镜像基础知识

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1、镜像基础知识 目 录 1、基本概念 2、区别：镜像、备份、拷贝、复制、RAID1 3、存储产品镜像介绍 4、镜像技术在其它厂商的应用 基本概念 为什么要用镜像 主磁盘和镜像磁盘 镜像对 物理镜像 逻辑镜像 同步镜像 异步镜像 同步镜像和异步镜像区别 镜像实现 RAID技术 镜像过程 存储虚拟化 存储虚拟化方法 虚拟磁盘技术 镜像层次模型 基本概念 为什么要用镜像（一） 镜像保护是一种软件可用性功能，它保护数据避免由于故障或由于磁 盘相关部件损坏而丢失。 系统在两个独立的磁盘单元上保存数据的两个副本，所以数据受到保 护。当磁盘相关部件发生故障时，系统可以通过使用数据的镜像副本 继续运行而不会中断

2、，直到修复发生故障的部件为止。 镜像还能提供增强的读(写)性能。 因为读请求服务可以从任意一个成员处提供。在许多性能度量和基准 程序中，观察到镜像的时间开销大约增加15到20。而一个存储设 备如果是镜像的，它可提供的读请求服务数目将增加一倍。 基本概念为什么要用镜像（二） 使用磁盘镜像增加I/O性能，异步读取通过增加磁盘轴数量增加性能。 镜像的异步读取 基本概念 主磁盘和镜像磁盘 主磁盘 客户端正常读写数据的磁盘。 镜像磁盘 主磁盘的副本。数据每次写入主磁盘的同时，存储控 制器也会把数据写入镜像磁盘，因此镜像磁盘保留了主 磁盘的完整副本。 基本概念镜像对 镜像对：主磁盘和镜像磁盘均连接到同一个

3、存储服务器， 它们被称为镜像对。 如果主磁盘发生故障，存储服务器自动将数据访问快速 地切换到镜像磁盘，整个过程无缝地进行，对客户端没有 影响。 基本概念物理镜像（一） 硬盘镜像最简单的形式是: 一个主机控制器带二个互为镜 像的硬盘。 数据同时写入二个硬盘，二个 硬盘上的数据完全相同，因此 一个硬盘故障时，另一个硬盘 可提供数据。 硬盘镜像简图 基本概念物理镜像（二） 硬盘数据跨盘（Disk Spanning） 利用这种技术，几个硬盘看上去像是1个大硬盘；这个虚拟盘可以把数 据跨盘存储在不同的物理盘上，用户不需关心哪个盘上存有他需要的 数据。 硬盘数据分段（Disk Striping） 数据分散

4、存储在几个盘上。数据的第1段放在盘0，第2段放在盘1， 直至达到硬盘链中的最后1个盘，然后下1个逻辑段将放在硬盘0 ，再下1个逻辑段放在盘1，如此循环直至完成写操作。 双控（Duplexing） 这里指的是用2个控制器来驱动个硬盘子系统。个控制器发生故障，另 1个控制器马上控制硬盘操作。此外，如果编写恰当的控制器软件， 可实现不同的硬盘驱动器同时工作。 基本概念物理镜像（三） 容错（Fault Tolerant） 具有容错功能的机器有抗故障的能力。例如RAID 1镜像系统是容错的 ，镜像盘中的一个出故障，硬盘子系统仍能正常工作。 主机控制器（Host Adapter） 指的是使主机和外设进行数

5、据交换的控制部件（如SCSI控制器）。 热修复（Hot Fix） 指用一个硬盘热备份来替换发生的故障的硬盘。要注意故障盘并不是 真正地被物理替换了。用作热备份的盘被加载上故障盘原来的数据， 然后系统恢复工作。 热补（Hot Patch） 具有硬盘热备份，可随时替换故障盘的系统。 基本概念物理镜像（四） 热备份（Hot Spare） 与CPU系统电连接的硬盘，它能替换下系统中的故障盘。与冷备份的区 别是，冷备份盘平时与机器不相连接，硬盘故障时才换下故障盘。 平均数据丢失时间（MTBDLMean Time Between Data Loss） 发生数据丢失的事件间的平均时间。 平均无故障工作时间（

6、MTBFMean Time Between Failure或MTIF ） 设备平均无故障运行时间。 系统重建（Reconstruction or Rebuild） 一个硬盘发生故障后，从其它正确的硬盘数据和奇偶信息恢复故障盘数 据的过程。 恢复时间（Reconstruction Time） 为故障盘重建数据所需要的时间。 基本概念逻辑镜像 在物理资源之上划分成逻辑资源，在对逻辑资源作 镜像。 我司的IX1000，IV5000等产品都是物理镜像和逻 辑镜像的双层镜像保护下的高可靠性存储产品。 基本概念同步镜像（一） 概念 当客户端需要写入数据时，设备会同时把数据写入主 磁盘和镜像磁盘，因此，镜像

7、磁盘保留主磁盘的精 确、完整的副本。 基本概念同步镜像（二） 同步镜像I/O请求的操作流 程 流程 镜像产生一对镜像I/O, 并将它们发往一对磁 盘。 每个磁盘单独地响应这 个请求，标有响应搜集 的进程收到来自两个磁 盘响应后再将它们发送 给所接收的原有I/O。 性能 采用同步镜像 时，要求主磁 盘和镜像磁盘 的性能相近， 否则可能会影 响系统性能。 基本概念同步镜像（三） IX1000同步镜像 客户端 镜像磁盘主磁盘 客户端 镜像磁盘主磁盘 IX1000IX1000 基本概念异步镜像（一） 概述 当客户端需要写入数据时，存储服务器先把数据写入 Cache（专用缓存资源），而不用等待主磁盘和镜

8、像 磁盘的确认信息，然后存储服务器把Cache里的数据 写入主磁盘和镜像磁盘。 基本概念异步镜像（二） 数据流 镜像操作部分缺少了响应 搜集成分，镜像器产生 的I/O，并将它们发送到 镜像磁盘。 异步镜像的数据流 基本概念异步镜像（三） 过程 配置异步镜像时，必须创建一个 Cache，将其与主磁盘关联。 完成镜像添加后，存储设备将同步 主磁盘和镜像磁盘，这个过程不会 影响客户端读写操作。 同步完成后，客户端的数据先写入 Cache，然后这些数据在后台被写 入到主磁盘及镜像磁盘。如果要提 供进一步的保护，也可以对Cache 进行镜像。 异步镜像 基本概念同步镜像与异步镜像的区别（一） 缓存 同步

9、镜像无缓存 异步镜像有缓存 基本概念同步镜像与异步镜像的区别（二） 速度 同步镜像（稍慢） 数据随机写入 每一I/O事务需等待主磁盘和镜像磁盘都完成，确认信息方可释放 异步镜像（快） 数据顺序写入Cache，再由Cache随机写入磁盘 系统只需等待Cache确认信息 基本概念同步镜像与异步镜像区别（三） 使用场合 同步镜像 当数据一致性对商业应用非常关键时，并且数据丢失去几 乎不可忍受时，适合采用同步镜像模式。 异步镜像 该模式适用于对速度要求比较高的场合。 基本概念同步镜像与异步镜像区别（四） 写操作 同步镜像 是指“写”操作会同时在主磁盘和镜像磁盘上完成。 异步镜像 虽然同时将“写”命令和

10、数据同时发送给原始磁盘和镜像磁盘，但 原始磁盘的“写”操作完成后并不需要等待镜像磁盘完成“写” 操作，镜像磁盘的“写”操作可以通过数据复制进程异步完成。 基本概念镜像实现（一） 一般来说，镜像是在硬件架构的基础上由软件实现 的，通常可在系统的三个位置上实现： 卷管理器 磁盘控制器 主机总线适配器 基本概念镜像实现（二） 卷管理器： 作为服务器的软件组件， 它是在文件系统和主机总 线适配器驱动程序之间构 架的单独一层。 其主要目的是把服务器挂 载的物理磁盘驱动器虚拟 化，以更方便的形式提供 给文件系统使用。 卷管理器中实现的镜像I/O路径 基本概念镜像实现（三） 磁盘控制器： 磁盘控制器除了完成

11、数据块的移 动、拷贝、计算等特殊功能外， 还带有功能强大的通用处理器。 磁盘控制器是一些较大型服务器 实现数据镜像和RAID最为常用 的 位置。 在磁盘子系统中实现的镜像I/O路 径 基本概念镜像实现（四） 主机总线适配器： 一些供应商开发了一种既可 以提供传统主机总线适配器 的格式转换功能，又能实现 多I/O总线接口以及RAID和 数 据镜像算法的主机总线适配 器。 主机控制器中磁盘实现的I/O路径 基本概念RAID技术（一） 独立冗余磁盘阵列最初叫做廉价冗余磁盘阵列（ Redundant Array of Inexpensive Disks），它是由多个 小容量、独立的硬盘组成的阵列，而阵

12、列综合的性能可以 超过单一昂贵大容量硬盘（SLED）的性能。 由于是对多个磁盘并行操作，所以RAID磁盘子系统与单一 磁盘相比它的输入输出性能得到了提高。服务器会把RAID 阵列看成一个单一的存储单元，并对几个磁盘同时访问， 所以提高了输入输出的速率。 基本概念RAID技术（二） RAID级别描述速度容错性能 RAID 0条带化硬盘并行输入/出无 RAID 1 镜像没有提高有(允许单个硬盘错) RAID 2条带化加汉明码纠错没有提高有(允许单个硬盘错) RAID 3条带化加专用，奇偶 校验盘 硬盘并行输入/出有(允许单个硬盘错) RAID 4 条带化加专用，奇 偶校验盘需异步硬盘 硬盘并行输入

13、/出有(允许单个硬盘错) RAID 5条带化加奇偶校验， 分布在各硬盘，硬 盘并行输入/出比 RAID0 稍慢有(允许单个硬盘错) 镜像是在硬件架构的基 础上由软件实现的； 两份（或多份）数据拷 贝写入； 选择其中一个磁盘（主 磁盘）读出数据； 具体实现根据镜像分类 不同有所区别（如物理 镜像，逻辑镜像和同步 、异步镜像）。 基本概念镜像过程 磁盘镜像 基本概念存储虚拟化 存储虚拟化 存储虚拟化是物理存储的逻辑表示方法，是在服务器 与存储之间设置的一个抽象层，服务器被绑定到逻辑抽 象层上。 把物理设备和服务器所能看见的存储设备视图分开. 提供一个统一的逻辑存储空间给服务器,服务器所能看 见的是

14、一个逻辑的存储空间,而不知道实际物理存储设备 的位置,路径和每个设备的具体特点. 存储虚拟化的实现可以根据实现方式分三种: 基于服务器或主机 基于存储设备 基于存储网络 基本概念存储虚拟化 基于主机或服务器的存储虚拟化实现 通常称为逻辑卷管理(logical volume manager); 磁盘上的物理块或逻辑单元号(LUN)被映射成逻辑卷号 ; 逻辑卷管理软件把多个不同的磁盘阵列映射成一个虚 拟的逻辑块空间; 当存储需求增加时,逻辑管理软件能把部分逻辑空间映 射到新增的磁盘阵列,因此逻辑卷管理可以在不断运行 的情况下,增加或减少物理存储设备 基本概念存储虚拟化方法 存储虚拟化方法 说明：

15、采用不同RAID 策略，将物理磁 盘划分成若干相 同大小的逻辑元 ，通过逻辑单元 构成虚拟化后的 逻辑资源。 基本概念虚拟磁盘技术（一） 卷的三个层次： 物理磁盘 虚拟磁盘 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 盘组成虚拟盘，然后在 虚拟磁盘之上划出需要 的空间建立卷。 存储虚拟化 基本概念虚拟磁盘技术（二） 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。 逻辑卷（Logical Volume） 由逻辑磁盘形成的虚拟盘，也可称为磁盘分区。 基本概念虚拟磁盘技术（三） 逻辑卷(续) 一个卷可以跨多个物理磁盘，也可以由一个或者多个虚拟磁盘组成。 并且可以被终端用户直接访问，就好像它是一个单独的存储设备一样 ，而不用考虑虚拟磁盘的类型。用户还随时可以增加卷的容量。当用 户增加卷的容量时，虚拟磁盘将会赋予更多的空间给该卷。 卷镜像技术(逻辑资源镜像) 管理员可以在存储服务器上为已有的生产数据卷添加镜像，镜像卷占 用与源卷大小一样的空间。管理员为卷创建镜像后，镜像卷会从源卷 上进行数据拷贝和迁移。当源卷的数据改变时，变化也会同步地写入 到镜像卷。当源卷发生故障时，镜像卷会继续工作，保持业务的连续 性，反之亦然。 卷