對(duì)于一些基本存儲(chǔ)概念的理解.doc

對(duì)于一些基本概念的理解首先我們來(lái)談一下對(duì)于第二欄的基本概念（IDE、SATA、SCSI、SAS）。這一欄的基本概念都是硬盤的驅(qū)動(dòng)接口。由于人們習(xí)慣性的叫法，通常對(duì)于使用這幾種驅(qū)動(dòng)的硬盤人們就會(huì)叫做對(duì)應(yīng)的硬盤，如IDE硬盤。我們?cè)俅渭?xì)分一下IDE和SATA一組，而SCSI和SAS一組。其中IDE和SATA一般主要針對(duì)的應(yīng)該是家庭用戶。而SCSI和SAS主要是針對(duì)的企業(yè)級(jí)的應(yīng)用。這兩組中后者都是前者的升級(jí)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。而且我們也看到了一種趨勢(shì)就是一開(kāi)始人們使用的并行傳輸，而后的升級(jí)替代標(biāo)準(zhǔn)一般選擇了是串行傳輸。也許現(xiàn)在時(shí)鐘頻率成倍增長(zhǎng)和簡(jiǎn)單的電路以及數(shù)據(jù)冗余檢測(cè)簡(jiǎn)單是提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的主要途徑吧。下面我們就分開(kāi)來(lái)介紹一下這些硬盤的驅(qū)動(dòng)接口規(guī)范的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)于IDE來(lái)說(shuō)最大的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，和價(jià)格便宜以及應(yīng)用廣泛。在我們現(xiàn)行的PC機(jī)子中一般都有IDE的接口（一般是一個(gè)IDE接口一個(gè)接硬盤一個(gè)接光驅(qū)），當(dāng)然處在一種要淘汰的趨勢(shì)下，IDE的接口可能變少了但是一般還是會(huì)有的。在IDE接口一個(gè)IDE接口最多可以連接兩個(gè)設(shè)備但是由于兩臺(tái)設(shè)備共享數(shù)據(jù)總線所以兩臺(tái)設(shè)備不能并行獨(dú)立工作。IDE中把兩臺(tái)設(shè)備分為“主從”設(shè)備的區(qū)分，兩者只能交替與主機(jī)交互數(shù)據(jù)。而且主從設(shè)備沒(méi)有明確區(qū)分，只要通過(guò)調(diào)整從設(shè)備可以成為主設(shè)備同理一樣。這些限制了IDE的擴(kuò)展是一件非常頭疼的事情，因?yàn)樗涌谧疃嘀荒苤С謨蓚€(gè)而且線纜長(zhǎng)度過(guò)短（一般看到的是在機(jī)箱內(nèi)，只是資料這么說(shuō)）。其中IDE主要是通過(guò)直接的IO中斷或者DMA方式與主機(jī)進(jìn)行通訊。在其控制器中沒(méi)有IO處理器進(jìn)行IO傳輸中全程的處理。所以總體來(lái)講IDE還是占用了相當(dāng)一部分的CPU工作周期。現(xiàn)有的并行傳輸需要復(fù)雜的線路對(duì)線路設(shè)計(jì)做出很高的要求。而總線時(shí)鐘頻率較低以及復(fù)雜的數(shù)據(jù)冗余這些都是對(duì)IDE提升速度的限制 。SATA是對(duì)IDE的一種改進(jìn)或者說(shuō)是一種替代方案吧。SATA是一種串行的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。它不需要復(fù)雜的引腳電路。每次傳輸一位讓它在數(shù)據(jù)冗余方面變得輕松，當(dāng)然串行的設(shè)備接入方便，擴(kuò)展性更好。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范講SATA中線纜長(zhǎng)度可達(dá)1米以及SATA設(shè)備接入支持星狀接入（感覺(jué)應(yīng)該就像是星狀網(wǎng)絡(luò)一樣）這樣對(duì)于以后實(shí)現(xiàn)硬盤陣列相當(dāng)方便。并且現(xiàn)在的SATA可以支持熱插拔。現(xiàn)在一般PC機(jī)子都開(kāi)始提供SATA硬盤接口。并且開(kāi)始使用SATA來(lái)代替IDE。在SATA規(guī)范是一個(gè)正在不斷完善的規(guī)范，并且標(biāo)準(zhǔn)的版本按照資料提示應(yīng)該比較多。并且定義的一些新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可能在現(xiàn)有的技術(shù)背景下對(duì)存儲(chǔ)器的速度提升并不是很明顯（因?yàn)楝F(xiàn)在的機(jī)械盤內(nèi)部的讀寫速度成為了瓶頸）。而且新的技術(shù)可能支持的芯片還比較少吧（這并不是很清楚，平常沒(méi)有看過(guò)硬盤的這些具體的參數(shù)）。SCSI應(yīng)該來(lái)說(shuō)最初設(shè)計(jì)的主要是企業(yè)級(jí)用戶的一種通用接口并不針對(duì)硬盤。而現(xiàn)在我們的PC主板都會(huì)提供一個(gè)（我自己沒(méi)有用過(guò)，應(yīng)該是機(jī)箱后面那一個(gè)有很多針的接口，當(dāng)時(shí)只是知道這個(gè)接口一般是預(yù)留給打印機(jī)的）。SCSI接口它提供了兩種提升數(shù)據(jù)傳輸速度的方式，一種是提升數(shù)據(jù)總線的頻率，另外一種是增加數(shù)據(jù)帶寬。SCSI做為一個(gè)并行的標(biāo)準(zhǔn)和IDE最大的區(qū)別我覺(jué)得應(yīng)該是SCSI提供了IO處理機(jī)，這樣數(shù)據(jù)的傳輸只需要簡(jiǎn)單的幾條甚至一條CPU指令就可以交給IO處理機(jī)進(jìn)行傳輸了。這樣既解放了CPU在數(shù)據(jù)傳輸中的空跑的現(xiàn)象，也對(duì)于不同的速度的存儲(chǔ)設(shè)備有IO處理機(jī)進(jìn)行一個(gè)通道的選擇吧。而SCSI相對(duì)于IDE另外一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)就是擴(kuò)展性好，它可以連接7-15個(gè)設(shè)備。而且它的最大線纜可以長(zhǎng)達(dá)6米。SAS是一個(gè)SCSI的替代標(biāo)準(zhǔn)。它是串行的連接SCSI。它的接口電路并且能夠支持SATA硬盤。它最大的優(yōu)勢(shì)應(yīng)該就是靈活性好。我們選用這種接口可以根據(jù)自己的實(shí)際情況選用硬盤。這主要是因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)在協(xié)議層，SAS由3種類型協(xié)議組成，根據(jù)連接的不同設(shè)備使用相應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中串行SCSI協(xié)議(SSP)用于傳輸SCSI命令；SCSI管理協(xié)議(SMP)用于對(duì)連接設(shè)備的維護(hù)和管理；SATA通道協(xié)議(STP)用于 SAS和SATA之間數(shù)據(jù)的傳輸。因此在這3種協(xié)議的配合下，SAS可以和SATA以及部分SCSI設(shè)備無(wú)縫結(jié)合。我覺(jué)得正是在協(xié)議層上的這種支持使得SAS可以靈活的擴(kuò)展。但是對(duì)于機(jī)械盤來(lái)說(shuō)它同樣面對(duì)著與SATA的問(wèn)題。最大的瓶頸可能是機(jī)械盤內(nèi)部的讀寫速度而不是接口的速度。RAID 0、RAID 1、RAID 3、RAID 4、RAID 5、RAID 6、RAID 50系列標(biāo)準(zhǔn)。RAID本身就是硬盤矩陣存儲(chǔ)的概念 。它將不同的硬盤按照矩陣接入到系統(tǒng)。在這種概念下RAID 0更加符合我們說(shuō)的矩陣存儲(chǔ)。RAID 0 就是我們所說(shuō)的高字節(jié)交叉編址（或者低字節(jié)交叉編址）存儲(chǔ)器的一個(gè)應(yīng)用吧。他把數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則比如字節(jié)的位數(shù)進(jìn)行分拆，然后將得到的數(shù)據(jù)分別存在不同的存儲(chǔ)體（硬盤）中。這樣當(dāng)主機(jī)訪問(wèn)數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，不同的存儲(chǔ)體獨(dú)立工作提高了訪問(wèn)速度。但是在這種標(biāo)準(zhǔn)模型下有一個(gè)最大的缺點(diǎn)就是當(dāng)一個(gè)存儲(chǔ)體壞掉以后所有的數(shù)據(jù)都可能無(wú)法訪問(wèn)。RAID1是對(duì)數(shù)據(jù)安全性提出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。它要求物理存儲(chǔ)體成對(duì)出現(xiàn)，分為正在使用和備份盤。數(shù)據(jù)完全即時(shí)的備份到備份盤。當(dāng)主盤壞掉的時(shí)候，主機(jī)就會(huì)查詢備份盤，使主機(jī)感覺(jué)不到存儲(chǔ)體的異常。當(dāng)然這樣存儲(chǔ)體只能有效利用一半的空間另一半是備份盤。再就是這樣是部署存儲(chǔ)器價(jià)格也相當(dāng)不菲。RAID 3是將數(shù)據(jù)按照字節(jié)或者位來(lái)分開(kāi)存儲(chǔ)到不同的存儲(chǔ)體中。但是它增加了一塊用于奇偶檢驗(yàn)的硬盤。這樣當(dāng)有一個(gè)硬盤出錯(cuò)時(shí)候它可以生成數(shù)據(jù)。并且允許奇偶校驗(yàn)盤失效的時(shí)候讀寫數(shù)據(jù)。RAID4 同RAID3大體原理相同，但是數(shù)據(jù)是按照塊來(lái)分別存儲(chǔ)到不同的存儲(chǔ)體中。RAID5中就不再提供單獨(dú)的奇偶校驗(yàn)盤了。它是將數(shù)據(jù)及校驗(yàn)數(shù)據(jù)交叉的存儲(chǔ)到不同的存儲(chǔ)體中。RAID6在RAID5中增加了一個(gè)奇偶校驗(yàn)信息塊。兩個(gè)校驗(yàn)信息塊的計(jì)算方法不同，這樣使得在RAID6中即使有兩塊硬盤損壞也不會(huì)影響到數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。RAID50是RAID0和RAID的一個(gè)組合標(biāo)準(zhǔn)。它的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)是RAID5下面每個(gè)子盤組中包含三個(gè)硬盤，在磁盤組內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分離。這樣它允許每個(gè)磁盤組內(nèi)有一個(gè)損壞的硬盤但是存儲(chǔ)器會(huì)構(gòu)建出正確的數(shù)據(jù)。DAS、NAS、SAN、IP SAN、ISCSI、FC SAN這些應(yīng)該是存儲(chǔ)器提供的一種服務(wù)的部署解決方案標(biāo)準(zhǔn)。其中DAS是直連式存儲(chǔ)。它是將存儲(chǔ)器與主機(jī)服務(wù)器就像我們PC的硬盤連接相似，存儲(chǔ)器的變動(dòng)都會(huì)影響到服務(wù)器，存儲(chǔ)器的備份以及讀寫都會(huì)占用CPU相當(dāng)大的工作周期。同理服務(wù)器的擴(kuò)張也是存儲(chǔ)器不能對(duì)外提供數(shù)據(jù)。ISCSI它是IBM對(duì)SCSI的指令與以太網(wǎng)的結(jié)合。SCSI的指令可以在IP協(xié)議上運(yùn)行，使得SCSI的接口規(guī)范不再局限在6米的線纜長(zhǎng)度，它可以在ip網(wǎng)絡(luò)上部署。SAN的部署感覺(jué)到兩張圖對(duì)其解釋的相當(dāng)經(jīng)典。上面這張圖應(yīng)該就將了SAN部署的實(shí)施方案圖。我們?cè)谶@張圖可以看到SAN是一個(gè)局域網(wǎng)中的存儲(chǔ)體部署。它可以提供類似數(shù)據(jù)庫(kù)的分層，或者是說(shuō)網(wǎng)絡(luò)的分層吧。使得各個(gè)部分的只關(guān)心自己層次的部分就好了。這張圖就是SAN與LAN的關(guān)系圖。在這張圖里面我們看到的是SAN與LAN在速度上不相互影響的原理圖吧。因?yàn)镾AN它并沒(méi)有占用LAN的主線。IPSAN應(yīng)該是在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用ISCSI實(shí)施部署SAN系統(tǒng)的一個(gè)部署方案。而FCSAN就是實(shí)施部署SAN的介質(zhì)是FC光纖了。早期的SAN采用的是光纖通道（FC，F(xiàn)iber Channel）技術(shù)，所以，以前的SAN多指采用光纖通道的存儲(chǔ)局域網(wǎng)絡(luò)，到了iSCSI協(xié)議出