(8.1.2)-N70-存儲技術(shù)的發(fā)展

存儲技術(shù)的發(fā)展計算機組成原理教學(xué)團隊計算機與通信學(xué)院存儲技術(shù)的昨天主要內(nèi)容存儲技術(shù)的今天存儲技術(shù)的昨天石刻楔形文字(古巴比倫)漢穆拉比法典時間跨度--3800年巖畫時間跨度--6000年存儲技術(shù)的前世--跨越時間的信息傳播前人傳給我們的信息甲骨文(商代)

時間跨度--3000年竹簡(漢代)時間跨度--2000年偉大的存儲發(fā)明：紙和印刷活字印刷(宋)時間跨度--950年(農(nóng)書)木活字蔡倫造紙(東漢)時間跨度--1900年偉大的存儲發(fā)明：照相術(shù)和留聲機(法國)路易斯·達蓋爾(LOUISDAGUERR)發(fā)明照相術(shù)時間跨度--170年愛迪生發(fā)明的留聲機時間跨度--132年偉大的存儲發(fā)明：電影和錄像愛迪生發(fā)明電影機時間跨度--110年錄像機發(fā)明時間跨度--63年存儲技術(shù)的今天存儲技術(shù)的今天：數(shù)據(jù)數(shù)字化存儲信息技術(shù)的歷史性轉(zhuǎn)移：數(shù)字化信息技術(shù)從20世紀50年代，開始了歷史性的轉(zhuǎn)移：數(shù)字化估計用100年時間完成這個過程(世紀之交前后50年）20世紀信息世界的偉大發(fā)現(xiàn)：萬物皆可數(shù)現(xiàn)代計算理論和信息理論證明（圖靈機，信息論，StephenWolfram的新科學(xué)）：

數(shù)字表達信息的能力極為強大，幾乎可以表達一切信息形式和信息過程（包括最高級的思維過程）而且表明：只要對數(shù)字進行處理、傳輸和存儲三種操作，就能解決一切信息問題簡單的操作產(chǎn)生極為強大的信息表達能力三種極為簡單的操作： 存儲數(shù)字：0，1集合跨越時間的傳播（時） 傳輸數(shù)字：0，1集合跨越空間的傳播（空） 處理數(shù)字：0，1按有限規(guī)則的序列變換（變換）幾乎可以表達一切信息形式和信息過程！存儲技術(shù)的今天：單一的存儲和網(wǎng)絡(luò)存儲過去的存儲技術(shù)五花八門，所存的信息形式也是五花八門當今的存儲技術(shù)雖然五花八門，但卻是單一的信息形式---數(shù)據(jù)存儲什么是數(shù)據(jù)存儲技術(shù)：將0，1保持時間穩(wěn)態(tài)的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)存儲是時空結(jié)合的信息傳播模式通過網(wǎng)絡(luò)連接起來的存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部分負責空間的傳遞存儲部分負責時間的傳遞例如用局域網(wǎng)連接存儲結(jié)點：SAN和NASDAS（Direct-attachedStorage，直連式存儲）NAS（Network-attachedStorage，網(wǎng)絡(luò)附加存儲）SAN（StorageAreaNetworks，存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）例如用廣域網(wǎng)連接存儲結(jié)點：網(wǎng)格存儲和P2P存儲DAS直接連接存儲直接連接存儲直接連接存儲（DAS，DirectAttachedStorage）是數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域產(chǎn)生最早、發(fā)展時間最長的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲方式。直接連接存儲是將磁盤存儲設(shè)備直接通過電纜連接到服務(wù)器的方式。它主要應(yīng)用于單機或兩臺主機的集群環(huán)境中。主要優(yōu)點是存儲容量擴展簡單，投入成本少，見效快。傳統(tǒng)的客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

客戶機網(wǎng)絡(luò)接口SCSI主機網(wǎng)絡(luò)接口存儲接口存儲子系統(tǒng)虛框為服務(wù)器SCSI

SCSIDiskArray(SCSI磁盤陣列)UsedNotUseSCSIChannelWebServer

IPNetwork

WindowsDesktopPCIDEDiskArray(IDE磁盤陣列)UsedNotUseFileServer

SCSIChannelFiberDiskArray(光纖磁盤陣列)FiberChannelExchangeMailServer

SQLDatabaseServerUsedNotUseFiberSwitch

FiberChannel企業(yè)存儲大容量的裝置就是磁盤陣列(DiskArray)SAN=FiberDiskArrayDAS,SAN,NAS皆以DiskArray為核心技術(shù)。DAS,SAN,NAS的分類，并非企業(yè)考慮存儲應(yīng)用的關(guān)鍵。PCI,PCI-X總線光纖HBA卡FiberDisk(SAN)SCSIDiskIDEDiskDiskArrayController(CPU,FirmwareCache)SCSI連結(jié)器SCSIChannelFiberChannelSQL,Exchange,WebServer圖：大容量存儲裝置-DiskArray硬盤陣列技術(shù)－RAID(RedundantArrayofIndependentDisks)由于磁盤的存取速度跟不上CPU的處理速度.從而使磁盤成為提高服務(wù)器I/O能力的一個瓶頸。為解決計算機CPU的高速和磁盤的低速之間日益加劇的矛盾，1987年美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的帕特森教授等人提出了RAID(RedundantArrayofIndependentDisks)的概念。其技術(shù)思想是:利用現(xiàn)有的小型廉價磁盤，把多個磁盤按一定的方法組成一個磁盤陣列，通過一些硬件技術(shù)和一系列的調(diào)度算法，使得整個磁盤陣列對用戶來說，就像是在使用一個容量很大、而可靠性和速度非常高的大型磁盤。硬盤陣列技術(shù)－RAID(RedundantArrayofIndependentDisks)RAID有許多特點。首先，提高了存儲容量，可以將多塊硬盤組織起來，就像對一塊硬盤那樣進行讀取操作;其次，多臺磁盤驅(qū)動器可并行工作，提高了數(shù)據(jù)傳輸率，可以成倍地提高硬盤的數(shù)據(jù)讀取速率，滿足并發(fā)的數(shù)據(jù)訪問請求;第三，由于有校驗技術(shù)，提高了可靠性。硬盤陣列技術(shù)－RAID(RedundantArrayofIndependentDisks)對于RAID1和RAID5陣列而言，當有一塊硬盤損壞時，利用其他盤可以重新恢復(fù)出損壞盤上原來的數(shù)據(jù)，而不影響系統(tǒng)的正常工作，并可以在帶電狀態(tài)下更換已損壞的硬盤(即熱插拔功能)，陣列控制器會自動把重組數(shù)據(jù)寫入新盤，或?qū)懭霟醾浞荼P而將新盤用做新的熱備份盤。另外，磁盤陣列通常配有冗余設(shè)備，如電源和風扇，以保證磁盤陣列的散熱和系統(tǒng)的可靠性。目前，常用的RAID類型可分為RAID0、RAID1、RAID3、RAID5等。硬盤陣列技術(shù)－RAID(RedundantArrayofIndependentDisks)RAID技術(shù)是一種工業(yè)標準，各廠商對RAID級別的定義也不盡相同。目前對RAID級別的定義可以獲得業(yè)界廣泛認同的有4種，RAID0、RAID1和RAID5。硬盤陣列技術(shù)－RAID(RedundantArrayofIndependentDisks)RIAD0，數(shù)據(jù)分割RIAD1，磁盤鏡像RIAD5，硬盤分割硬盤陣列技術(shù)－RAID(RedundantArrayofIndependentDisks)RAID0是無數(shù)據(jù)冗余的存儲空間條帶化，具有成本低、讀寫性能極高、存儲空間利用率高等特點；適用于Video/Audio信號存儲、臨時文件的轉(zhuǎn)儲等對速度要求極其嚴格的特殊應(yīng)用；但由于沒有數(shù)據(jù)冗余，其安全性大大降低，構(gòu)成陣列的任何一塊硬盤的損壞都將帶來災(zāi)難性的數(shù)據(jù)損失。硬盤陣列技術(shù)－RAID(RedundantArrayofIndependentDisks)RAID1是兩塊硬盤數(shù)據(jù)完全鏡像，安全性好，技術(shù)簡單，管理方便，讀寫性能均好。但它無法擴展（單塊硬盤容量），數(shù)據(jù)空間浪費大，嚴格意義上說，不應(yīng)稱之為“陣列”。硬盤陣列技術(shù)－RAID(RedundantArrayofIndependentDisks)RIAD5，硬盤分割，RAID5是目前應(yīng)用最廣泛的RAID技術(shù)。各塊獨立硬盤進行條帶化分割，相同的條帶區(qū)進行奇偶校驗（異或運算），校驗數(shù)據(jù)平均分布在每塊硬盤上。以n塊硬盤構(gòu)建的RAID5陣列可以有n－1塊硬盤的容量，存儲空間利用率非常高。任何一塊硬盤上的數(shù)據(jù)丟失，均可以通過校驗數(shù)據(jù)推算出來。RAID5具有數(shù)據(jù)安全、讀寫速度快，空間利用率高等優(yōu)點，應(yīng)用非常廣泛，但不足之處是如果1塊硬盤出現(xiàn)故障以后，整個系統(tǒng)的性能將大大降低。直接連接存儲模式存在諸多弊端：存儲設(shè)備只能與一臺服務(wù)器直接連接，只由這臺服務(wù)器使用。用戶要備份數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)，都要占用服務(wù)器CPU的時間，從而降低了服務(wù)器的管理效能。隨著服務(wù)器的增多，數(shù)據(jù)管理會越來越復(fù)雜，工作量不斷增加。如果增加存儲設(shè)備，擴展存儲容量，需要對服務(wù)器進行重新配置，這樣做容易中斷業(yè)務(wù)連續(xù)性，造成數(shù)據(jù)丟失。直接存儲（DAS，DirectlyAttachedStorage）ApplicationServer1diskdiskApplicationServer2diskdiskApplicationServer3diskdiskDataIslandDataIsland自二十世紀末開始，存儲技術(shù)的發(fā)展進入“存儲網(wǎng)絡(luò)”(StorageNetwork)時代。它將存儲設(shè)備從應(yīng)用服務(wù)器中分離出來，進行集中管理。存儲網(wǎng)絡(luò)具有以下特點：存儲設(shè)備與主機之間是多對多的關(guān)系統(tǒng)一性：在邏輯上是完全一體的，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，容易擴充，伸縮性強共享存儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)：帶寬網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)網(wǎng)絡(luò)存儲與傳統(tǒng)存儲的比較存儲系統(tǒng)的獨立性數(shù)據(jù)共享的難易程度高速的數(shù)據(jù)傳輸更大的存儲容量中心化數(shù)據(jù)管理多種多樣的存儲介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲方式網(wǎng)絡(luò)連接存儲(NAS)存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)主機網(wǎng)絡(luò)存儲控制器網(wǎng)絡(luò)存儲控制器Switch客戶機客戶機虛框為服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接存儲（NAS）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)磁帶機FiberDiskArray(光纖磁盤陣列)SCSIDiskArray(SCSI磁盤陣列)Unix/Novell/MacintoshNetworkFiberChannelIPNetworkFileLevel傳輸方式異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)WebServerExchangeMailServerSQLDatabaseServerWindowsDesktopUsedNotUseUsedNotUseIDEDiskArray(IDE磁盤陣列)UsedNotUseStorageGateway控制管理平臺SCSIChannelFiberChannel簡化存儲管理的關(guān)鍵-WindowsStorageServer網(wǎng)絡(luò)連接存儲

NAS存儲方式具有如下特點：可附加大容量存儲，內(nèi)嵌操作系統(tǒng)。僅僅提供存儲服務(wù)，降低了存儲設(shè)備的成本。特別適合于處理來自網(wǎng)絡(luò)的I/O請求，不僅響應(yīng)速度快，而且數(shù)據(jù)傳輸速率也很高?？梢蕴峁┩耆缙脚_文件混合存儲功能。其安裝簡便，友好的圖形管理界面以及在線擴容能力，大大方便了網(wǎng)絡(luò)管理人員的工作。網(wǎng)絡(luò)連接存儲網(wǎng)絡(luò)連接存儲（NAS，NetworkAttachedStorage）是一種基于局域網(wǎng)的，在存儲設(shè)備端提供基于網(wǎng)絡(luò)訪問的文件級服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)。其體系結(jié)構(gòu)如圖所示。圖中，RAID（RedundantArrayofInexpensiveDisk）是廉價磁盤冗余陣列，此外也可根據(jù)需要采用前述其它存儲設(shè)備。NAS體系結(jié)構(gòu)存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN，StorageAreaNetwork）位于服務(wù)器后端，為連接服務(wù)器、存儲設(shè)備而建立起一個專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。其體系結(jié)構(gòu)如下圖所示。

SAN體系結(jié)構(gòu)SAN特別適合于服務(wù)器集群、災(zāi)難恢復(fù)等大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)念I(lǐng)域。LAN磁盤陣列磁盤陣列光纖交換機光纖交換機服務(wù)器服務(wù)器磁帶庫圖：存儲局域網(wǎng)（SAN）的基本結(jié)構(gòu)存儲局域網(wǎng)SAN的一般應(yīng)用８TBHP磁盤陣列４TBdell磁盤陣列客戶端備份磁帶庫WindowsServersUnixServersDellHp數(shù)據(jù)服務(wù)器DASNASSAN存儲裝置種類Sectorssharedfilesblocks傳輸方式IDE/SCSITCP/IP,ethernetfibrechannel使用端clientsorserversclientsorserversservers容量Gigabytesterabytespetabytes安裝難度EasyEasyDifficult管理成本HighLowLow

DAS、

NAS、

SAN比較DAS(DirectAttachedStorage)NAS(NetworkAttachedStorage)SAN(StorageAreaNetwork)DASIPSCSIDirect-

Attached

StorageNAS和SANFCStorage

Area

NetworkSCSIIPNetwork-

Attached

Storage幾種存儲模式的比較SERVERS