對于一些基本存儲概念的理解.doc

對于一些基本概念的理解首先我們來談一下對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)動接口。由于人們習(xí)慣性的叫法，通常對于使用這幾種驅(qū)動的硬盤人們就會叫做對應(yīng)的硬盤，如IDE硬盤。我們再次細分一下IDE和SATA一組，而SCSI和SAS一組。其中IDE和SATA一般主要針對的應(yīng)該是家庭用戶。而SCSI和SAS主要是針對的企業(yè)級的應(yīng)用。這兩組中后者都是前者的升級規(guī)范標準。而且我們也看到了一種趨勢就是一開始人們使用的并行傳輸，而后的升級替代標準一般選擇了是串行傳輸。也許現(xiàn)在時鐘頻率成倍增長和簡單的電路以及數(shù)據(jù)冗余檢測簡單是提升數(shù)據(jù)存儲的主要途徑吧。下面我們就分開來介紹一下這些硬盤的驅(qū)動接口規(guī)范的優(yōu)缺點。對于IDE來說最大的優(yōu)點是簡單，和價格便宜以及應(yīng)用廣泛。在我們現(xiàn)行的PC機子中一般都有IDE的接口（一般是一個IDE接口一個接硬盤一個接光驅(qū)），當然處在一種要淘汰的趨勢下，IDE的接口可能變少了但是一般還是會有的。在IDE接口一個IDE接口最多可以連接兩個設(shè)備但是由于兩臺設(shè)備共享數(shù)據(jù)總線所以兩臺設(shè)備不能并行獨立工作。IDE中把兩臺設(shè)備分為“主從”設(shè)備的區(qū)分，兩者只能交替與主機交互數(shù)據(jù)。而且主從設(shè)備沒有明確區(qū)分，只要通過調(diào)整從設(shè)備可以成為主設(shè)備同理一樣。這些限制了IDE的擴展是一件非常頭疼的事情，因為它接口最多只能支持兩個而且線纜長度過短（一般看到的是在機箱內(nèi)，只是資料這么說）。其中IDE主要是通過直接的IO中斷或者DMA方式與主機進行通訊。在其控制器中沒有IO處理器進行IO傳輸中全程的處理。所以總體來講IDE還是占用了相當一部分的CPU工作周期?，F(xiàn)有的并行傳輸需要復(fù)雜的線路對線路設(shè)計做出很高的要求。而總線時鐘頻率較低以及復(fù)雜的數(shù)據(jù)冗余這些都是對IDE提升速度的限制 。SATA是對IDE的一種改進或者說是一種替代方案吧。SATA是一種串行的傳輸標準。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，當然串行的設(shè)備接入方便，擴展性更好。標準規(guī)范講SATA中線纜長度可達1米以及SATA設(shè)備接入支持星狀接入（感覺應(yīng)該就像是星狀網(wǎng)絡(luò)一樣）這樣對于以后實現(xiàn)硬盤陣列相當方便。并且現(xiàn)在的SATA可以支持熱插拔?，F(xiàn)在一般PC機子都開始提供SATA硬盤接口。并且開始使用SATA來代替IDE。在SATA規(guī)范是一個正在不斷完善的規(guī)范，并且標準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)標準可能在現(xiàn)有的技術(shù)背景下對存儲器的速度提升并不是很明顯（因為現(xiàn)在的機械盤內(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，平常沒有看過硬盤的這些具體的參數(shù)）。SCSI應(yīng)該來說最初設(shè)計的主要是企業(yè)級用戶的一種通用接口并不針對硬盤。而現(xiàn)在我們的PC主板都會提供一個（我自己沒有用過，應(yīng)該是機箱后面那一個有很多針的接口，當時只是知道這個接口一般是預(yù)留給打印機的）。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做為一個并行的標準和IDE最大的區(qū)別我覺得應(yīng)該是SCSI提供了IO處理機，這樣數(shù)據(jù)的傳輸只需要簡單的幾條甚至一條CPU指令就可以交給IO處理機進行傳輸了。這樣既解放了CPU在數(shù)據(jù)傳輸中的空跑的現(xiàn)象，也對于不同的速度的存儲設(shè)備有IO處理機進行一個通道的選擇吧。而SCSI相對于IDE另外一個明顯優(yōu)勢就是擴展性好，它可以連接7-15個設(shè)備。而且它的最大線纜可以長達6米。SAS是一個SCSI的替代標準。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)自己的實際情況選用硬盤。這主要是因為該標準在協(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)用于對連接設(shè)備的維護和管理；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)備無縫結(jié)合。我覺得正是在協(xié)議層上的這種支持使得SAS可以靈活的擴展。但是對于機械盤來說它同樣面對著與SATA的問題。最大的瓶頸可能是機械盤內(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系列標準。RAID本身就是硬盤矩陣存儲的概念 。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更加符合我們說的矩陣存儲。RAID 0 就是我們所說的高字節(jié)交叉編址（或者低字節(jié)交叉編址）存儲器的一個應(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)進行分拆，然后將得到的數(shù)據(jù)分別存在不同的存儲體（硬盤）中。這樣當主機訪問數(shù)據(jù)請求時，不同的存儲體獨立工作提高了訪問速度。但是在這種標準模型下有一個最大的缺點就是當一個存儲體壞掉以后所有的數(shù)據(jù)都可能無法訪問。RAID1是對數(shù)據(jù)安全性提出的一個標準。它要求物理存儲體成對出現(xiàn)，分為正在使用和備份盤。數(shù)據(jù)完全即時的備份到備份盤。當主盤壞掉的時候，主機就會查詢備份盤，使主機感覺不到存儲體的異常。當然這樣存儲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器價格也相當不菲。RAID 3是將數(shù)據(jù)按照字節(jié)或者位來分開存儲到不同的存儲體中。但是它增加了一塊用于奇偶檢驗的硬盤。這樣當有一個硬盤出錯時候它可以生成數(shù)據(jù)。并且允許奇偶校驗盤失效的時候讀寫數(shù)據(jù)。RAID4 同RAID3大體原理相同，但是數(shù)據(jù)是按照塊來分別存儲到不同的存儲體中。RAID5中就不再提供單獨的奇偶校驗盤了。它是將數(shù)據(jù)及校驗數(shù)據(jù)交叉的存儲到不同的存儲體中。RAID6在RAID5中增加了一個奇偶校驗信息塊。兩個校驗信息塊的計算方法不同，這樣使得在RAID6中即使有兩塊硬盤損壞也不會影響到數(shù)據(jù)的訪問。RAID50是RAID0和RAID的一個組合標準。它的實施標準是RAID5下面每個子盤組中包含三個硬盤，在磁盤組內(nèi)進行數(shù)據(jù)的分離。這樣它允許每個磁盤組內(nèi)有一個損壞的硬盤但是存儲器會構(gòu)建出正確的數(shù)據(jù)。DAS、NAS、SAN、IP SAN、ISCSI、FC SAN這些應(yīng)該是存儲器提供的一種服務(wù)的部署解決方案標準。其中DAS是直連式存儲。它是將存儲器與主機服務(wù)器就像我們PC的硬盤連接相似，存儲器的變動都會影響到服務(wù)器，存儲器的備份以及讀寫都會占用CPU相當大的工作周期。同理服務(wù)器的擴張也是存儲器不能對外提供數(shù)據(jù)。ISCSI它是IBM對SCSI的指令與以太網(wǎng)的結(jié)合。SCSI的指令可以在IP協(xié)議上運行，使得SCSI的接口規(guī)范不再局限在6米的線纜長度，它可以在ip網(wǎng)絡(luò)上部署。SAN的部署感覺到兩張圖對其解釋的相當經(jīng)典。上面這張圖應(yīng)該就將了SAN部署的實施方案圖。我們在這張圖可以看到SAN是一個局域網(wǎng)中的存儲體部署。它可以提供類似數(shù)據(jù)庫的分層，或者是說網(wǎng)絡(luò)的分層吧。使得各個部分的只關(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。因為SAN它并沒有占用LAN的主線。IPSAN應(yīng)該是在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用ISCSI實施部署SAN系統(tǒng)的一個部署方案。而FCSAN就是實施部署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局域網(wǎng)絡(luò)，到了iSCSI協(xié)議出