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1、存储基础知识 一 SOUL产品部 2010 05 存储基础讨论哪些问题 HostPlatforms MediaManagement 性能Performance容量capacity DAS NAS SAN 虚拟化 备份 复制 WORM 云存储 ILM SCSI DAFS FC IP SCSI RAID 快照 容灾 重复删除 NDMP VSS SNIA 存储网络行业协会 存储模型 目录 存储介质 存储介质硬盘技术磁带技术 硬盘主要物理结构 硬盘主要物理结构 盘片Platter磁盘驱动器的主要组件之一是盘片 其盘片构成材料是铝合金或者是玻璃 表面覆盖着磁记录层 硬磁盘盘片直径小型化的同时 面密度也在
2、不断提高 目前硬盘的面密度已经超过每平方英寸100GB 磁头Head硬磁盘驱动器的磁头是浮动磁头 工作过程中磁头与盘面不接触 两者之间有一个很小的间隙 当磁盘高速旋转时 由于空气的粘滞性 附着在盘面上的空气在磁头和盘面之间形成了一层空气垫 托住磁头 主轴Spindle和主轴电机Motor硬盘驱动器由主轴带动盘片旋转 其转速很高 目前一般为5400r min 7200r min 高速硬盘一般是15000r min 用于服务器和高速磁盘阵列 主轴电机一般为无刷直流电机 采用流体动压轴承以达到极小的径向偏摆 从而保证极小的磁道偏摆 利于磁头对磁道的跟踪 Aharddriveplatterbeinga
3、ccessedbyanactuatorarm 硬盘的读写工作 磁盘驱动器在存取工作过程中 首先要把磁头移动到目标磁道 这个过程称为寻道 到达目标磁道后 还要通过伺服跟踪系统使磁头动态保持在目标磁道的中心 这个过程叫磁道跟踪 在寻道过程中 首先执行寻道命令 把磁头当前所处磁道距目标磁道的距离计算出来 装入差值计数器中 然后根据差值的正 负和大小来驱动磁头运动 为了提高寻道速度 一般把控制分成两个阶段来进行 第一阶段是 粗控 阶段 作用是速度控制 当目标磁道和当前磁道之差大于零时 采用速度控制 目的在于尽快找到目标磁道 当找到了目标磁道后 才进入 精控 阶段 精控 阶段的作用是位置控制 保证磁头牢
4、牢盯住目标磁道 所以又称跟踪控制方式 当访问某一个扇区时 磁头须从当前所处的磁道运动到指定的目标磁道 再等待被访问的扇区旋转到磁头下 所有盘面上的磁头装在同一个小车上作同步运动 即每一瞬间各盘面上的磁头均处于各自同一序号的磁道上 这些序号相同的磁道组成了一个柱面 与磁道编号一样 零磁道所在的柱面为零柱面 1号磁道所在的柱面为1号柱面 依次类推 访问时 先要选择柱面 其次要选择磁头 也就是选择盘面 和扇区 所以 寻址用的地址信息应该有柱面号 磁头号和扇区号 硬盘存储结构 磁头Head磁头是硬盘中最昂贵 最重要的部件 MR磁头 Magnetoresistiveheads 即磁阻磁头 采用的是分离式
5、的磁头结构 写入磁头仍采用传统的磁感应磁头 MR磁头不能进行写操作 读取磁头则采用新型的MR磁头 即所谓的感应写 磁阻读 这样 在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化 以得到最好的读 写性能 磁道Track当磁盘旋转时 磁头若保持在一个位置上 则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹 这些圆形轨迹就叫做磁道 是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区 磁盘上的信息是沿着磁道存放的 相邻磁道之间并不是紧挨着 因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响 硬盘上的磁道密度很大 通常一面有成千上万个磁道 扇区Sector每个磁道被等分为若干个弧段 这些弧段是磁盘的扇区 每个扇区可以存放512个字节的信息
6、 磁盘读取和写入数据时 要以扇区为单位 柱面Cylinder硬盘由重叠多盘片构成 每个盘面都被划分为数目相等的磁道 并从外缘的 0 开始编号 具有相同编号的磁道形成一个圆柱 称为磁盘的柱面 柱面数磁道数是相等的 由于每个盘面都有自己的磁头 因此 盘面数等于总的磁头数 所谓硬盘的CHS 即Cylinder 柱面 Head 磁头 Sector 扇区 只要知道了硬盘的CHS 即可确定硬盘的容量 硬盘的容量 柱面数 磁头数 扇区数 512Byte DataRate Innervs OuterTracks Tokeepthingssimple originallysamenumberofsectorsp
7、ertrackSinceoutertracklonger lowerbitsperinchCompetitiondecidedtokeepbitsperinch BPI highforalltracks constantbitdensity Morecapacityperdisk Moresectorspertracktowardsedge Sincediskspinsatconstantspeed outertrackshavefasterdatarateBandwidthoutertrack1 7xinnertrack 硬盘的基本参数 容量硬盘的容量MB或GB为单位 容量指标还包括硬盘的单
8、碟容量单 是指包括正反两面在内的单个盘片的总容量 单碟容量越大 单位成本越低 平均访问时间也越短 转速转速 Rotationalspeed 是指盘片每分钟转动的圈数RPM RoundPerMinute 平均访问时间平均访问时间 AverageAccessTime 是指磁头从起始位置到达目标磁道位置 并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间 平均访问时间体现了硬盘的读写速度 它包括平均寻道时间 平均等待时间 平均寻道时间 AverageSeekTime 是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间 一般8ms以内 平均等待时间是指磁头已处于要访问的磁道 等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间
9、 平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的一半 一般应在4ms以下 传输速率传输速率 DataTransferRate 硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度 单位为兆字节每秒 MB s 硬盘数据传输率又包括了内部数据传输率和外部数据传输率 内部传输率 InternalTransferRate 也称为持续传输率 SustainedTransferRate 它反映了硬盘缓冲区未用时的性能 内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度 外部传输率 ExternalTransferRate 也称为突发数据传输率 BurstDataTransferRate 或接口传输率 它标称的是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传
10、输率 外部数据传输率与硬盘接口类型和硬盘缓存的大小有关 缓存硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题 以提高硬盘的读写速度 常用指标 硬盘类型及接口 SAS SATA FC SCSI ATA IDE LC SC 硬盘类型 接口视图 ATA IDE接口硬盘 ATA AdvancedTechnologyAttachment 高级技术附加ATA硬盘是传统的桌面级硬盘 主要应用于个人PC机 也经常称为IDE IntegratedDriveElectronic 硬盘ATA接口为并行ATA技术 正在被串行ATA SATA 所替代 SCSI接口硬盘 SCSI SmallComputerSyst
11、emInterface 小型计算机系统接口SCSI硬盘并发处理性能优异 常应用于企业级存储领域SCSI硬盘采用并行接口 接口速率发展到320MB s 已经达到极限 正在被SAS SerialAttachedSCSI 硬盘所替代 FC接口硬盘 采用FC AL FiberChannelArbitratedLoop 光纤通道仲裁环 接口模式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提供一种单环拓扑结构 一个控制器能访问126个硬盘 SATA接口硬盘 SATA串行ATA SerialAdvancedTechnologyAttachment SATA采用串行方式进行数据传
12、输 接口速率比IDE接口高SATA硬盘采用点对点连接方式 支持热插拔 即插即用SATAII有以下五个主要特性 更高的端口传输率 300MB s 本机命令队列 NCQ 组件管理 EnclosureManagement 比如风扇控制 温度控制 新硬盘指示 坏硬盘指示 硬盘状态指示等端口复用 PortMultiplier 允许多个硬盘连接到同一端口可向上兼容SAS技术SATA 技术可对24 7企业在线和近线存储应用提供超大容量和高可靠性的支持 SAS接口硬盘介绍 SAS串行连接SCSI SerialAttachedSCSI SAS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
13、并且兼容SATA硬盘 为企业用户带来前所未有的灵活性保留了SCSI技术良好的可测性和可靠性点对点串行连接方式提供更高的带宽 单接口3Gb 6Gb 12Gb相对于SCSI更优异的信号和数据完整性灵活性 兼容SAS和SATA可扩展性 寻址范围宽 通过扩展器可以支持更多设备可靠性和可用性 全双工接口支持冗余路径更长的电缆连接 更小尺寸 更容易的连接方式 更多选择 SAS SATA接口兼容性 SATA SAS快速比较 各类硬盘对比 SATA 接口硬盘支持NCQ SATA 不支持 企业存储介质分级策略 Onlyasmallpercentageofdatashouldbemaintainedonthehi
14、ghestcost highperformancedevices Therestismigratedtolessexpensivestoragewhereitisimmediatelyavailablewhenneeded EMCWhitepaperApril2005 HighcapacityLowcost per gigabyteHighreliabilityOptimizedfornearlineapplications Transactional Archive OnLine OffLine NearLine PerformanceAvailabilityAccesstime Costp
15、erTerabyteCapacityRetention 企业级Nearline与Online硬盘区别 NearlineStorage7 200rpmSATA OnlineStorage15 000rpmSAS FC 机械部分更大的磁铁坚固外壳空气控制设备更高寻道速度更多磁头更多盘片更小盘片直径更高转速 电子部分DualprocessorsDualportTwicethefirmwareCommandschedulingSuperiorerrorcorrectionSmartalgorithmsPerform optimizationDataintegritychecks 不同类型硬盘的需求变化
16、 不同类型硬盘发展趋势 SCSI 2SCSI 3 FC AL100MB SperPort FC AL200MB SperPort SynchronousSCSI5MB s FastWideSCSI10 20MB s UltraSCSI20 40MB s Ultra2SCSI40 80MB s Ultra160SCSI160MB s Ultra320SCSI320 MB s SAS300MB sperport SATASATAII SerialATA150MB s SerialATAII300MB s FC AL400MB SperPort 串行 并行 SAS600MB sperport 硬盘规格的发展变化 硬盘容量的发展 容量 FC SAS硬盘 100GB 300GB 750GB 1TB 400GB 500GB 750GB 1000GB SATA硬盘 500GB 1 5B 2TB 73GB 146GB 300GB 450GB 600GB 1 5TB 2TB 256GB 250GB SSD固态硬盘 多种多样的磁带技术 磁带介质类型DAT DigitalAudioTape 4mmDLT D
