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大话存储 学习总结 目录 硬盘组成及原理磁盘阵列SCSI协议FC协议DAS SAN NAS 硬盘组成及原理磁盘阵列SCSI协议FC协议DAS SAN NAS 硬盘组成及原理 盘面 C 硬盘每个盘片都有上下两个盘面 每个盘面都能存储数据 磁道 H 当盘面旋转时 磁头保持不动 则每个磁头会在盘面上划出一个圆形轨迹 这些轨迹就是磁道 柱面 所有盘面上的同一磁道 在竖直方向上构成一个圆柱 通常称作柱面 扇区 S 将同心圆磁道划分为一段一段等长圆弧 每个圆弧就是一个扇区 每个盘面的磁头起初停在盘面最内圈 这是一个特殊区域 它不存放任何数据 称为启停区或着陆区 启停区外就是数据区 盘面最外圈离主轴最远的地方是0磁道 数据存储就是从最外圈开始 而0磁道存放着用于操作系统启动所必需的程序代码 硬盘组成及原理 接口类型 IDE接口 也称作PATA接口 采用16位数据并行传送方式 价格低廉 兼容性强 性价比高 主要应用于家用台式机系统 SATA接口 SerialATA 即串行传输ATA 正在逐步取代传统PATA硬盘 具备更强的纠错能力 有广泛的应用前景 SCSI接口 SmallComputerSystemInterface 具备与多种类型的外设进行通信的能力 是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术 由于价格昂贵 因此主要应用于中 高端服务器和高档工作站中 硬盘组成及原理 硬盘组成及原理磁盘阵列SCSI协议FC协议DAS SAN NAS 什么是磁盘阵列 磁盘阵列式 RAID redundantarrayofindependentdisks 由一个硬盘控制器来控制多个硬盘互相连接 使多个硬盘的读写同步 减少错误并且增加效率和可靠度的一种技术 通过RAID控制器能够提高服务器存储系统容量 传输数据的速度和保证数据的冗余性 将一组磁盘驱动器用某种逻辑方式联系起来 作为逻辑上的一个磁盘驱动器来使用 以实现用户的需求 为什么使用磁盘阵列 磁盘阵列 1 提高数据存取速度2 整合多块磁盘 方便管理3 提供比较高的安全性 磁盘阵列 在不同磁盘相同偏移处横向逻辑分割 形成条带 stripee 一个stripee横跨过的扇区或块的个数或字节容量 就是条带长度一个stripee在单块磁盘上所占的容量大小 称为一个segment一个segment中所包含的数据块或者扇区的个数或者字节容量称为条带深度 磁盘阵列 RAID0 数据被分成多块写入不同磁盘中 而不像单磁盘系统顺序写入 优点 I O负载平均分配到所有驱动器 性能在所有RAID技术中最高 磁盘利用率最高 缺点 无冗余无校验功能 任何单个磁盘损坏都会造成数据丢失的灾难性后果 安全性最低 RAID1 磁盘阵列 将两块盘中的一块正常使用 另一块作为正常使用盘的拷贝盘 优点 对存储数据进行百分之百的备份 安全性最高 缺点 磁盘空间利用率低 存储成本高 磁盘阵列 RAID2 采用汉明码校验技术 在原有数据位中插入一定数量的校验位来进行错误检测和纠错 它将原本连续的数据 以比特为单位分割存放到不连续的多块磁盘上 优点 大数据读写速度较快 缺点 磁盘利用率低 不易实现 条带深度为1位 不能实现并发 RAID3 磁盘阵列 将数据盘中的每一位数据进行XOR运算 然后将结果写入校验盘对应位置 优点 提高校验率 减少校验盘缺点 不能纠正错误 校验盘读写瓶颈 不能实现并发 RAID4 磁盘阵列 在RAID3基础上 增加条带深度 当IO块小于条带深度时 确保一次IO只占用一个磁盘 但是同样没有解决校验盘争用问题 如果通过文件管理系统 合并可以合并的IO 可以人为增大IO并发几率 最典型的是Netapp公司的WAFL系统 RAID5 磁盘阵列 采用分布式校验盘 将校验盘平均分布在RAID组中的每块数据盘上 在相邻条带之间循环分布 优点 磁盘利用率高 避免单个校验盘写操作瓶颈 具有较高的盲并发几率 缺点 拥有较高写惩罚 控制器设计复杂 RAID6 磁盘阵列 带有两种分布式存储的奇偶校验码的独立磁盘结构 是RAID5的一种扩展 采用两种奇偶校验方法 优点 高可靠性 最多允许两块磁盘故障 缺点 磁盘利用率低于RAID5 配置更复杂 RAID0 RAID6中数字并不代表技术高低 应该针对不同应用环境及对磁盘数据存储的要求 使用不同的RAID技术 没有最好的技术 只有最合适的技术 磁盘阵列 硬盘组成及工作方式磁盘阵列SCSI协议FC协议DAS SAN NAS SCSI协议 SCSI SmallComputerSystemInterface 小型计算机系统接口 是一种为小型机研制的接口技术 用于主机与外部设备之间的连接 在系统中使用SCSI必须要有专门的SCSI控制器 才能支持SCSI设备 在SCSI控制器上有一个相当于CPU的芯片 它对SCSI设备进行控制 能处理大部分的工作 减少了CPU占用率 SCSI协议中的OSI模型 SCSI是一套完整的数据传输协议 跨越了OSI模型的7个层次 物理层 物理连接 SCSI的物理电气参数 链路层 传输数据帧到对等端 采用CRC冗余校验来保证数据的可靠性 如果数据帧传输过程中产生错误 则丢弃这一帧 传输层 保障此端的数据成功的传送到彼端 与数据链路层不同 一旦帧出错 传输层会告知传送端的对等层重新传送 来保障数据传输 网络层 SCSI总线的寻址方式 按照控制器 通道 SCSIID LUNID来寻址 SCSIID即节点设备ID 一条SCSI总线上可以存在16个节点 每个ID不可重复 其中SCSI控制器占用一个节点 且SCSIID 7 优先级最高 SCSI协议 SCSI协议 SCSI总线模型 硬盘组成及工作方式磁盘阵列SCSI接口FC协议DAS SAN NAS FC FibreChannel 是 网状通道 的意思 FC协议其实并不能翻译成光纤协议 只是FC协议普遍采用光纤作为传输线缆而不是铜缆 因此很多人把FC称为光纤通道协议 在逻辑上 FC可以看作是一种用于构造高性能信息传输的 双向的 点对点的串行数据通道 在物理上 FC是一到多对应的点对点的互连链路 每条链路终结于一个端口或转发器 FC协议 FC协议 FC网络拓扑结构 仲裁环 FC AL 仲裁环是一个共享的 可提供吉比特带宽的环状网 其连接方式与IBM的令牌环网类似 在仲裁环拓扑中 设备必须根据仲裁访问环路 交换网 Fabric 交换网是指一个或多个光纤交换机 以单独或扩展型方式存在于网络中 接入网络中的所有节点之间都可以同时进行点对点通信 FC AL结构示意图 FC协议 FC交换机 Fabric结构示意图 FC协议 FC终端 FC终端 FC终端 FC终端 FC终端 FC终端 FC网络层寻址 WWNN WorldWideNodeName 每个FC设备拥有唯一的一个WWNN代表设备本身 WWPN WorldWidePortName FC设备每个端口都有世界范围内唯一的一个WWPN FC协议在WWPN上再映射一层寻址机制 为每个连接到FC网络中的接口分配一个FabricID FC协议 FC协议中端口类型 交换机端口 F端口 交换机上与N端口对应的端口 FL端口 FC交换机上连接开放仲裁环的中介端口 E端口 连接交换机与交换机的端口 G端口 万能端口 设备端口 N端口 连入FC交换机终端节点的端口 L端口 仲裁环上节点端口 NL端口 具备N端口与L端口特性 FC协议 硬盘组成及工作方式磁盘阵列SCSI协议FC协议DAS SAN NAS DAS SAN NAS DAS DirectAttachedStorage 直接连接存储 存储设备是通过电缆 通常是SCSI接口电缆 直接到服务器 IO请求直接发送到存储设备 存储设备只与一台主机服务器相连 其他主机不能使用这个存储设备 NAS NetworkAttachedStorage 网络附加存储 是一种将分布 独立的数据整合为大型 集中化管理的数据中心 以便于对不同