儲存(磁盤陣列柜)基礎(chǔ)知識通用PPT課件

1、儲存(磁盤陣列柜)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)IBM公共技術(shù)支持中心IBM technical support center for public 2磁盤陣列柜概述磁盤陣列簡稱RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)，有“價格便宜且多余的磁盤陣列”之意。其原理是利用數(shù)組方式來作磁盤組，配合數(shù)據(jù)分散排列的設(shè)計，提升數(shù)據(jù)的安全性。磁盤陣列主要針對硬盤，在容量及速度上，無法跟上CPU及內(nèi)存的發(fā)展，提出改善方法。磁盤陣列是由很多便宜、容量較小、穩(wěn)定性較高、速度較慢磁盤，組合成一個大型的磁盤組，利用個別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的加成效果來提升整個磁盤系統(tǒng)的效能。同時，在儲存數(shù)據(jù)時

2、，利用這項技術(shù)，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個硬盤上。 磁盤陣列還能利用同位檢查(Parity Check)的觀念，在數(shù)組中任一顆硬盤故障時，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構(gòu)時，將故障硬盤內(nèi)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計算后重新置入新硬盤中。而磁盤陣列柜就是裝配了眾多硬盤的外置的RAID 。ServerHBARAID sub-systemFibre ChannelEthernet to ClientworkstationsDual Controller RAID with only one controllerin use (B not used in this example). This RAID syste

3、m has four SCSI buses with five drives on each bus. ControllerSCSIChipControllerSCSIChip基本配置ServerRAID sub-systemHBAFibre ChannelEthernet to ClientworkstationsDual independent controllers with automatic fail-over for continuous availability in case one controller or one fiber link fails. HBAFibre Ch

4、annelControllerSCSIChipControllerSCSIChipSample SCSI/SAS subsystem雙控配置5存儲的參數(shù)主機通道（主機接口）: 幾個? 什么類型? SCSI接口、FC接口、iSCSI接口、SAS接口磁盤通道（磁盤接口）:能接多少塊硬盤? 什么接口? SATA、SCSI、FC、SAS存儲連接設(shè)備:用于服務(wù)器與存儲直接連接的設(shè)備。 SCSI 卡、SAS卡、RAID卡、FC通道卡、 以太網(wǎng)口、FC交換機、以太網(wǎng)交換機磁盤陣列柜的應(yīng)用由于磁盤陣列柜具有數(shù)據(jù)存儲速度快、存儲容量大等優(yōu)點，所以磁盤陣列柜通常比較適合在企業(yè)內(nèi)部的中小型中央集群網(wǎng)存儲區(qū)域進(jìn)行海量

5、數(shù)據(jù)存儲。67存儲網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu) 企業(yè)存儲技術(shù)發(fā)展日新月異，早期大型服務(wù)器的DAS 技術(shù)（Direct Attached Storage，直接附加存儲，又稱直連存儲），后來為了提高存儲空間的利用及管理安裝上的效率，因而有了SAN（Storage Area Network，存儲局域網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)的誕生，SAN 可說是DAS 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢下的產(chǎn)物。早先的SAN 采用的是光纖通道（FC，F(xiàn)iber Channel）技術(shù)，所以在iSCSI出現(xiàn)以前，SAN 多半單指FC 而言。一直到iSCSI 問世，為了方便區(qū)別，業(yè)界才分別以FC-SAN和IP-SAN。 NAS（Network Attached Storag

6、e：網(wǎng)絡(luò)附屬存儲）是一種將分布、獨立的數(shù)據(jù)整合為大型、集中化管理的數(shù)據(jù)中心，以便于對不同主機和應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行訪問的技術(shù)。8DAS：直接附加存儲的DAS(Driect Attached Storage直接附件存儲）是指將存儲設(shè)備通過SAS線纜或光纖通道直接連接到服務(wù)器上。9DAS：直接附加存儲存儲直接連接到一臺服務(wù)器上SCSI, SAS, iSCSI, FC塊級別 I/O內(nèi)部磁盤具備/不具備RAID保護(hù)外部磁盤存儲系統(tǒng)基于控制器的RAID引擎內(nèi)部 DASMotherboardMotherboard內(nèi)部磁盤 無RAID ROC 內(nèi)部磁盤 主板集成RAID (ROC)MotherboardHA 內(nèi)部

7、磁盤 RAID 主機卡MotherboardSW 內(nèi)部磁盤 軟件 RAIDApplication ServerApplication ServerApplication ServerApplication Server外部DASMotherboardHA 通過主機連接卡連接的外部存儲系統(tǒng) 基于控制器的 RAIDControllersApplicationServer外部DAS 優(yōu)勢成本低驅(qū)動器通常在服務(wù)器內(nèi)部使用迅速具備一些數(shù)據(jù)保護(hù)內(nèi)部DAS 優(yōu)勢比將數(shù)據(jù)存儲在客戶端更好增加的可靠性和性能RAID保護(hù)增強的特性和功能性 可擴展性13SAN：存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò) SAN（Storage Aera Net

8、work ）存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，是一種通過網(wǎng)絡(luò)方式連接存儲設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器的存儲構(gòu)架，這個網(wǎng)絡(luò)專用于主機和存儲設(shè)備之間的訪問。當(dāng)有數(shù)據(jù)的存取需求時，數(shù)據(jù)可以通過存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)器和后臺存儲設(shè)備之間高速傳輸。 (FC-SAN) (IP-SAN)14SAN的誤區(qū)SAN的發(fā)展歷程較短，從90年代后期興起，由于當(dāng)時以太網(wǎng)的帶寬有限，而FC協(xié)議在當(dāng)時就可以支持1Gb的帶寬，因此早期的SAN存儲系統(tǒng)多數(shù)由FC存儲設(shè)備構(gòu)成，導(dǎo)致很多用戶誤以為SAN就是光纖通道設(shè)備，其實SAN代表的是一種專用于存儲的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，與協(xié)議和設(shè)備類型無關(guān)，隨著千兆以太網(wǎng)的普及和萬兆以太網(wǎng)的實現(xiàn)，人們對于SAN的理解將更為全面。15SAN

9、的組成SAN由服務(wù)器，后端存儲系統(tǒng)，SAN連接設(shè)備組成；后端存儲系統(tǒng)由SAN控制器和磁盤系統(tǒng)構(gòu)成，控制器是后端存儲系統(tǒng)的關(guān)鍵，它提供存儲接入，數(shù)據(jù)操作及備份，數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)快照等數(shù)據(jù)安全管理，及系統(tǒng)管理等一系列功能。后端存儲系統(tǒng)為SAN解決方案提供了存儲空間。使用磁盤陣列和RAID策略為數(shù)據(jù)提供存儲空間和安全保護(hù)措施。連接設(shè)備包括交換機，HBA卡和各種介質(zhì)的連接線。SAN的優(yōu)點：設(shè)備整合，多臺服務(wù)器可以通過存儲網(wǎng)絡(luò)同時訪問后端存儲系統(tǒng)，不必為每臺服務(wù)器單獨購買存儲設(shè)備，降低存儲設(shè)備異構(gòu)化程度，減輕維護(hù)工作量，降低維護(hù)費用；數(shù)據(jù)集中，不同應(yīng)用和服務(wù)器的數(shù)據(jù)實現(xiàn)了物理上的集中，空間調(diào)整和數(shù)據(jù)復(fù)制等

10、工作可以在一臺設(shè)備上完成，大大提高了存儲資源利用率；高擴展性，存儲網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使得服務(wù)器可以方便的接入現(xiàn)有SAN環(huán)境，較好的適應(yīng)應(yīng)用變化的需求；總體擁有成本低，存儲設(shè)備的整合和數(shù)據(jù)集中管理，大大降低了重復(fù)投資率和長期管理維護(hù)成本；16FC-SAN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)議出現(xiàn)以后，為了區(qū)分，業(yè)界就把SAN分為FC-SAN和IP-SAN。17IP-SANIP SAN的基本想法是通過高速以太網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器和后端存儲系統(tǒng)。將SCSI指令和數(shù)據(jù)塊經(jīng)過高速以太網(wǎng)傳輸，繼承以太網(wǎng)的優(yōu)點，實現(xiàn)建立一個

11、開放、高性能、高可靠性，高可擴展的存儲資源平臺。 將數(shù)據(jù)塊和SCSI指令通過TCP/IP協(xié)議承載，通過千兆/萬兆專用的以太網(wǎng)絡(luò)連接應(yīng)用服務(wù)器和存儲設(shè)備，這樣的解決方案稱為IP SAN。18NAS（Network Attached Storage：網(wǎng)絡(luò)附屬存儲）NAS（Network Attached Storage：網(wǎng)絡(luò)附屬存儲）是一種將分布、獨立的數(shù)據(jù)整合為大型、集中化管理的數(shù)據(jù)中心，以便于對不同主機和應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行訪問的技術(shù)。按字面簡單說就是連接在網(wǎng)絡(luò)上, 具備資料存儲功能的裝置，因此也稱為“網(wǎng)絡(luò)存儲器”。它是一種專用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器。它以數(shù)據(jù)為中心，將存儲設(shè)備與服務(wù)器徹底分離，集中管理數(shù)據(jù)

12、，從而釋放帶寬、提高性能、降低總擁有成本、保護(hù)投資。其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使用服務(wù)器存儲，而效率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者。 NAS（Network Attached Storage網(wǎng)絡(luò)附加存儲），是一種文件共享服務(wù)。擁有自己的文件系統(tǒng)，通過NFS或CIFS對外提供文件訪問服務(wù)。 19NAS定義NAS被定義為一種特殊的專用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，包括存儲器件（例如磁盤陣列、CD/DVD驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器或可移動的存儲介質(zhì)）和內(nèi)嵌系統(tǒng)軟件，可提供跨平臺文件共享功能。NAS通常在一個LAN上占有自己的節(jié)點，無需應(yīng)用服務(wù)器的干預(yù)，允許用戶在網(wǎng)絡(luò)上存取數(shù)據(jù)，在這種配置中，NAS集中管理和處理網(wǎng)絡(luò)上的所有數(shù)據(jù)，將負(fù)載從應(yīng)用或企業(yè)服

13、務(wù)器上卸載下來，有效降低總擁有成本，保護(hù)用戶投資。NAS本身能夠支持多種協(xié)議（如NFS、CIFS、FTP、HTTP等），而且能夠支持各種操作系統(tǒng)。通過任何一臺工作站，采用IE或Netscape瀏覽器就可以對NAS設(shè)備進(jìn)行直觀方便的管理。20SAN 和NAS的區(qū)別：SAN是一種網(wǎng)絡(luò)，NAS產(chǎn)品是一個專有文件服務(wù)器或一個只能文件訪問設(shè)備。SAN是在服務(wù)器和存儲器之間用作I/O路徑的專用網(wǎng)絡(luò)。SAN包括面向塊（SCIS）和面向文件（NAS）的存儲產(chǎn)品。NAS產(chǎn)品能通過SAN連接到存儲設(shè)備21NAS網(wǎng)關(guān)NAS和SAN結(jié)合中出現(xiàn)了NAS網(wǎng)關(guān)這個部件。NAS網(wǎng)關(guān)主要由專為提供文件服務(wù)而優(yōu)化的操作系統(tǒng)和相關(guān)

14、硬件組成，可以看作是一個專門的文件管理器。NAS網(wǎng)關(guān)連接到后端上的SAN上，使的SAN的大容量存儲空間可以為NAS所用。因此，NAS網(wǎng)關(guān)后面的存儲空間可以根據(jù)環(huán)境的需求擴展到非常大的容量。 22NAS網(wǎng)關(guān)“NAS網(wǎng)關(guān)”方案主要是在NAS一端增加了可與SAN相連的“接口”，系統(tǒng)對外只有一個用戶接口。NAS網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)雖然在一定程度上解決了NAS與SAN系統(tǒng)的存儲設(shè)備級的共享問題，但在文件級的共享問題上卻與傳統(tǒng)的NAS系統(tǒng)遇到了同樣的可擴展性問題。當(dāng)一個文件系統(tǒng)負(fù)載很大時，NAS網(wǎng)關(guān)很可能成為系統(tǒng)的瓶頸主要協(xié)議和相關(guān)技術(shù)SCSISCSI是小型計算機系統(tǒng)接口（Small Computer System

15、Interface）的簡稱，于1979首次提出，是為小型機研制的一種接口技術(shù)，現(xiàn)在已完全普及到了小型機，高低端服務(wù)器以及普通PC上。SCSI可以劃分為SCSI-1、SCSI-2、SCSI-3，最新的為SCSI-3，也是目前應(yīng)用最廣泛的SCSI版本。1、SCSI-1：1979年提出，支持同步和異步SCSI外圍設(shè)備；支持7臺8位的外圍設(shè)備，最大數(shù)據(jù)傳輸速度為5MB/s。2、SCSI-2：1992年提出，也稱為Fast SCSI，數(shù)據(jù)傳輸率提高到20MB/s。3、SCSI-3：1995年提出，Ultra SCSI（Fast-20）。Ultra 2 SCSI（Fast-40）出現(xiàn)于1997年，最高傳輸

16、速率可達(dá)80MB/s。1998年9月，Ultra 3 SCSI（Utra 160 SCSI）正式發(fā)布，最高數(shù)據(jù)傳輸率為160MB/s。Ultra 320 SCSI的最高數(shù)據(jù)傳輸率已經(jīng)達(dá)到了320MB/s。23SCSI是什么?微型計算機系統(tǒng)接口(SCSI)Pronounced “skuzzy”SAS 是什么?串聯(lián) SCSISCSI接口.started it all!工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) I/O 總線Standard connectors are the same on each deviceAll devices share a common bus8-bit data bus16-bit data bus

17、What is SAS? 串聯(lián) SCSI (SAS) 是并口SCSI的終結(jié)者新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供了非凡的性能提升3-Gbps SAS x4 “寬” 端口提供累計高達(dá)12-Gbps的帶寬 主機連接以及擴展理解SAS “寬” 端口每SAS 線纜是3-Gbps到驅(qū)動器是獨立線纜“x4 寬” 在一個接口中包括4根線纜2, 3 ,4 線纜僅在當(dāng)前 I/Os 超出1號線纜通道性能情況下使用44123132理解SAS “寬” 端口44123132每SAS 線纜是3-Gbps到驅(qū)動器是獨立線纜“x4 寬” 在一個接口中包括4根線纜2, 3 ,4 線纜僅在當(dāng)前 I/Os 超出1號線纜通道性能情況下使用ServerS

18、AS HBA or SCSI adapterRAID sub-systemSCSI or SASEthernet to ClientworkstationsDual Controller RAID with only one controllerin use (B not used in this example). This RAID system has four SCSI buses with five drives on each bus. ControllerSCSI/SAS ChipControllerSCSI/ SAS ChipSCSI 與SAS 適用于哪里? RAID技術(shù)RAI

19、D概述RAID為廉價磁盤冗余陣列（Redundant Array of Inexpensive Disks），RAID技術(shù)將一個個單獨的磁盤以不同的組合方式形成一個邏輯硬盤，從而提高了磁盤讀取的性能和數(shù)據(jù)的安全性。不同的組合方式用RAID級別來標(biāo)識。RAID技術(shù)是由美國加州大學(xué)伯克利分校D.A. Patterson教授在1988年提出的，作為高性能、高可靠的存儲技術(shù)，在今天已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。30RAID級別RAID技術(shù)經(jīng)過不斷的發(fā)展，現(xiàn)在已擁有了從 RAID 0 到 5等6種明確標(biāo)準(zhǔn)級別的RAID 級別。另外，其他還有6、7、10（RAID 1與RAID 0的組合）、01（RAID 0與R

20、AID 1的組合）、30（RAID 3與RAID 0的組合）、50（RAID 0與RAID 5的組合）等。不同RAID 級別代表著不同的存儲性能、數(shù)據(jù)安全性和存儲成本，下面將介紹如下RAID級別：0、1、2、3、4、5、6、01、10。31RAID-0RAID0也稱為條帶化（stripe），將數(shù)據(jù)分成一定的大小順序的寫道陣列的磁盤里，RAID0可以并行的執(zhí)行讀寫操作，可以充分利用總線的帶寬，理論上講，一個由N個磁盤組成的RAID0系統(tǒng)，它的讀寫性能將是單個磁盤讀取性能的N倍。且磁盤空間的存儲效率最大（100）RAID0有一個明顯的缺點：不提供數(shù)據(jù)冗余保護(hù)，一旦數(shù)據(jù)損壞，將無法恢復(fù)。32RAID

21、-033如圖所示：系統(tǒng)向RAID0系統(tǒng)（2個磁盤組成）發(fā)出的I/O數(shù)據(jù)請求被轉(zhuǎn)化為2項操作，其中的每一項操作都對應(yīng)于一塊物理硬盤。通過建立RAID 0，原先順序的數(shù)據(jù)請求被分散到2塊硬盤中同時執(zhí)行。從理論上講，2塊硬盤的并行操作使同一時間內(nèi)磁盤讀寫速度提升了2倍。 但由于總線帶寬等多種因素的影響，實際的提升速率會低于理論值，但是，大量數(shù)據(jù)并行傳輸與串行傳輸比較，性能必然大幅提高。RAID0應(yīng)用于對讀取性能要求較高但所存儲的數(shù)據(jù)為非重要數(shù)據(jù)的情況下。34RAID-1RAID1成為鏡像（mirror），它將數(shù)據(jù)完全一致的分別寫到工作磁盤和鏡像磁盤，因此它的磁盤空間利用率為50，在數(shù)據(jù)寫入時時間會有

22、影響，但是讀的時候沒有任何影響，RAID0提供了最佳的數(shù)據(jù)保護(hù)，一旦工作磁盤發(fā)生故障，系統(tǒng)自動從鏡像磁盤讀取數(shù)據(jù)，不會影響用戶工作。 RAID1應(yīng)用于對數(shù)據(jù)保護(hù)極為重視的應(yīng)用35RAID-2RAID2稱為糾錯海明碼磁盤陣列，陣列中序號為2N的磁盤（第1、2、4、6）作為校驗盤，其余的磁盤用于存放數(shù)據(jù)，磁盤數(shù)目越多，校驗盤所占比率越少。RAID2在大數(shù)據(jù)存儲額情況下性能很高，RAID2的實際應(yīng)用很少。36RAID-3RAID3采用一個硬盤作為校驗盤，其余磁盤作為數(shù)據(jù)盤，數(shù)據(jù)按位或字節(jié)的方式交叉的存取到各個數(shù)據(jù)盤中。不同磁盤上同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)做異或校驗，并把校驗值寫入到校驗盤中。RAID3系統(tǒng)在完整

23、的情況下讀取時沒有任何性能上的影響，讀性能與RAID0一致，卻提供了數(shù)據(jù)容錯能力，但是，在寫時性能大為下降，因為每一次寫操作，即使是改動某個數(shù)據(jù)盤上的一個數(shù)據(jù)塊，也必須根據(jù)所有同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)來重新計算校驗值寫入到校驗盤中，一個寫操作包含了寫入數(shù)據(jù)塊，讀取同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)塊，計算校驗值，寫入校驗值等操作，系統(tǒng)開銷大為增加。當(dāng)RAID3中有數(shù)據(jù)盤出現(xiàn)損壞，不會影響用戶讀取數(shù)據(jù)，如果讀取的數(shù)據(jù)塊正好在損壞的磁盤上，則系統(tǒng)需要讀取所有同一帶區(qū)的數(shù)據(jù)塊，然后根據(jù)校驗值重新構(gòu)建數(shù)據(jù)，系統(tǒng)性能受到影響。37RAID-3 RAID3的校驗盤在系統(tǒng)接受大量的寫操作時容易形成性能瓶頸，因而適用于有大量讀操作如web

24、系統(tǒng)以及信息查詢等應(yīng)用或持續(xù)大塊數(shù)據(jù)流（例如非線性編輯）的應(yīng)用38RAID-4RAID4與RAID3基本一致，區(qū)別在于條帶化的方式不一樣，RAID4按照塊的方式存放數(shù)據(jù)，所以在寫操作時只涉及兩塊磁盤，數(shù)據(jù)盤和校驗盤，提高了系統(tǒng)的IO性能。但面對隨機的分散的寫操作，單一的校驗盤往往成為性能瓶頸39RAID-5RAID5與RAID3的機制相似，但是數(shù)據(jù)校驗的信息被均勻的分散到的陣列的各個磁盤上，這樣就不存在并發(fā)寫操作時的校驗盤性能瓶頸。陣列的磁盤上既有數(shù)據(jù)，也有數(shù)據(jù)校驗信息，數(shù)據(jù)塊和對應(yīng)的校驗信息會存儲于不同的磁盤上，當(dāng)一個數(shù)據(jù)盤損壞時，系統(tǒng)可以根據(jù)同一帶區(qū)的其他數(shù)據(jù)塊和對應(yīng)的校驗信息來重構(gòu)損壞的

25、數(shù)據(jù)。40RAID 5可以理解為是RAID 0和RAID 1的折衷方案。RAID 5可以為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全保障，但保障程度要比RAID1低而磁盤空間利用率要比RAID1高。RAID 5具有和RAID 0相近似的數(shù)據(jù)讀取速度，只是多了一個奇偶校驗信息，寫入數(shù)據(jù)的速度比對單個磁盤進(jìn)行寫入操作稍慢。同時由于多個數(shù)據(jù)對應(yīng)一個奇偶校驗信息，RAID 5的磁盤空間利用率要比RAID 1高，存儲成本相對較低。41RAID-6RAID 6提供兩級冗余，即陣列中的兩個驅(qū)動器失敗時，陣列仍然能夠繼續(xù)工作42一般而言，RAID 6的實現(xiàn)代價最高，因為RAID 6不僅要支持?jǐn)?shù)據(jù)的恢復(fù)，又要支持校驗的恢復(fù)，這使RAID 6控制器比其他級R A I D更復(fù)雜和更昂貴。1. RAID 6的校驗數(shù)據(jù)當(dāng)對每個數(shù)據(jù)塊執(zhí)行寫操作時， RAID