存储基本原理 EMC 销售培训

存储基本原理EMC销售培训第1页/共66页学习目标学完本课程后，您将能够：说明长久以来信息存储的发展历程

说明目前存储环境的概要信息

指出存储体系结构和性能的基本原理第2页/共66页第

2

部分

—

幻灯片示例本部分将介绍磁盘和磁带的发展历史。磁盘和磁带发展历史简介第3页/共66页早期的大型机很久以前“应用程序”叫作程序通过打孔将这些程序输入到大型机中通常输出到纸张（打印或打孔）所采用的是二进制，一切都是黑白两色第4页/共66页磁带设备1952

年推出了比打孔卡片更具优势的磁带。磁带特点：容量比一箱打孔卡片要高得多比打孔卡片更易于保存比读取一叠打孔卡片要快得多但速度太慢，无法满足新兴应用程序的需求磁带是顺序读取的必须一直读取磁带，直到找到所需的数据根据墨菲定律：数据总是位于当前磁带的末尾，或在其他的磁带中，或位于无法读取的磁带中必须找到更好的方法直接存取存储器

(DASD)第5页/共66页适用于计算机的首个磁盘

存储设备

—

1954

年早期的直接存取存储器转动覆盖有磁涂层的“鼓”和许多读/写磁头。“Winchester”

技术使用移动磁头和盘片对鼓的设计进行了改进。第6页/共66页磁盘20

世纪

50

年代早期发明两面带有磁涂层的铝盘将盘片组装成一个“包”移动读/写磁头访问每个盘片中的数据第7页/共66页磁盘驱动器和轴盘片围绕中心轴旋转“轴”这个词仍用于指单独的磁盘驱动器轴传动臂读写磁头盘片传动臂移动读写磁头第8页/共66页深入了解读/写磁头在通过旋转磁盘产生的气流中悬浮移动就像飞机在向前推动力所产生的气流中飞行一样。人的头发直径

.003

英寸尘土颗粒直径

.00150

英寸录制介质悬浮高度为

百万分之

3

-7

英寸第9页/共66页DASD

的好处磁盘随机存取数据的能力使大型机性能大幅提升。磁带需要几分钟的时间来获取特定的数据段，而磁盘只需几毫秒。这意味着如使用磁盘，大型机或服务器在一定期间内可执行的事务数量会大大增加。第10页/共66页磁盘技术的发展由于数据密度的增长，驱动器容量继续大幅度增长纵向记录受超顺磁效应

(SPME)

的限制目前在生产中使用垂直记录

(10x)性能发展趋势RPM

速度提高在驱动器级别提高内存和缓存的使用固态磁盘（闪存）行业标准推动磁盘驱动器接口Ultra

SCSI光纤通道（光学）SATA,

PATA

(EIDE)行业挑战每个磁盘驱动器具有更高的容量，从而降低成本，但...给定容量的传动臂数量减少矢量

I/O

对闪存驱动器有效...对高密度机械设备却无效第11页/共66页第12页/共66页第

2

部分

—

幻灯片示例本部分将介绍磁盘性能基本原理。磁盘性能基本原理第13页/共66页磁盘格式简介磁盘驱动器内唯一的可寻址区是柱面、磁头和扇区磁道磁盘盘片被分割成若干同心环，称为磁道柱面轴中所有磁盘盘面的同一位置中的磁道称为柱面根据磁头号选择磁道磁盘盘面上每个磁道也被分割为独立的部分，称为扇区扇区第14页/共66页选择正确的磁盘

（存在不同的磁盘）性能（亦称为存取时间）：可在多快的时间内将磁头移至正确磁道数据在磁盘中来回移动的速度有多快在以下几张幻灯片中将对此作出解答容量磁盘可容纳多少数据让我们来看一下性能参数决定磁盘性能的因素第15页/共66页磁盘驱动器存取时间寻道时间：

将传动臂移至磁道上方读/写磁头位置所需的平均时间

早期磁盘直径为

14”

(35

cm)，寻道时间较长

50ms!最新磁盘为

3

½”

(9

cm)

或

2

½”

(6

cm)，

寻道时间要短得多

3

–

4ms第16页/共66页磁盘驱动器存取时间，第

2

部分延迟：

磁盘旋转时等待数据到达读/写磁头下方所花费的时间也称为旋转延迟磁盘转速越高，延迟越小旧式磁盘转速为

2,400

RPM最新磁盘转速为：

5,400

–

15,000

RPM

第17页/共66页磁盘驱动器存取时间，第

3

部分传输率：在给定期限内写入或读取的数据量（通常以每秒字节数表示）更高的

RPM

和更快的连接可实现更高的传输率磁盘外缘的传输率较高第18页/共66页存储阵列的出现1984

年之前，计算机磁盘存储系统包括：存储控制器磁盘串第19页/共66页RAID系统RAID

控制器磁盘阵列RAID

技术独立（或廉价）冗余磁盘阵列

(RAID)Independent（独立）在多个磁盘间写入数据

获得更佳的性能

改进可用性第20页/共66页RAID1

(1989)

-

Sun

4/280

WS，128

MB

DRAM，4

个双串

SCSI

控制器，28

个带有磁盘镜像软件的

5.25

英寸

SCSI

磁盘

RandyKatzDavePattersonGarthGibson首个

RAID

组

—

加州伯克利大学

1984

年第21页/共66页RAID

简介RAID

0

—

数据以条带化形式分布在磁盘间提高了性能任何磁盘故障

=

数据丢失RAID

1

—

相同的数据被镜像在

2

个磁盘中提高了性能和可用性价格昂贵一个磁盘发生故障后阵列仍可运行RAID

3

—

数据以条带化形式分布在磁盘间奇偶校验元素用于验证/恢复提高磁盘利用率和可用性一个磁盘发生故障后阵列仍可运行，但是单个奇偶校验磁盘可能成为性能瓶颈RAID

5

—

数据以条带化形式分布在磁盘间奇偶校验元素用于验证/恢复每个条带化的奇偶校验信息写入不同磁盘性能超过

RAID

3（无瓶颈）

一个磁盘发生故障后阵列仍可运行数据奇偶校验未显示所有

RAID

类型RAID

组中的磁盘数量可超过

4

个（除了

RAID

1）示例中仅显示

4

个磁盘

磁盘的

RAID

配置称为

RAID

组PABCDAACBAFEDPPCBAPEFD第22页/共66页RAID

概要RAID技术应用0不带有奇偶校验的条带化大数据块性能，无冗余1镜像磁盘高可用性和性能，实施简单0+1镜像条带最高可用性和性能2汉明码多重检查磁盘大数据块性能，可用性，成本低廉3单一磁盘存放奇偶校验信息的条带化大数据块性能，可用性，成本更低4独立读/写单一奇偶校验磁盘事务处理，高可用性，高读取比例5独立读/写独立奇偶校验磁盘事务处理，高可用性，高读取比例6独立读/写多个独立奇偶校验磁盘事务处理，高可用性，高读取比例第23页/共66页大型机退出历史舞台第24页/共66页大型机退出历史舞台（续）第25页/共66页RAID

的优缺点使存储更便宜更可靠可使用“常用”磁盘驱动器代替个别制造商生产的昂贵专有磁盘驱动器磁盘发生故障时，RAID

可防止数据丢失RAID

0

除外，因为它只能提高性能许多制造商都采用了此技术，随后涌现出大量的产品随之出现了混乱不同的服务器类型不同的操作系统不同的应用程序不同的管理方法现在又出现了不同的存储阵列第26页/共66页存储阵列的发展容错缓存阵列控制器阵列控制器磁盘控制器磁盘控制器主机接口组成

RAID

组的磁盘主机接口大型机/服务器第27页/共66页第28页/共66页第

2

部分

—

幻灯片示例此部分将介绍存储网络

—

SAN、NAS

和

iSCSI。存储网络

—

SAN、NAS

和

iSCSI第29页/共66页1977

年

9

月

—

早期的网络发明出

ARCNET

将计算机互连起来，用于信息交换此技术发展为局域网和网络连接存储

(NAS)

的基础

John

Murphy

是

ARCnet

的总设计师Gordon

Peterson（编写

ARCnet

操作系统时不喜欢理发）第30页/共66页不断发展的连接技术大型机磁盘总线/接头

—

8

磅/米

SCSI

缆线

—

8

盎司/米

CAT6/光缆

>

1

盎司/米第31页/共66页什么是网络连接存储

(NAS)？传送基于文件的通信的网络用户/应用程序客户端服务器/应用程序存储/文件数据LAN

交换机IP网络第32页/共66页NASNAS网络连接存储用户桌面Oracle

服务器NICNIC文件共享设备文件共享设备网卡IP

网络路由器或交换机存储设备或服务器优点：适用于文件共享和某些应用程序购置和连接成本低易于使用、部署简单长距离连接缺点：高端应用程序性能差不能很好地支持

Microsoft

应用程序数据存储为文件系统中的文件第33页/共66页什么是存储区域网络

(SAN)？传送基于数据块的存储通信的专用网络服务器/应用程序存储/应用程序数据SAN

交换机控制器光纤通道网络第34页/共66页SANSAN存储区域网络主机总线适配器光纤通道缆线交换机或控制器存储阵列优点：应用程序性能高最高可用性大规模整合缺点：少量服务器的购置和连接成本管理需要专业知识应用程序

服务器应用程序

服务器镜像缓存

0

1

2

3镜像缓存阵列0123HBAHBAHBAHBA阵列数据存储为块和卷第35页/共66页iSCSI

为

IP

存储带来了

哪些影响？经整合的

SAN

基础架构直连存储部署经整合的

NAS

基础架构

iSCSI

让

SAN

整合的好处惠及孤立服务器和存储iSCSI

为我的入门级

SAN

提供了一个经济高效的

IP

存储基础架构iSCSI

扩展了我的整合能力，现在可以包括传统的数据块应用程序第36页/共66页IP

存储

(iSCSI)

SANiSCSI应用程序服务器应用程序服务器NICNIC设备设备NICIP网络路由器或交换机存储设备或其他设备优点：存储整合购置成本/连接成本低易于使用，部署简单可使用现有网络校园连接性缺点：高端应用程序性能差数据存储为块和卷iSCSI驱动器iSCSI驱动器iSCSI目标iSCSI目标第37页/共66页主机

A主机

BNICNIC主机

AHBA主机

BHBA如何构建整合环境？SAN、iSCSI

和

NASSAN整合存储共享的是物理存储，而不是信息应用服务器数据块

I/O光纤通道网络应用服务器主机

A主机

B文件

I/ONAS整合文件服务器和存储...共享物理存储和信息NICNIC应用服务器数据块

I/OIP网络IP网络

IP

SAN

NAS

光纤通道

SAN第38页/共66页用户/应用程序客户端服务器/应用程序存储/文件数据LAN

交换机IP网络整合第39页/共66页服务器/应用程序存储/应用程序数据SAN

交换机控制器光纤通道网络整合第40页/共66页整合用户/应用程序客户端服务器/应用程序存储/文件数据SAN

交换机控制器LAN

交换机IP网络光纤通道网络网关第41页/共66页主动循环过程财务TMATLDK

磁带TMTMTM备份上行数据流HP

3000、K460HP-UX

10、11.0、11.2、MPE

Sybase

11.9、12

FujitsuDS90UXP/M由

tar

备份

—

8mmLegato

到

DLT

ADSM

到

3490OmniBack服务器/OS网络应用程序存储测试备份灾难恢复数据库Sun

EnterpriseSun

ULTRASPARC

Solaris

3.2、3.4、3.5Oracle

7.5、8.0IBM

RS/6000、SP2AIX

4.1、4.2、4.3DB2/6000Compaq

Proliant

2500Proliant

5500NT

3.5、4.0

Cheyenne

到

4mm批处理LINUXRedHatInventoryExchangeCAD/CAM电子商务LotusNotes

OLTPApache文件通过

Platinum

9.9

从

AIX

传输到

HP/UX在

Sun

和

NT

之间的

FTP数据库通过

MQ

Series

4.4

从

RS6000

向

Red

Hat

提取数据

PeopleSoft被动有多少客户仍然采用老旧的模式？第42页/共66页主动被动循环过程

HP

T520HP-UX

11.0

Oracle

8.iCompaqProlaint7000XeonNT4.0-SP4Sun

EnterpriseSolaris

7Oracle

8.iHP

T520HP-UX

11.0

Oracle

8.i

LINUXRedHat用于测试等的可重用卷企业

D/R

计划整合备份与恢复整合管理存储整合推动总体拥有成本下降BCVBCV第43页/共66页存储管理存储管理

81%利用率

78%利用率

72%利用率

60%利用率网络存储SANNASDAS???是否从多个源收集数据？信息是否不完整且无关联？是否每个供应商都有不同的任务和工具？管理起来是否复杂且耗时？是否做出了假设，结果却被证明是错误的？计划和资源调配监视和报告设备管理一致的存储环境视图之后之前第44页/共66页第45页/共66页本部分将介绍数据复制、备份和恢复。数据的复制、备份和恢复第46页/共66页本地数据拷贝—克隆生产信息克隆BCV完整映像拷贝BCVBCVBCVBCVBCVBCVBCV物理上独立的源卷时间点拷贝对应用程序性能的影响最小适合于备份恢复

测试数据库提取需要迁移的数据源亦称为业务连续性卷

(BCV)如果需要大量的克隆，成本会很可观克隆容量必须等于生产容量第47页/共66页本地数据拷贝

—

快照数据的逻辑时间点拷贝基于指针的数据拷贝可能会对应用程序的性能产生一定的影响适合于备份恢复测试

管理一段时间内的数据更改比克隆便宜所需容量通常是生产容量的

20%2

GB

的生产容量仅需要

400

MB

的快照容量NAS

存储通常使用快照而非克隆生产信息Snap快照逻辑时间点视图快照快照快照快照快照快照快照第48页/共66页远程复制恢复点目标

(RPO)数据丢失时，需要恢复多久之前的数据？恢复时间目标

(RTO)发生数据丢失事件之后，需要多长时间才能恢复正常运行？

RPO：恢复点目标由于灾难导致

系统停机RTO：恢复时间目标周天小时分钟时间周天小时分钟第49页/共66页同步模式1234I/OI/OACKACK从主机到本地存储系统的

I/O从本地存储系统到远程（目标）系统的

I/O从远程系统返回到本地系统的确认从本地存储系统返回到主机的确认第50页/共66页带定期更新的异步复制1234I/OACK从主机到存储系统的

I/O从本地存储系统返回到主机的确认触发事件从本地存储系统到远程（目标）系统的增量集从远程系统返回到本地系统的确认区块增量集ACK5第51页/共66页备份的困扰允许执行备份的时间称为“备份窗口”提高应用程序可用性的需求使备份窗口越来越小用户的数据量日益增加因此，需要备份的数据量也不断增加第52页/共66页很常用的备份/恢复方法单个磁带机可以连接到每台服务器备份可以通过

LAN

完成速度慢且容易出错，但价格低廉备份也可以通过

SAN

完成速度快但价格高昂

可以使用某种类型的磁带库随着信息量的增加，磁带的数量也必须增加，这可能导致成本高昂且难以管理安全是一个问题，因为磁带可能会丢失或被盗磁带难以保存，运输期间可能会受损特点使用磁带进行备份和恢复磁带库基本体系结构异构客户端备份

服务器关键应用程序LANSANNAS(NDMP)存储节点问题：备份到磁带的速度很快，但恢复起来往往要慢的多第53页/共66页使用磁盘进行备份和恢复磁盘备份目标磁带库Backup-to-Disk

体系结构异构客户端备份

服务器关键应用程序LANNAS存储

节点SAN越来越普遍的备份/恢复方法备份目标可以是存储阵列中的大型

ATA

驱动器生产环境中可能使用同样的存储阵列备份目标可以是虚拟磁带库这是一个带仿真硬件和软件的存储阵列同时支持多种类型的磁带机和磁带库对于备份应用程序而言，虚拟磁带库“就像真的磁带库一样”

EMC

Disk

Library

具有远程复制功能，可以提高备份的可用性特点解决方案：从磁盘恢复和备份的速度一样快，因此恢复效果更好第54页/共66页备份的困扰克隆和快照可以用于备份这非常有助于提高应用程序的可用性但是数据日益增长，一切都变得越来越庞大更多的存储更多的磁带需要投入更多的人员来管理第55页/共66页数据增长生产数据将增长

5

倍，备份容量是生产容量的

30

倍每日、每周和每月完整备份会保存数月或数年之久服务器虚拟化虚拟机剧增带来了保护难题服务器整合几乎没有给备份留带宽传统备份通常每周需要迁移

200%

的数据下一代虚拟数据中心“IT

即服务”模式提高了可用性和资源灵活性需要更小的备份窗口和更低的

RTO/RPO全球创建和复制的数字信息量2,5002,0001,5001,0005000EB20122011201020092008来源：IDC

数字世界白皮书（EMC

赞助），2009

年

5

月

5

年增长

4

倍影响备份环境转型的主要趋势为什么采用重复数据消除？第56页/共66页传统（以磁带为中心）备份在发展备份/恢复体系结构现场异地转型（以磁盘为中心）备份/介质

管理器现场备份存储灾难恢复存储应用程序备份

客户端重复数据消除备份软件和系统备份软件VTLVTL/磁带虚拟机备份软件磁带磁带

重复数据消除存储备份软件第57页/共66页EMC

关于重复数据消除的定义之前：数据段总数