磁盘阵列系统.

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1、1 存储、磁盘阵列基础知识 一、磁盘阵 列基础知识 二、RAID基础知识 三、DAS、SAN、NAS等存储方式介绍 2 目录 第一部分 磁盘阵盘阵 列基础础知识识 3 磁盘阵列基础 定义： 磁盘阵列将多个磁盘组成一个阵列，并视为单一的虚拟磁盘 ，此虚拟磁盘被操作系统当做是一个硬盘。 4 磁盘阵列的定义 解决单个磁盘容量的限制 提高数据存取速度 提高容错能力，保证数据的安全性 更加有效地利用磁盘空间 尽量平衡CPU、内存及磁盘的性能差异，提高计算机的整 体工作性能 5 磁盘阵列的优点 磁盘阵列的构成： 主要部件：阵列控制器、磁盘、磁盘扩展柜、电源系统。 阵列控制器：实现数据的存储转发及整个阵列的

2、管理，是系统主机与 存储器件（磁盘柜）之间的中间件。 根据控制器的个数可以分为：单控制器盘阵、双控制器盘阵、多控制 器盘阵 6 磁盘阵列的构成 第二部分 RAID0、RAID1、RAID5等基础础知识识 7 RAID基础知识 RAID：Redundant Arrays of Independent Disks，“价格便宜具有冗余能力的 磁盘阵列”。 磁盘阵列是由很多价格较便宜的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组 ，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利 用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。 8 什么是RAID RAID 0：最早出现的RAID模式，也是最简

3、单的一种形式，采用Data Stripping技术。只需要2块以上的硬盘即可，可以提高整个磁盘的性能 和吞吐量。RAID 0没有提供冗余或错误修复能力。任何一块硬盘出现 故障，整个系统将会被破坏，可靠性仅为单独一块硬盘的1/N。 最大优点是可以整倍的提高硬盘的容量。如使用了三块80GB的硬盘组 建成RAID 0模式，那么磁盘容量就会是240GB。 9 RAID 0 Data Stripping技术：条带化技术，将数据像条带一样写到多个磁盘上 ，平衡负载、加快访问速度。在存储数据时，控制器将数据分割成大 小相同的数据块，同时写入阵列中的所有硬盘，数据像一条带子同时 横跨过所有磁盘。 例如将四块硬

4、盘组成RAID 0，原先顺序写入的数据被分散到所有的四 块硬盘中同时进行读写。四块硬盘的并行操作使同一时间内磁盘读写 的速度提升了4倍。 10 条带化技术 RAID 1：称为磁盘镜像，原理是把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上 ，也就是说数据在写入一块磁盘的同时，会在另一块闲置的磁盘上生成 镜像文件。 在不影响性能情况下最大限度的保证系统的可靠性和可修复性，只要 系统中任何一对镜像盘中至少有一块磁盘可以使用，系统都可以正常 运行。 11 RAID 1 当一块硬盘失效时，系统会忽略该硬盘，转而使用剩余的镜像盘读写 数据，具备很好的磁盘冗余能力。这样对数据来讲很安全，但是成本 也会明显增加，磁盘利用

5、率为50%。 以四块80GB容量的硬盘为例，可利用的磁盘空间仅为160GB，RAID 1 多用在保存关键性的重要数据的场合。 12 RAID 1的优缺点 RAID 0+1：RAID0与RAID1的结合体。这种配置方式综合了带区集和镜像 的优势，所以被称为RAID 0+1。 把RAID0和RAID1技术结合起来，数据除分布在多个盘上外，每个盘都 有其物理镜像盘，提供全冗余能力，允许一个以下磁盘故障，而不影 响数据可用性，并具有快速读/写能力。RAID0+1要在磁盘镜像中建立 带区集至少4个硬盘。 13 RAID 0+1 RAID 2：带海明码校验，专用RAID技术，已被淘汰 RAID 4：带奇偶

6、校验码的独立磁盘结构 RAID 2和RAID4 没有广泛商用的技术 14 RAID 2&4 RAID3：带奇偶校验码的并行传送，单盘容错并行传输 校验码在写入数据时产生并保存在另一个磁盘上，RAID 3使用单块磁 盘存放奇偶校验信息。如果一块磁盘失效，奇偶盘及其他数据盘可以 重新产生数据。 如果奇偶盘失效，则不影响数据使用。 RAID3比较适合大文件类型且安全性要求较高的应用，如视频编辑、 大型数据库等。 15 RAID 3 RAID 5：旋转奇偶校验独立存取的阵列方式 不单独指定的奇偶盘，而是在所有磁盘上交叉地存取数据及奇偶校验 信息。在RAID 5上，读/写指针可同时对阵列设备进行操作，提

7、供了更 高的数据流量。RAID 5更适合于小数据块和随机读写的数据。 16 RAID 5 RAID 5 ：一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案。 RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折中方案。 具有和RAID 0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息， 写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢。RAID 5的磁盘空间 利用率要比RAID 1高，存储成本相对较低。 17 RAID 5扩展 RAID 6：增加了第二个独立的奇偶校验信息块。两个独立的奇偶系统使 用不同的算法，数据的可靠性非常高，即使两块磁盘同时失效也不会影 响数据的使用。 RAID 6需要分配

8、给奇偶校验信息更大的磁盘空间，相对于RAID 5有更 大的“写损失”，因此“写性能”非常差。较差的性能和复杂的实施方式 使得RAID 6很少得到实际应用。 18 RAID 6 RAID 7：这是一种新的RAID标准，其自身带有智能化实时操作系统和用 于存储管理的软件工具 可以完全独立于主机运行，不占用主机CPU资源。RAID 7可以看作是 一种存储计算机（Storage Computer），它与其他RAID标准有明显区 别。 19 RAID 7 名称RAID 0RAID 1RAID 0+1RAID 3RAID 4RAID 5RAID 6 冗余性无完全完全 固定校验 盘 固定校验 盘 随机盘校

9、验 随机盘校 验 最少盘盘 数2243334 并发发IO支持支持支持不支持不支持支持支持 20 RAID 级别对比 热备盘（HotSpare）：当一块硬盘损坏的时候，RAID自动往热备盘上恢 复数据，不需要人为干预。 Local Spare 特定热备：针对某一RAID组，只有该组硬盘出现问题后才 启用恢复 Globe Spare 全局热备：针对所有RAID组，只要某一个RAID组出现问题 就进行恢复 Enclosure Spare 机框热备：针对盘柜，只会作用于该磁盘所在盘柜， 当该磁盘所在盘柜中RIAD组故障才进行恢复 21 热备盘 实现RAID的方式：软件方式、硬件方式（RAID卡，包含C

10、PU芯片、ROM 、内存及相应接口） 22 RAID的实现方式 软件方式 RAID需要在操作系 统中运行，系统盘 不在RAID中 占用过多的系统资 源 硬件方式 RAID卡可以实现 多个磁盘同 时传输 ，并在逻辑 上将这些 磁盘划成一体磁盘，读写速 度上大大提高。 RAID卡在芯片上实现 RAID算法 ，提供磁盘的容错功能 RAID卡：通过主板上的SCSI控制器来管理硬盘，RAID卡不集成SCSI控 制器为零通道卡。集成了SCSI控制器的，根据SCSI控制器的通道数， 分单通道卡，双通道卡。 HBA卡Host Bus Adaptor： 主机总线适配卡，是服务器内部I/O通道与 存储系统I/O通

11、道之间的物理连接接口。功能类似网卡，是计算机内部 总线与存储系统的桥梁。 常用协议：IDE、SCSI、光纤通道。选择类型是由磁盘所支持的协议决 定的。 23 RAID卡 第三部分 DAS、SAN、NAS等存储方式介绍 24 不同的存储方式 DAS ：直连方式存储，Direct Attached Storage 以服务器为中心的存储结构，将存储设备直接连在服务器主机上。服 务器连接在网络上，网络上的客户需要访问资源时必须经过服务器。 DAS架构中，服务器的性能成为整个系统的瓶颈。 25 DAS （1）客户户端发发送 请请求命令给给服务务器 （2）服务务器收到命令，查询查询 缓缓冲区，如有则则直接

12、经过经过 网 卡发发送数据给给客户户端；如果 没有则则将请请求翻译译成本地数 据访问访问 命令，转转向存储设储设 备备。 （3）存储设备储设备 根据命令发发送 数据给给服务务器 缓缓存。 （4）数据经过经过 服务务器缓缓存到 网卡缓缓存。 （5）数据经经网 卡发发送给给客 户户。 26 客户端向DAS请求数据的过程 27 DAS架构的特点 优点 DAS采用以服务器为核心的架构，系统建设初期成本比较低 维护 比较简单 对于小规模应用比较合适 缺点 数据的读写完全依赖服务器，数据量增长后，响应性能下降 很难实现 集中管理，整体拥有成本（TCO）较高 没有中央管理系统，数据的备份和恢复需要在每台服务

13、器上单独做 不同的服务器连接不同的磁盘，相互之间无法共享存储资 源，容量再 分配很困难 DAS连接方式导致服务器和存储设备 之间的连接距离有限制 NAS： 网络附加存储 （Network Attached Storage ）专用数据存储服务器 存储系统不再附属于某个特定的服务器，而是直接通过网络接口与网 络直接相连，用户通过网络访问。 类似于一个专用文件服务器，只提供文件系统功能，用于存储服务。 经过优化的系统软硬件，特别适合处理来自网络的I/O请求，响应速度 快，传输速率高。 28 NAS 客户端直接发送请求 给NAS服务器 NAS服务器检查 到缓 存命中的情况下访问 磁盘缓 存，然后直接

14、返回数据给客户端 在缓存未命中的情况 下需访问 磁盘，然后 直接返回数据给客户 端 29 客户端向NAS请求数据的过程 30 NAS架构的特点 优点 NAS的架构将服务器解脱出来，服务器不再是系统的瓶颈。 NAS部署简单 ，不需要特殊的网络建设投资、通常只须网络连 接即 可。 成本比较低，投资主要是一台NAS服务器。 NAS服务器的管理非常简单 ，一般都支持WEB的客户端管理。 NAS设备 的物理位置非常灵活（部署位置）。 NAS允许用户通过网络存取数据，无需应用服务器的干预。 缺点 NAS下处理网络文件NFS或CIFS需要很大的开销。 NAS只提供文件级而不是块级别 的服务，不适合多数数据库

15、及部分视 频存储应 用。 客户对 磁盘不能完全的控制，如：不能随便格式化硬盘 由于NAS 在数据传输时对带宽资 源的消耗较大，所以NAS系统的性能 受到网络负载 的限制。 SAN：Storage Area Network，存储区域网络，以网络为中心的存储结 构。 SAN由三个基本的组件构成：接口（如SCSI、光纤通道等）、连接设 备（交换设备、网关、路由器、集线器等）和通信控制协议（如IP、 SCSI等）。 再加上存储设备和独立的SAN服务器，就构成一个SAN系统。SAN提供 一个专用的、高可靠性的基于光通道的存储网络。SAN允许独立地增 加它们的存储容量，也使得管理和集中控制更加简化 31

16、SAN 32 IP SAN网络拓扑图 FC SAN是一种通过光纤集线器、光纤路由器、光纤交换机等连接设备 将存储设备与相关服务器连接起来的高速专用子网。SAN服务器与交 换机的数据传输通过光纤进行，不能走普通LAN的IP协议。 IPSAN，用IP协议封装的SAN，可以走普通LAN。ISCSI就是其中最热门 的一种IPSAN。 33 SAN的分类 可实现大容量存储设备数据共享 可实现高速计算机与高速存储设备的高速互联 可实现灵活的存储设备配置要求 可实现数据快速备份 提高了数据的可靠性和安全性 34 SAN的特点 ISCSI：SCSI Over IP，将SCSI协议封装到IP包中，通过网络传输，可以克服 SCSI传输距离短的缺点，并且方式灵活。 ISCSI属于IP SAN技术，分为Initator和Targt。Initator是主机端，