介绍存储介质主机与应用主机的内部应用环境主机内部I/O流程各个环节共同构成了数据存储的内部应用环境。文件系统设备驱动存储设备上层业务应用操作系统I/O请求调用接口地址映射SCSI指令传统内置存储遇到的问题硬盘成为整个系统的性能瓶颈有限的硬盘槽位，难满足大容量需求单个硬盘存放数据，数据可靠性难以保证存储空间利用率低本地存储，数据分散，难以共享可扩展性不够总线结构，而非网络结构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网络存储应用环境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

目录存储的应用环境介绍存储介质2.1 机械硬盘2.2SSD硬盘主机与应用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机械硬盘的磁头技术机械部分电子部分盘片主轴驱动磁头盘片磁性材料电缆线圈SN被磁化的粒子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盘片的逻辑结构磁道Track柱面Cylinder扇区Sector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号柱面硬盘主要参数硬盘容量（Volume）转速（Rotationalspeed）缓存（Cache）硬盘容量转速平均访问时间平均访问时间由以下两项构成：平均寻道时间（AverageSeekTime）平均等待时间（AverageLatencyTime）寻道时间DiscTracksSeek等待时间DataBlockLatency数据传输率数据传输率（DataTransferRate）内部传输率(InternalTransferRate)外部传输率(ExternalTransferRate)DiscTracksSeekInternalExternal硬盘IOPS和ThroughputIOPSIOPS(Input/OutputPerSecond)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。ThroughputThroughput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，如电视台的视频编辑，视频点播VOD(VideoOnDemand)，则更关注吞吐量指标。硬盘常用接口——ATA接口ATA(Advanced

Technology

Attachment)高级技术附加装置ATA硬盘也经常称为IDEIntegrated

Drive

Electronics硬盘ATA接口为并行ATA技术硬盘常用接口——SCSI接口SCSI(SmallComputerSystemInterface)小型计算机系统接口。硬盘常用接口——SATA接口SATA：SerialATA(SerialATA)串行ATASATA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（SATAⅡ）300MBps接口硬盘已经形成商用，规划内的最高速率可达600MBpsSATA硬盘采用点对点连接方式，支持热插拔，即插即用硬盘SAS接口SAS(SerialAttachedSCSI)

串行连接SCSISAS是一种点对点、全双工、双端口的接口SAS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速率每路600MSAS具有高性能、高可靠性、强大的扩展性能FC硬盘采用FC-AL(FiberChannelArbitratedLoop）光纤通道仲裁环FC-AL是一种双端口的串行存储接口FC-AL支持全双工工作方式FC-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接口硬盘常用接口——NLSASNLSAS采用SAS接口、SATA盘体，也叫近线SAS。类别时效性容量性能访问速度成本在线即时服务小高快高近线非即时的较大低较快低离线大低慢低SAS、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

目录存储的应用环境介绍存储介质2.1机械硬盘2.2SSD硬盘主机与应用SSD简介SSD硬件结构原理无高速旋转部件，性能高，功耗低多通道并发，通道内Flash颗粒复用时序支持TCQ/NCQ，一次响应多个IO请求典型响应时间低于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SSD性能优势响应时间短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。读写效率高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/FCSAN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SSD功耗优势2块250块20004000SSDFCHDD约400倍100K读IOPS功耗对比热图对比功耗(W)SSD硬盘机械硬盘SSD的环境适应优势SSD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：HSSD可承受振动加速度16.4G，机械硬盘一般为0.5G以下HSSD抗冲击1500G，机械硬盘一般为70G左右HSSD使用专用设备做过如下测试：静压试验、跌落试验、随机振动试验、冲击试验、碰撞试验SSD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

A级应用：以高并发随机读写为主，如数据库应用；B级应用：顺序读写的大容量文件、图片、流媒体等；C级应用：已备份数据为主，或极少使用的数据。

目录存储的应用环境介绍存储介质主机与应用3.1 主机硬件系统3.2主机软件系统3.3 主机管理主机核心组件CPU存储设备I/O设备CPU的组成CPU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CPU的指令集CICS指令集IntelX86架构的CPURISC指令集PowerPC处理器、SPARC处理器EPIC指令集Intel的安腾ItaniumCPUCPU的指令集CICS指令集IntelX86架构的CPURISC指令集PowerPC处理器、SPARC处理器EPIC指令集Intel的安腾ItaniumCPU内存分类SDRDDRDDR2DDR3存储设备硬盘磁带光盘硬盘：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：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：光盘以光信息做为存储物的载体软盘：软盘的读写通过软盘驱动器完成Flash存储：一种不挥发的内存器件软盘Flash存储I/O设备用户－主机主机－主机主机－外存什么是总线?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缓存内存南桥I/O控制器网络适配器存储网络存储系统总线主机总线I/O总线北桥什么是PCI-E总线?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。PCI-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

目录存储的应用环境介绍存储介质主机与应用3.1 主机硬件系统3.2主机软件系统3.3 主机管理逻辑卷管理器逻辑卷管理器（LogicalVolumeManage,LVM）逻辑卷（LogicalVolume）卷组（VolumeGroup）物理卷（PhysicalVolume）LVLVPVPVPVVG文件系统文件系统：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操作系统的主要功能进程管理（Processingmanagement）内存管理（Memorymanagement）网络通讯（Networking）安全机制（Security）用户界面（Userinterface）驱动程序（Devicedrivers）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

目录存储的应用环境介绍存储介质主机与应用3.1 主机硬件系统3.2主机软件系统3.3 主机管理IPMIIPMI是智能型平台管理接口（IntelligentPlatformManagementInterface）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Intel、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IPMI2.0的规格IPMI的工作原理IPMI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BMCIP查看登录BMC配置界面虚拟媒体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。服务器系统启动选项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-bootExecutionEnvironment)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。管理网口配置远程控制服务器上下电

思考题硬盘的主要构件有哪些？固态硬盘有哪些优势？常见的文件系统有哪些？

总结存储的应用环境机械硬盘与SSD硬盘结构及实现原理主机应用环境机架服务器刀片服务器高密服务器参考架构及解决方案1U2SRH12882U2SRH22852U2SRH22882U4SRH24852U4SRH24884U4SRH58858U8SRH5885刀片服务器E6000融合架构刀片服务器E90002U2/4NodesX600044U8