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1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights 存储基础知识培训HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reserved第第第第1 1章章章章 存储的基本概念存储的基本概念存储的基本概念存储的基本概念第第1节节 存储设备与存储设备与RAID第第2节节 热备盘与重构热备盘与重构第第3节节 存储接口技术存储接口技术第第4节节 存储的三种网络形态存储的三种网络形态Page 1HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reserved存储设备介绍l所有的存储设备都是若干物理磁盘和磁盘控制器的集
2、合。磁盘负责具体的数据存储，磁盘控制器负责协调主机和磁盘之间的数据传输。l “存储技术”所涉及面非常广，比如说数据的读写速度、存储机制、可靠性、容错性等等l这里重点介绍与工作关系相对密切的可靠性、容错性方面的有关知识点：RAIDHotSparePage 2HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedRAID 概念l常用 RAID 级别RAID 0RAID 1RAID 10RAID 3RAID 5qRAID Redundant Arrays of Inexpensive Disks 廉价冗余磁盘阵列，由数颗硬盘组成一个容错阵列系统q 使用RAI
3、D的好处 提供硬盘串接，将所有的硬盘组成一个虚拟的大硬盘 可将资料切割成许多区块，当读取或写入资料时以并行的方式对多颗硬盘进行存取动作，当硬盘颗数愈多时，愈能增加存取速度。 通过镜像或异或校验提供硬盘容错功能。 Page 3HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedRAID 0 条带存储(Striping)原理原理：又称数据分条，即把数据分成若干相等大小的小块，并把它们写到阵列上不同的硬盘上，这种技术又称“Stripping”（即将数据条带化），数据分布在多个盘上，在读写时是以并行的方式对各硬盘同时进行操作。 q 优点 磁盘空间利用率最高
4、在所有的级别中，RAID 0的速度是最快的q 缺点 无冗余功能，如果一个磁盘损坏，则所有的数据都无法使用 不适合关键业务q 应用 媒体编辑 图像编辑 需要高带宽的应用Page 4HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedRAID 0 条带存储(Striping)RAID0Page 5HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedRAID 1 镜像/双工(Mirroring / Duplexing)l优点数据安全性相对其它RAID级，是最好的l缺点磁盘利用率只有50%，是所有RAID上磁盘利用
5、率最低的一个级别原理原理：即每个工作盘都有一个镜像盘，每次写数据时必须同时写入镜像盘，读数据时只从工作盘读出，一旦工作盘发生故障立即转入镜像盘，从镜像盘中读出数据。当更换故障盘后，数据可以重构，恢复工作盘正确数据 q 应用 财务 金融 需要高数据可用性的应用Page 6HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedRAID 1RAID 1RAID 1 镜像镜像/ /双工双工(Mirroring / Duplexing)(Mirroring / Duplexing)Page 7HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All ri
6、ghts reservedRAID 10 (镜像阵列条带化)l优点容错能力强高性能l缺点磁盘利用率低q RAID 10 ，也称为镜像阵列条带q原理：原理：建立在RAID1 和RAID0 的基 础上而形成的。使用4、6、8.块磁盘。 每两块磁盘作RAID1，然后将形成的低 级阵列重新组合作RAID0。q 应用 需高性能、高可用性的数据库应用Page 8HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedRAID 1+0RAID 10 (镜像阵列条带化)RAID1RAID1RAID0Page 9HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.A
7、ll rights reservedRAID 3 (条带分布+专用盘校验)q原理原理：使用至少三块硬盘配置，在其中的一块硬盘上存贮专用的校验数据，当某块硬盘出现故障时，其它硬盘可以通过校验数据将有故障的硬盘的数据重新恢复出来。q特点特点：数据以位或字节的方式存于各盘（分散记录在组内相同扇区的各个硬盘上） l优点优点高可用性磁盘利用率较高(N-1)并行I/O传输，顺序读性能较高l缺点缺点校验盘成为性能瓶颈每次读写牵动整个组，每次只能完成一次I/O q 应用应用 流媒体服务器 图像编辑 视频编辑Page 10HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reser
8、vedRAID 3RAID 3 (条带分布+专用盘校验)Page 11HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedRAID 5 (条带技术+分布式校验)q原理：原理：RAID5 将所有校验的数据分别存贮在所有的硬盘上,每一个硬盘的不同地方既存贮数据，也存贮校验数据。当某块硬盘出现故障时，其它硬盘可以通过校验数据将故障的硬盘的数据重新恢复出来。l优点优点高可用性磁盘利用率较高(N-1)随机读写性能高 l缺点缺点异或较验影响存储性能q应用应用 文件及应用服务器 数据库服务器 Web, E-mail, and News 服务器 局域网服务器Page
9、 12HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedRAID 5RAID 5 (条带技术+分布式校验)Page 13HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedRAID 级别比较项目项目RAID0RAID0RAID1RAID1RAID10RAID10RAID5RAID5、RAID3RAID3最小配置1243性能HighestLowestRAID5RAID10RAID0RAID1RAID5/N描述不带奇偶效验的条带集磁盘镜像RAID0与RAID1的结合带奇偶效验的条带集其中RAID3与RAID5
10、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 14HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedRAID 级别比较Page 15HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reserved第第第第1 1章章章章 存储的基本概念存储的基本概念存储的基本概念存储的基本概念第第1节节 存储设备与存储设备与RAID第第2节节 热备盘与重构热备盘与重构第第3节节 存储接口技术存储接口技术第第4节节 存储的三种网络形态存储的三种网络形态Page
11、 16HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reserved常用的存储技术简介-HotSparel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。l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。l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。l对于要求不停机的大型数据处理中心或控
12、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。Page 17HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reserved热备与重构l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有一个热备份盘存在独立于故障磁盘的所有磁盘都配置为冗余阵列(RAID1,3,5,0+1)l所有的操作都是在不中断系统操作的情况下进行的RAID5setofdrives:4 active,1 hot-spareCOPYBACK完成完成某个磁盘损坏，重构过程开始某个磁盘损坏，重构过
13、程开始重构过程结束，重构过程结束，RAID5可靠性恢复冗余可靠性恢复冗余插入新磁盘，插入新磁盘，COPYBACK开始开始Page 18HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reserved第第第第1 1章章章章 存储的基本概念存储的基本概念存储的基本概念存储的基本概念第第1节节 存储设备与存储设备与RAID第第2节节 热备盘与重构热备盘与重构第第3节节 存储接口技术存储接口技术第第4节节 存储的三种网络形态存储的三种网络形态Page 19HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reserved存储接口技术IDE/
14、ATA-低成本存储连接总线结构Serial ATA-高速串行ATA技术SCSI-高性能连接存储设备和服务器SAS-高速串行SCSI存储设备iSCSI-利用TCP/IP协议连接存储设备Fiber channel-存储区域网(SAN)的基础，扩展性更大，距离更远。（重点介绍）Page 20HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedIDE/ATA 比较SATAlIDE/ATA接口出现，使硬盘在性能、可靠性和兼容性上有了飞跃的发展。lIDE/ATA硬盘在当今个人计算机上广泛使用。并以较低的成本提供卓越的性能。l用于系统内部存储设备。例如：硬盘、光驱
15、、磁带机的连接。补充：补充：SATA与并行与并行ATA的不同的不同l并行ATA数据线由80根线组成，非常宽；SATA数据线仅有7根弦，较窄，不会影响机箱内部散热风流。l并行ATA数据线最远传输距离为12英寸，过长会造成信号的衰减；SATA数据线最远传输距离可达1米，更有利于机箱内部走线，保障系统散热。Page 21HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reserved并行SCSI比较串行SASSCSISAS总线类型总线类型并行 串行 线缆长度线缆长度12米 6米连接方式连接方式共享总线 点到点 设备数目设备数目1516384性能性能320 MB/s (
16、max) 300MB/s寻道时间寻道时间3 ms 3ms 硬盘的转速硬盘的转速最大 15K 最大 15K 端口类型端口类型单口 双口双口Page 22HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservediSCSI技术IP网络网络IP地址地址+端口端口iSCSI目标设备目标设备iSCSI发起设备发起设备iSCSI发起设备发起设备iSCSI发起设备发起设备SCSI+IP突破距离限制网络化存储的实现数据高效安全传输 iSCSI-利用TCP/IP协议连接存储设备,可以理解为SCSI over IP,是将SCSI命令封装到TCP/IP数据包中,通过IP网络传输
17、SCSI数据。iSCSI可用于构成基于IP的SAN，一种简单而强大的技术为用户提供高速、低价、长距离的存储解决方案Page 23HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedFiber Channel 标准与组件FiberChannel标准：标准：lFiber channel是一种高性能的串行连接标准。lFC的接口传输速率目前有1G、2G、4G、10G（将来）bit/s几种标准。l支持多种通用的传输协议(SCSI、IP)。FiberChannel组件：组件：lHBA卡卡：Host Bus Adapter(主机通道适配器)，FC HBA卡在应用中
18、，相当于SCSI卡。我们后面讲倒的node和port就在HBA卡上，lFCswitch：光纤交换机，SAN架构中核心设备，连接服务器和存储设备。l线缆线缆：光纤或铜缆。介质类型速度距离9微米单模光纤100 MB/s (1G)200 MB/s (2G)1G 最多10 km2G 最多 2 km50或者 62.5 微米多模光纤100 MB/s (1G)200 MB/s (2G)1G 最多 500 m2G 最多200 m铜线100 MB/s (1G)200 MB/s (2G)1G 最多 30 m2G 最多 10 mPage 24HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All righ
19、ts reservedFCFC网络网络网络网络ServerServerHBAHBA卡卡Page 25HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedNode基本概念lNode发送或者接收传输数据l它是数据的源或者目的地l一个Node包含一个或多个PortPORTSNODENodeWWNNWWPNPortlPort从Node取得数据，并发送或者接收这些数据lPort与光纤相连l数据以1Gb/s或2Gb/s（即100MB/s或200MB/s）的速度传输Page 26HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights res
20、ervedLink基本概念qLink将Fibre Channel中的数据从一个Port传到下一个Portq包含光/电接收器/发送器q一个Link由两个相对方向的单向光纤传输组成q用于任何一种FC拓扑结构N_PortNodeN_PortNodePage 27HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedFibre Channel寻址l每一个Node和每一个Port都有一个唯一的WWN（Word Wide NameNodeWWNNWWPNPortPage 28HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reser
21、vedFC（光纤通道）连接拓扑结构Point-to-Point2个设备直连个设备直连SwitchedFabric至多至多1600万个设备万个设备ArbitratedLoop至多至多126设备设备Page 29HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reserved第第第第1 1章章章章 存储的基本概念存储的基本概念存储的基本概念存储的基本概念第第1节节 存储设备与存储设备与RAID第第2节节 热备盘与重构热备盘与重构第第3节节 存储接口技术存储接口技术第第4节节 存储的三种网络形态存储的三种网络形态Page 30HUAWEI TECHNOLOGIES C
22、O., LTD.All rights reserved存储网络的三种形态存储网络的三种形态什么是DAS？什么是NAS ？什么是SAN？DAS、NAS和SAN的比较？Page 31HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedDAS(Direct Attached Storage)l存储设备（RAID系统、磁带机和磁带库、光盘库）直接连接到服务器；l传统的、最常见的连接方式，容易理解、规划和实施；缺点是：lDAS没有独立操作系统，也不能提供跨平台的文件共享，各平台下数据需分别储存；各DAS系统之间没有连接，数据只能分散管理；备份软件不能离开服务器
23、支持；DAS的前期投资比较少。Page 32HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedDAS特点ServerPage 33HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedNAS(Network Attached Storage)lNAS本身装有独立的OS，通过网络协议可以实现完全跨平台共享，支持WinNT、Linux、Unix等系统共享同一存储分区；NAS可以实现集中数据管理；一般集成本地备份软件，可以实现无服务器备份功能；NAS系统的前期投入相对较高。lNAS是在RAID的基础上增加了存储操
24、作系统；NAS内每个应用服务器通过网络共享协议（如：NFS、CIFS）使用同一个文件管理系统；NAS关注应用、用户和文件以及它们共享的数据上数据；磁盘I/O会占用业务网络带宽。Page 34HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedNAS特点UnixWindowsLinuxTCP/IP集成简易NAS操作系统支持NFS、CIFS等文件系统和协议共享通过TCP/IP网络传输数据Page 35HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedSAN(Storage Area Network)l一种高可
25、用性，高性能的专用存储网络，用于安全的连接服务器和存储设备并具备灵活性和可扩展性；SAN对于数据库环境、数据备份和恢复存在巨大的优势；SAN是一种非常安全的，快速传输、存储、保护、共享和恢复数据的方法。lSAN是独立出一个数据存储网络，网络内部的数据传输率很快，但操作系统仍停留在服务器端，用户不直接访问SAN的网络；SAN关注磁盘、磁带以及联接它们的可靠的基础结构 ；Page 36HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedSAN特点远距离稳定高速的数据传输“无限”设备的集合数据集中与管理降低整体成本Page 37HUAWEI TECHNOL
26、OGIES CO., LTD.All rights reserved SAN网络组件SCLCPage 38HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reserved一个简单的SAN模型 IPNetworkFibreChannelFabricServers/HostsEthernetFibreChannelPage 39HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reservedSAN网络实例主机主机交换机交换机存储设备存储设备Page 40HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights r
27、eserved存储网络的三种形态比较存储网络的三种形态比较存储网络的三种形态比较存储网络的三种形态比较SCSI/FCSCSI/FCGEGEGEGEFCFCFCFCDASDASNASNASSANSANDASNASSAN传输类型SCSI、FCIPFC数据类型块级文件级块级典型应用任何文件服务器数据库应用优点易于理解兼容性好易于安装成本低高扩展性高性能高可用性缺点难以管理扩展性有限存储空间利用率不高性能较低对某些应用不适合比较昂贵配置复杂互操作性问题FCSwitchFCSwitchLANSwitchLANSwitchSCSISCSI存储存储/FC/FC存储存储NASNAS存储存储FCFC存储存储ServerServerPage 41HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.All rights reserved章节回顾l问题1：读写最快的raid级别是？可靠性最高的raid级别是？磁盘利用率最高的和最低的raid级别是?利用率分别为?raid3和raid5的区别是？l问题2：为什么需要热备盘？全局热备和局部热备有什么区别l问题3：存储有哪几种连接技术？什么是DAS、NAS、SAN，他们各有什么特点？Page 42
