数据中心环境.ppt

信息存储与管理 南阳医学高等专科学校卫生管理系 Page 2 第二章 数据中心环境 主机 连接 存储设备 块级别和文件级别访问 存储介质和设备 磁盘部件 逻辑块寻址 Page 3 数据中心环境的组成 数据中心环境由主机 存储 连接 应用和数据库管理系统五部分组成 物理部件 总线 接口 电缆 光纤等逻辑部件 协议 PCI IDE ATA SCSI 连接 存储设备 内存 外存 RAM RamdomAccessMemory随机存取存储器ROM ReadOnlyMemory只读存储器 硬盘 软盘 磁带 磁性介质 CD ROMDVD ROM 光学介质 Page 4 2 1应用 应用指的是一个提供计算操作逻辑的计算机程序 应用向底层操作系统发起请求 对存储系统进行读写操作 数据中心环境应用 业务应用基础设备管理应用数据保护应用安全应用 Page 5 2 2数据库管理系统 DBMS 数据库是一种结构化存储数据的方式 数据库管理系统控制数据库的创建 维护 使用 数据库管理系统处理 应用对数据的操作请求对操作系统发出指令对存储设备中的相应数据进行读写 Page 6 2 3主机 运行应用程序的计算机被称作 主机 或 计算系统 主机由 CPU 内存 I O设备 软件组成 CPU包括 算术逻辑单元控制单元寄存器一级缓存 主机上的内存有两种 RAM RamdomAccessMemory随机存取存储器ROM ReadOnlyMemory只读存储器 Page 7 2 3 1操作系统 在传统的计算环境中 操作系统控制着计算的所有方面 负责应用和计算物理部件之间的协作提供访问数据的应用负责监测用户行为和环境负责管理硬件资源的分配执行基本的存储管理任务 在虚拟计算环境中 虚拟层处于操作系统和硬件资源之间 操作系统只进行与应用交互相关的活动 Page 8 2 3 1内存的虚拟化 内存决定了一个主机可以运行的应用的大小和数量 内存的虚拟化允许多个应用和进程 在其内存需求之和大于可用内存的情况下 依然可以运行且互不影响 Page 9 2 3 2设备驱动 设备驱动用于实现操作系统与某种设备的交互 设备驱动让操作系统识别 访问和控制设备 Page 10 2 3 3卷管理器 硬盘驱动器 一组连续的物理块逻辑卷管理器 LVM 管理逻辑和物理存储设备的软件磁盘分区 硬盘驱动器被划分为几个逻辑卷 Page 11 2 3 4文件系统 文件是有关联关系的记录中数据的集合 文件系统是大量文件的分层组织结构 文件系统的作用 使得数据文件的访问变得更加容易 负责控制对文件的存取 对文件进行创建修改删除和访问操作 Page 12 2 3 5计算虚拟化 计算虚拟化是从操作系统中屏蔽或抽象物理硬件的技术计算虚拟化使得在一台物理机器或者机器集群上可以同时运行多个操作系统 虚拟机是一个逻辑实体 但在操作系统看来 它却是一个有自己CPU 内存 网络控制器和磁盘的物理主机 Page 13 2 4连接 连接指的是各个主机之间或者主机同其他外围设备之间的互连 主机和存储设备之间的连接和通信通过物理部件和接口协议实现 连接主机和存储的硬件 主机接口设备 端口 线缆 Page 14 2 4 2接口协议 常用的存储设备接口IDE IntegratedDriveElectronics 电子集成驱动器SCSI SmallComputerSystemInterface 小型计算机系统接口FC FiberChannel光线通道 上一讲中 有介绍硬盘的接口IDE ATASATASASSCSIFCIDE ATA SATA SAS SCSI FC都是主机与存储设备通信的预定义协议 它们都集成在硬盘驱动器的控制器上 Page 15 2 4连接 集成电路设备 高级技术 IntegratedDeviceElectronic AdwancedTechnologyAttachment IDE ATA 磁盘支持IDE协议 IDE协议定义了连接到主板上控制器的规范 ATA协议规定了存储设备到主板的连接接口 IDE ATA拥有多种标准和命名 如ATA ATA ATAPI EIDE ATA 2 FastATA ATA 3 UltraATA以及UlreaDMA等 最新的支持133MB s的吞吐率 IDE ATA磁盘性能良好且价格低廉 成为很受欢迎并被广泛使用的硬盘 SATA SerialATA 是IDE ATA规范的一个串行版本 目的是取代ATA技术 SATA很大的特点就是它支持热插拔 SATA提供点对点 距离可达1米的连接 数据传输率可达150MB s 增强的甚至可达600MB s SATA Page 17 2 4连接 SCSI接口技术SCSI SmallComputerSystemInterface 小型计算机系统接口 并行SCSI使得I O总线不再是系统的瓶颈 可以使系统具有更高的输入 输出性能 SCSI提供的高质量信号支持可靠 持续的数据传输速率 SCSI比IDE速度快 因为SCSI接口卡中自带CPU SCSI支持热插拔 SCSI支持多硬盘 Page 18 2 4连接 硬盘接口技术 光纤通道 FibreChannel 和SCSI接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术 是专门为网络系统设计的 但随着存储系统对速度的需求 才逐渐应用到硬盘系统中 光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的 它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度 光纤通道的主要特性有 热插拔性 高速带宽 远程连接 连接设备数量大等 光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计 能满足高端工作站 服务器 海量存储子网络 外设间通过集线器 交换机和点对点连接进行双向 串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求 Page 19 物理磁盘的结构 磁盘以N级 S级表示0 1不同于数据流以高低电平表示0 1 磁头悬浮 Page 20 物理磁盘的结构 磁道 一组同心圆环 一个盘面可容纳几千个磁道 扇区 存储系统中可单独被寻址的最小单位 容量为512k Page 21 磁盘定位 CHS编号 早期的磁盘利用物理地址 包含了柱面 Cylinder 磁头 Head 扇区 Secor 的编号 在磁盘上进行定位 以扇区为寻址单位LBA 逻辑块寻址 使用线性地址访问逻辑块的数据 简化寻址过程 逻辑块 将几个扇区组合成整体并编号 作用 操作系统掌握LBA 磁盘控制器负责将LBA转化为CHS Page 22 磁盘驱动器的性能 磁盘服务时间 寻道时间 旋转延迟 数据传输速率 Page 23 寻道时间 读写头在盘面上移动 沿着盘面半径方向 进行定位的时间 也就是移动驱动臂将读写头移动到正确的磁道上所需要的时间 平均寻道时间为3 15ms Page 24 旋转延迟 盘片旋转 定位读写头下方的数据 扇区 所消耗的时间转速5400r min的磁盘 平均旋转延迟约5 5ms转速15000r min的磁盘 平均旋转延迟约2 0ms Page 25 数据传输速率 DataTransferRate 指每个单位时间内磁盘能够传输到主机总线适配器 HBA 的平均数据量 数据传输 要计算数据传输速率 首先要明白读写操作的过程 Page 26 2 8主机对数据的访问 IDE ATA和SCSI广泛应用于小型和个人计算环境下对内部存储的访问 光纤通道和iSCSI协议则用于访问外部存储设备上的数据 直连存储 DAS 外部存储设备直连到主机上的形式 Page 27 通过网络访问数据的方式 块级别访问 Block levelAccess 是磁盘访问的基本机制 数据通过指定逻辑块地址进行磁盘存储和数据查询 文件级别的访问 File levelAccess 是块级别访问的一个抽象 通过指定文件名和路径来访问数据 它通过底层进行块级别访问 对上则为应用程序屏蔽了逻辑块编址 LBA 的复杂性 对象级别访问 Object levelAccess 是数据访问向智能化发展迈出的第一步 这里的对象是访问和存储数据的基本单位 数据通过分类的方式来组织和管理 并通过唯一的对象标识符加以区别 Page 28 2 9直连存储 定义 直连存储 Direct AttachedStorage DAS 是一种存储器直接连接到服务器的架构 主机内部的磁盘 磁带库和直接连接的外部磁盘组 都是DAS的实例 DAS架构仍是少量服务器访问和共享本地数据的理想方案 DAS适合小型企业 部门 个人 也可以作为中型企业的文件服务器和邮件服务器 以及大型企业SAN和NAS的辅助 分类 1 内部DAS 存储设备通过串行或并行总线连接到主机 2 外部DAS 服务器直接连接到外部存储设备 之间采用SCSI或FC协议进行通信 Page 29 直连存储DAS的优缺点 DAS的优点 相对其他存储架构 只需较低的前期