第2章數(shù)據(jù)中心環(huán)境

1、信息存儲與管理Page 2第二章第二章數(shù)據(jù)中心環(huán)境主機、連接、存儲設(shè)備塊級別和文件級別訪問存儲介質(zhì)和設(shè)備磁盤部件邏輯塊尋址Page 3數(shù)據(jù)中心環(huán)境的組成 數(shù)據(jù)中心環(huán)境由主機、存儲、連接、應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)五部分組成。物理部件：總線、接口、電纜、光纖等邏輯部件（協(xié)議）：PCI、 IDE/ATA、 SCSI 連接存儲設(shè)備內(nèi)存外存RAM:Ramdom Access Memory隨機存取存儲器ROM:Read Only Memory只讀存儲器硬盤、軟盤、磁帶（磁性介質(zhì)）CD-ROMDVD-ROM（光學介質(zhì)）Page 42.1 應(yīng)用 應(yīng)用指的是一個提供計算操作邏輯的計算機程序。 應(yīng)用向底層操作系統(tǒng)發(fā)起

2、請求，對存儲系統(tǒng)進行讀寫操作。數(shù)據(jù)中心環(huán)境應(yīng)用：l 業(yè)務(wù)應(yīng)用l 基礎(chǔ)設(shè)備管理應(yīng)用l 數(shù)據(jù)保護應(yīng)用l 安全應(yīng)用Page 52.2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS） 數(shù)據(jù)庫是一種結(jié)構(gòu)化存儲數(shù)據(jù)的方式。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、維護、使用。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處理：l 應(yīng)用對數(shù)據(jù)的操作請求l 對操作系統(tǒng)發(fā)出指令l 對存儲設(shè)備中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進行讀寫Page 62.3 主機運行應(yīng)用程序的計算機被稱作“主機”或“計算系統(tǒng)”。主機由：CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備、軟件 組成。CPU包括：l 算術(shù)邏輯單元l 控制單元l 寄存器l 一級緩存主機上的內(nèi)存有兩種：l RAM:Ramdom Access Memory隨機存取

3、存儲器l ROM:Read Only Memory只讀存儲器Page 72.3.1 操作系統(tǒng)在傳統(tǒng)的計算環(huán)境中，操作系統(tǒng)控制著計算的所有方面：l 負責應(yīng)用和計算物理部件之間的協(xié)作l 提供訪問數(shù)據(jù)的應(yīng)用l 負責監(jiān)測用戶行為和環(huán)境l 負責管理硬件資源的分配l 執(zhí)行基本的存儲管理任務(wù)在虛擬計算環(huán)境中，虛擬層處于操作系統(tǒng)和硬件資源之間：l 操作系統(tǒng)只進行與應(yīng)用交互相關(guān)的活動Page 82.3.1 內(nèi)存的虛擬化內(nèi)存決定了一個主機可以運行的應(yīng)用的大小和數(shù)量。內(nèi)存的虛擬化允許多個應(yīng)用和進程，在其內(nèi)存需求之和大于可用內(nèi)存的情況下，依然可以運行且互不影響。Page 92.3.2 設(shè)備驅(qū)動設(shè)備驅(qū)動用于實現(xiàn)操作系統(tǒng)

4、與某種設(shè)備的交互。設(shè)備驅(qū)動讓操作系統(tǒng)識別、訪問和控制設(shè)備。Page 102.3.3 卷管理器l 硬盤驅(qū)動器：一組連續(xù)的物理塊l 邏輯卷管理器（LVM）：管理 邏輯和物理存儲設(shè)備的軟件l 磁盤分區(qū)：硬 盤驅(qū)動器被劃分為幾個邏輯卷Page 112.3.4 文件系統(tǒng)文件是有關(guān)聯(lián)關(guān)系的記錄中數(shù)據(jù)的集合。文件系統(tǒng)是大量文件的分層組織結(jié)構(gòu)。文件系統(tǒng)的作用：l 使得數(shù)據(jù)文件的訪問變得更加容易；l 負責控制對文件的存??；l 對文件進行創(chuàng)建修改刪除和訪問操作；Page 122.3.5 計算虛擬化l 計算虛擬化是從操作系統(tǒng)中屏蔽或抽象物理硬件的技術(shù)l 計算虛擬化使得在一臺物理機器或者機器集群上可以同時運行多個操作

5、系統(tǒng)。l 虛擬機是一個邏輯實體，但在操作系統(tǒng)看來，它卻是一個有自己 CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)控制器和磁盤的物理主機。Page 132.4 連接連接指的是各個主機之間或者主機同其他外圍設(shè)備之間的互連。主機和存儲設(shè)備之間的連接和通信通過物理部件和接口協(xié)議實現(xiàn)。連接主機和存儲的硬件：主機接口設(shè)備、端口、線纜。Page 142.4.2 接口協(xié)議n 常用的存儲設(shè)備接口 上一講中，有介紹硬盤的接口 IDE/ATA SATA SAS SCSI FC IDE/ATA、SATA、SAS、SCSI、FC都是主機與存儲設(shè)備通信的預(yù)定義協(xié)議，它們都集成在硬盤驅(qū)動器的控制器上。Page 152.4 連接 集成電路設(shè)備/高級技

6、術(shù)(Integrated Device Electronic/Adwanced Technology Attachment,IDE/ATA)磁盤支持IDE協(xié)議。 IDE協(xié)議定義了連接到主板上控制器的規(guī)范。ATA協(xié)議規(guī)定了存儲設(shè)備到主板的連接接口。 IDE/ATA擁有多種標準和命名，如ATA、ATA/ATAPI、EIDE、ATA-2、Fast ATA、ATA-3、UltraATA以及Ulrea DMA等，最新的支持133MB/s的吞吐率。 IDE/ATA磁盤性能良好且價格低廉，成為很受歡迎并被廣泛使用的硬盤。 SATA(Serial ATA)是IDE/ATA規(guī)范的一個串行版本，目的是取代ATA技

7、術(shù)。SATA很大的特點就是它支持熱插拔。 SATA提供點對點，距離可達1米的連接，數(shù)據(jù)傳輸率可達150MB/s，增強的甚至可達600MB/s。SATAPage 172.4 連接Page 182.4 連接Page 19物理磁盤的結(jié)構(gòu)磁盤以N級、S級表示0、1不同于數(shù)據(jù)流以高低電平表示0、1磁頭懸浮Page 20物理磁盤的結(jié)構(gòu)磁道：一組同心圓環(huán)， 一個盤面可容 納幾千個磁道。扇區(qū)：存儲系統(tǒng)中可單 獨被尋址的最小 單位，容量為 512k。Page 21磁盤定位CHS編號：早期的磁盤利用物理地址，包含了柱面（Cylinder）、磁頭（Head）、扇區(qū)（Secor）的編號，在磁盤上進行定位。以扇區(qū)為尋址

8、單位LBA（邏輯塊尋址）：使用線性地址訪問邏輯塊的數(shù)據(jù)，簡化尋址過程。邏輯塊：將幾個扇區(qū)組合成整體并編號作用操作系統(tǒng)掌握LBA，磁盤控制器負責將LBA轉(zhuǎn)化為CHSPage 22磁盤驅(qū)動器的性能磁盤服務(wù)時間尋道時間 +旋轉(zhuǎn)延遲 +數(shù)據(jù)傳輸速率Page 23尋道時間 讀寫頭在盤面上移動（沿著盤面半徑方向）進行定位的時間，也就是移動驅(qū)動臂將讀寫頭移動到正確的磁道上所需要的時間。平均尋道時間為315msPage 24旋轉(zhuǎn)延遲盤片旋轉(zhuǎn)，定位讀寫頭下方的數(shù)據(jù)（扇區(qū)）所消耗的時間轉(zhuǎn)速5400r/min的磁盤，平均旋轉(zhuǎn)延遲約5.5ms轉(zhuǎn)速15000r/min的磁盤。平均旋轉(zhuǎn)延遲約2.0msPage 25數(shù)據(jù)傳

9、輸速率Data Transfer Rate，指每個單位時間內(nèi)磁盤能夠傳輸?shù)街鳈C總線適配器（HBA）的平均數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)傳輸要計算數(shù)據(jù)傳輸速率，首先要明白讀寫操作的過程：Page 262.8 主機對數(shù)據(jù)的訪問IDE/ATA和SCSI廣泛應(yīng)用于小型和個人計算環(huán)境下對內(nèi)部存儲的訪問。光纖通道和iSCSI協(xié)議則用于訪問外部存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)。直連存儲（DAS）：外部存儲設(shè)備直連到主機上的形式。Page 27通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)的方式：塊級別訪問（Block-level Access）是磁盤訪問的基本機制。數(shù)據(jù)通過指定邏輯塊地址進行磁盤存儲和數(shù)據(jù)查詢。文件級別的訪問（File-level Access）是塊級別訪

10、問的一個抽象。通過指定文件名和路徑來訪問數(shù)據(jù)。它通過底層進行塊級別訪問，對上則為應(yīng)用程序屏蔽了邏輯塊編址（LBA）的復(fù)雜性。對象級別訪問（Object-level Access）是數(shù)據(jù)訪問向智能化發(fā)展邁出的第一步。這里的對象是訪問和存儲數(shù)據(jù)的基本單位。數(shù)據(jù)通過分類的方式來組織和管理，并通過唯一的對象標識符加以區(qū)別Page 282.9 直連存儲 定義：直連存儲(Direct-Attached Storage,DAS)是一種存儲器直接連接到服務(wù)器的架構(gòu)。 主機內(nèi)部的磁盤，磁帶庫和直接連接的外部磁盤組，都是DAS的實例。 DAS架構(gòu)仍是少量服務(wù)器訪問和共享本地數(shù)據(jù)的理想方案，DAS適合小型企業(yè)、部門、個人，也可以作為中型企業(yè)的文件服務(wù)器和郵件服務(wù)器，以及大型企業(yè)SAN和NAS的輔助。 分類：1，內(nèi)部DAS：存儲設(shè)備通過串行或并行總線連接到主機。 2，外部DAS：服務(wù)器直接連接到外部存儲設(shè)備，之間采用SCSI或FC協(xié)議進行通信。 Page 29直連存儲DAS的優(yōu)缺點DAS的優(yōu)點： 相對其他存儲架構(gòu)，只需較低的前期投資 簡單快捷的部署，基于主機操作系統(tǒng)便可安裝管理 設(shè)置操作的