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1、Page 1,修订记录,本页不打印,Page 2,评审专家,本页不打印,存储基础知识,V1.1,Page 4,参考资料,存储基础知识白皮书,Page 5,培训目标,学完本课程后，您应该能： 掌握存储的基础知识和技能 熟悉存储的各种特性和功能,Page 6,目 录,存储组网形态 主要协议 RAID 磁盘热备与重构 快照与复制 数据分级存储概念,Page 7,存储分类,封闭系统的存储,开放系统的存储,内置存储,外挂存储,Direct-Attached Storage 直接式存储（DAS）,Fabric-Attached Storage 网络存储（FAS）,Network-Attached Stor
2、age 网络接入存储（NAS）,Storage Area Network 存储区域网络（SAN）,DAS/SAN/NAS组网示意图,Page 8,DAS（Direct Attachment Storage）,直接连接存储：存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接连到服务器的。 I/O请求直接发送到存储设备,Page 10,典型DAS结构,DAS分析,连接简单 集成在服务器内部；点到点的连接；距离短； 安装技术要求不高 低成本需求 SCSI总线成本低 较好的性能 通用的解决方案 DAS的投资低，绝大多数应用可以接受,DAS优势,有限的扩展性 SCSI总线的距离最大25米；最多15个设备
3、专属的连接 空间资源无法与其他服务器共享 备份和数据保护 备份到与服务器直连的磁带设备上 硬件失败将导致更高的恢复成本 TCO（总拥有成本高） 存储容量的加大导致管理成本上升 存储使用效率低,DAS劣势,NAS（Network Attachment Storage）,应用 服务器,File I/O,IP协议,网络连接存储：存储设备连接到现有的网络上，提供数据和文件服务,Page 13,典型NAS结构,NAS的优势,资源共享 构架于IP网络之上 部署简单 较好的扩展性 异构环境下的文件共享 易于管理 备份方案简单 低的TCO,NAS优势,扩展性有限 一些应用会占用带宽资源 不适应某些数据库的应用
4、,NAS劣势,SAN（Storage Area Network）,应用 服务器,Block I/O,FCP协议,SAN,存储区域网络：它是一个用在服务器和存储资源之间的、专用的、高性能的网络体系。它为实现大量原始数据的传输而进行了专门的优化。,Page 16,典型SAN结构,SAN的优势,实现存储介质的共享 非常好的扩展性 易于数据备份和恢复 实现备份磁带共享 LAN Free和Server Free 高性能 支持服务器群集技术 容灾手段 低的TCO,SAN优势,成本较高 需要专用的连接设备如FC交换机以及HBA SAN孤岛 技术较为复杂 需要专业的技术人员维护,SAN劣势,Page 18,D
5、AS/NAS/SAN三种形态比较,Page 19,目 录,存储组网形态 主要协议 RAID 磁盘热备与重构 快照与复制 数据分级存储概念,存储传输的硬件通道有三种：,传输通道,通过以太网线连接 通过SCSI线缆连接 通过光纤线缆连接,iSCSI HBA Card,iSCSI 磁盘阵列,SCSI HBA Card,SCSI 磁盘阵列,FC HBA Card,FC磁盘阵列,以太网线,SCSI线缆,光纤线缆,主机,GE Card,Page 21,SCSI协议,SCSI是小型计算机系统接口（Small Computer System Interface）的简称，主要用于高端系统的连接，现在已完全普及到
6、了小型机及高端服务器。 SCSI存储是以主机为中心的；一条SCSI总线上可以串接多台不同类型的设备。,SCSI协议可以划分为SCSI-1、SCSI-2、SCSI-3，最新的为SCSI-3，也是目前应用最广泛的SCSI版本。 属于SCSI-3 的 Ultra 320 SCSI 的最高数据传输率已经达到了320MB/s。,Page 22,iSCSI协议,iSCSI是互联网小型计算机系统接口（Internet Small Computer System Interface）的简称，是一种在TCP/IP上进行数据块传输的标准，可以理解为SCSI over IP。 iSCSI实现在IP网络上运行SCSI
7、协议，使其能够在诸如高速千兆以太网上进行快速的数据存取备份 操作。可用于构成基于IP的SAN，为用户提供高速、低价、长距离的存储解决方案。 iSCSI是将SCSI命令封装到TCP/IP数据包中，使I/O数据块可通过IP网络传输。 iSCSI的数据包结构：,Page 23,FC协议及组件,FC是光纤通道（Fiber Channel）的简称，用于服务器共享存储设备的连接，存储控制器和驱动器之间的内部连接。 FC是一种高性能的串行连接标准。其接口传输速率目前有1G、2G、4Gbit/s几种标准。传输介质可以选择铜缆或光纤，支持多种互联拓扑结构。,Fiber Channel 组件： HBA卡：Host
8、 Bus Adapter(主机通道适配器)，FC HBA卡在应用中，相当于SCSI卡。我们后面讲到的node和port就在HBA卡上， FC switch：光纤交换机，SAN架构中核心设备，连接服务器和存储设备。,iSCSI协议的分层结构,FC协议的分层结构,iSCSI和FC协议层次比较,Page 25,目 录,存储组网形态 主要协议 RAID 磁盘热备与重构 快照与复制 数据分级存储概念,RAID简介,RAID是廉价冗余磁盘阵列(Redundant Array of Inexpensive Disks) 的简称,RAID0 ：Striped Disk Array without Fault
9、Tolerance( 没有容错设计的条带磁盘阵列，以条带形式将RAID阵列的数据均匀分布在各个阵列中。总容量=(磁盘数量)*(磁盘容量),RAID0（一）,RAID0（二）,RAID 1 ：以镜像作为冗余手段，虚拟磁盘中的数据有多个拷贝，放在成员磁盘上。总容量=(磁盘数量 / 2)*(磁盘容量),RAID1（一）,RAID1（二）,RAID3 (条带分布+专用盘校验)：以xor校验为冗余方式，使用专门的磁盘存放校验数据， 虚拟磁盘上的数据块被分为更小的数据块并行传输到各个成员物理磁盘上 ，同时计算出xor校验数据存放到校验磁盘上。总容量=(磁盘数量 -1)*(磁盘容量),RAID3（一）,RA
10、ID3（二）,RAID5 (条带技术+分布式校验)：以XOR检验为冗余方式，校验数据均匀分布在各个数据磁盘上，对各个数据磁盘的访问为异步操作。,总容量=(磁盘数 -1)*(磁盘容量),RAID5（一）,A,B,C,D,E,RAID5（二）,RAID6：能够允许两颗磁盘同时失效的RAID级别系统。总容量=(磁盘数 -2)*(磁盘容量),RAID6（一）,RAID6（二）,RAID10 (镜像阵列条带化)：将镜像和条带组合起来的组合RAID级别，最 低一级是RAID1镜像对，第二级为RAID0。 总容量=(磁盘数 /2)*(磁盘容量),RAID10 （一）,RAID10（二）,RAID50定义：将
11、镜像和条带组合起来的组合RAID级别，最低一级是RAID5镜像对， 第二级为RAID0。 总容量=(磁盘数 -1)*(磁盘容量),RAID50（一）,RAID50（二）,Page 41,RAID 级别比较,其中RAID3与RAID5的区别为：RAID3更适合于顺序存取，RAID5更适合于随机存取。需要根据具体的应用情况决定使用那种RAID级别。,Page 42,目 录,存储组网形态 主要协议 RAID 磁盘热备与重构 快照与复制 数据分级存储概念,Page 43,所谓热备份是在建立RAID磁盘阵列系统的时候，将其中一磁盘指定为热备磁盘，此热备磁盘在平常并不操作，当阵列中某一磁盘发生故障时，热备
12、磁盘便取代故障磁盘，并自动将故障磁盘的数据重构在热备磁盘上。 热备盘分为：全局热备盘和局部热备盘 全局热备盘：针对整个磁盘阵列，对阵列中所有RAID组起作用。 局部热备盘：只针对某一RAID组起作用。 因为反应快速，加上快取内存减少了磁盘的存取，所以数据重构很快即可完成，对系统的性能影响不大。对于要求不停机的大型数据处理中心或控制中心而言，热备份更是一项重要的功能，因为可避免晚间或无人守护时发生磁盘故障所引起的种种不便。,热备（HotSpare）,Page 44,热备与重构,在线操作特性 系统中需设置一个热添加的备份盘或用一个新的替代磁盘替代故障磁盘 当满足以下条件时开始数据自动重构 1、有一
13、个热备份盘存在独立于故障磁盘的 2、 所有磁盘都配置为冗余阵列(RAID1,3,5,10) 所有的操作都是在不中断系统操作的情况下进行的,RAID5 set of drives:4 active,1 hot-spare,COPY BACK完成,某个磁盘损坏，重构过程开始,重构过程结束，RAID5可靠性恢复冗余,插入新磁盘，COPYBACK开始,Page 45,目 录,存储组网形态 主要协议 RAID 磁盘热备与重构 快照与复制 数据分级存储概念,Page 46,逻辑卷快照(snapshot),基本概念： Base Volume ：快照源卷 Repository Volume ：快照仓储卷，保存
14、快照源卷在快照过程中被修改以前的数据 Snapshot Volume ：快照卷 某一个时间点的逻辑卷映像： 逻辑上相当于整个Base Volume的拷贝 可将Sanpshot Volume分配给任何一台主机 Snapshot Volume可读取、写入或拷贝 存储空间需求 需要相当于Base Volume 20%的额外空间 用途 文件、逻辑卷恢复 备份、测试、数据分析等,Page 47,快照(snapshot) 过程演示,B,A,S,E,V,O,L,U,M,E,X,Y,Z,并且我们的卷有足够的空间来创建快照,首先保证我们的源卷和阵列的运行是正常的,Page 48,W,R,E,P,O,S,I,T,
15、S,N,A,P,S,H,O,T,V,O,L,U,M,B,A,S,E,V,O,L,U,M,E,X,Y,Z,R,I,T,E,S,首先，在快照完成之前控制器是禁止对源卷进行写操作的。,仓储卷默认是源卷大小的20%,满足上面条件后，快照过程开始进行,快照(snapshot)开始,Page 49,仓储卷（20%源卷大小）现在可用,快照(snapshot)完成,R,E,P,O,S,I,T,S,N,A,P,S,H,O,T,V,O,L,U,M,B,A,S,E,V,O,L,U,M,E,X,Y,Z,W,R,I,T,E,S,快照完成状态，实际上是一些指针,当快照完成之后，控制器释放对源卷的写权限，我们可以对源卷进行
16、写操作,Page 50,当源卷数据改变时,我们的源卷数据在改变之前会顺序的写到仓储卷上，然后再把快照指针指导这边来。,B,A,S,V,O,E,T,S,N,A,P,S,H,O,T,V,O,L,U,M,B,A,S,E,V,O,L,U,M,E,X,Y,Z,W,R,I,T,E,S,然后源卷的数据才会开始更新,Page 51,最后一步,我们源卷的原数据已经写到了仓储卷上,B,A,S,V,O,E,T,S,N,A,P,S,H,O,T,V,O,L,U,M,W,R,I,E,T,E,L,U,M,S,X,Y,Z,快照卷的指针指到了新的数据位置,源卷数据更新完毕,Page 52,逻辑卷拷贝(Volume Copy),生产主机,测试主机,基本概念 将一个逻辑卷（Source）上的内容完全物理上 拷贝到另一个逻辑卷（Target） 拷贝过程中源卷只读 在同一个存储系统内目标逻辑卷可以做另一个Volume Copy的源卷 用途 目标逻辑卷可用来做经营分析、数据挖掘、测 试、备份等 对目标卷的操作
