《磁盘管理》PPT课件.ppt

网络管理基础 第四章磁盘管理 一 Windows系统的文件类型及特点 二 独立冗余磁盘阵列技术 第四章磁盘管理 概念 磁盘 计算机及存储系统中永久存储数据的必备设备 磁盘管理 利用磁盘以及操作系统提供的管理功能或特性 加强对磁盘介质和数据的安全管理 一 Windows系统的文件类型及特点 文件系统 FileSystem 操作系统用于明确磁盘或分区上的文件基本属性的方法和数据结构 即在磁盘上组织文件的方法 文件系统可以有不同的格式 叫做文件系统类型 filesystemtypes Windows的文件系统 FAT FAT32和NTFS 1 FAT FAT FileAllocationTable 文件分配表在一些操作系统的磁盘中维护的表格或者列表 用来跟踪存储在磁盘中各种文件的位置 大小等信息 支持的操作系统 Windows MacOS 多种UNIX版本 特点 FAT又称为FAT16使用FAT16格式化的分区至多有64KB个分配单元 簇 每个簇最大为32KB 32KB 64K个簇 即 FAT16分区最大不超过2GB 特点 文件系统限制使用8 3格式的文件命名规范句点之前部分的最大长度为8个字符 句点之后部分的最大长度为3个字符 必须以字母或数字开头 并且不得包含空格文件名不区分大小写字母例 符合8 3标准的文件名 abc123 txt 2 FAT32 早期DOS的FAT16文件系统的增强由16位扩充为32位支持的操作系统 Windows95OSR2和Windows98 特点 FAT32成为使用大容量硬盘存储文件的有效的选择 在硬盘的分区超过512MB时使用 会更高效地存储数据减少硬盘空间的浪费会使程序运行加快 使用的计算机系统资源更少 特点 FAT32支持最大为2TB的驱动器 硬盘 FAT32可以更高效地使用空间 FAT32更稳定可靠 FAT32更灵活 3 NTFS NTFS NTFileSystem WindowsNT以上操作系统所使用的文件系统NTFS的新增特性 包括容错性和增强安全性等方面 NTFS的容错功能远远优于FAT 特点 NTFS需要耗费的资源要大于FAT 如果用户所使用的分区容量小于200MB 那么应当选择FAT文件系统以避免NTFS文件系统自身占用过多磁盘空间 NTFS分区的最大容量为16EB NTFS可在不显示错误消息的情况下自动修复硬盘错误 应用方案 用户如何挑选合适的文件类型 从以下几个指标来衡量 兼容性卷容量容错性安全性文件压缩 1 兼容性 在规划时 如果多种操作系统都将对该分区进行访问 那么用户必须使用一种所有操作系统均可读取的文件系统 FAT具有普遍兼容性 例如 一台计算机上同时安装了Windows2000与Windows98两种操作系统 并且这两种操作系统都需要对同一个分区进行访问 那么用户必须通过FAT方式对该分区进行格式化 2 卷容量 分区物理容量 案例 如果用户要使分区容量超过2GB 采用何种策略 方法一 用户通过FAT32或NTFS方式对其进行格式化方法二 将其拆分为多个容量较小的分区 3 容错性 Windows2000 2003能够通过软件方式对几种用以提高访问速度并实现容错性的交替磁盘访问方式提供支持 普通RAID0卷 带区集 RAID5卷 这类访问方式需要NTFS为其提供支持 4 安全性 NTFS拥有一套内建的安全机制 通过该安全机制用户可以为文件夹或单个文件设置不同权限 这些权限可以在本地及远程对文件与文件夹加以保护 例如 如果有人在其他用户的计算机上尝试使用受限文件 那么NTFS将对这些文件予以保护 5 文件压缩 NTFS这项功能使用户能够对选定文件或文件夹进行压缩 由于此项功能以文件为单位进行压缩 所以局部硬盘故障 例如磁盘坏道等 不会破坏整个压缩方案并导致磁盘中的数据丢失 4 FAT16 FAT32和NTFS之间的比较 表4 1中列出了不同的操作系统所支持的文件系统 注意点 FAT与NTFS文件系统之间不存在逆操作可以将FAT转换为NTFS 但不能够将NTFS转换为FAT FAT转换为NTFS 可以使用Windows操作系统提供的convert命令 例如 用户需要将磁盘分区 E 转换成为NTFS文件系统 那么就可以输入 converte fs ntfs 命令来进行 二 独立冗余磁盘阵列 独立冗余磁盘阵列 RedundantArrayofIndependentDisks RAID 早期 RAID被称为廉价冗余磁盘阵列 RedundantArrayofInexpensiveDisks 简称为 磁盘阵列 后来RAID中的字母I被改作了Independent RAID就成了 独立冗余磁盘阵列 样式 磁盘阵列其样式有三种 外接式磁盘阵列柜最常被使用大型服务器上 产品的价格很贵 内接式磁盘阵列卡价格便宜 需要较高的安装技术 适合技术人员使用操作利用软件来仿真会拖累机器的速度 不适合大数据流量的服务器 1 磁盘管理的基本概念 磁盘管理程序是用于管理系统中的硬盘 卷或分区的系统程序 通过磁盘管理 用户可以使用文件系统创建卷 格式化卷 初始化磁盘以及创建容错磁盘系统 1 基本磁盘和基本卷 磁盘管理中两种类型 基本磁盘和动态磁盘基本磁盘 即一个物理磁盘在安装到计算机后 操作系统默认将其设置为基本磁盘 基本磁盘在使用之前需要划分成一个或多个磁盘分区 磁盘基础 磁盘分区形式 MBR分区表 MasterBootRecord 即硬盘的主引导记录 支持最大卷为2TB terabytes 并且每个磁盘最多有4个主分区 或3个主分区 1个扩展分区和无限制的逻辑驱动器 GPT分区表 GloballyUniqueIdentifierPartitionTableFormat 全局唯一标识磁盘分区表格式 支持最大卷为18EB exabytes 并且每磁盘最多有128个分区 与MBR分区的磁盘不同 至关重要的平台操作数据位于分区 而不是位于非分区或隐藏扇区 另外 GPT分区磁盘有多余的主要及备份分区表来提高分区数据结构的完整性 只有基于EFI主板的系统支持从GPT启动 BIOS不支持 历史悠久 应用广泛的一种磁盘类型兼容性好 兼容微软所有操作系统磁盘分区 主分区 扩展分区 逻辑分区 基本磁盘的分区类型 主磁盘分区扩展磁盘分区磁盘分区的相关数据存储在 分区表 分区表为磁盘上的一个存储区域分区表被存储在位于整个磁盘的第一个扇区的主引导记录 MasterBootRecord MBR 文件内 最多可以创建3 4个主磁盘分区 与1个扩展磁盘分区 扩展磁盘分区又可创建多个逻辑驱动器 每一个分区可以分配一个驱动器号 一般从C 开始 依此类推 基本卷 基本磁盘内的每一个磁盘分区或逻辑驱动器又称为 基本卷 主分区是可以用来引导操作系统每块基本磁盘可以建立一到四个主分区只能有一个主分区处于激活状态 只有WindowsNT XP 2000 Server2003才真正支持多主分区 C 主分区 主分区 基本磁盘最多可以有 4个主分区或3个主分区和一个扩展分区扩展分区可进一步划分为多个逻辑分区 扩展分区和逻辑分区 2 动态磁盘和动态卷 高级用户和IT专业人员可能使用动态磁盘 他们通常为提高性能和可靠性而使用计算机中的多个硬盘来管理数据 动态磁盘的特点 卷的数量可以超过四个卷可以扩展和转换支持容错兼容性 Windows2000 WindowsServer2003 WindowsXP动态磁盘卷有五种类型简单卷跨区卷镜像卷带区卷RAID 5卷 特点 单个磁盘上的空间只能在动态磁盘上创建可使用NTFS FAT 或FAT32文件系统可以被扩展 NTFS文件系统 创建简单卷 选择卷类型 输入卷的容量 创建完成的简单卷 A 简单卷 由两块或多块硬盘上的存储空间组成每块磁盘可以提供不同的磁盘空间可以随时扩展容量 NTFS文件系统 B 跨区卷 创建跨区卷选择卷类型选择跨区卷使用的磁盘和容量建立完成后在磁盘管理器中的跨区卷 跨区卷 由两块或两块以上硬盘组成但是每块硬盘所贡献的空间大小必须相同读写效率高 数据以64K为单位写到所有的磁盘 C 带区卷 RAID0 创建带区卷选择卷类型选择带区卷使用的磁盘和容量磁盘管理中的带区卷 带区卷 带区集 带区集 通过将2 32个磁盘上的可用空间区域合并到一个卷上创建的 数据被分块并以固定的顺序分布在该卷中的所有磁盘中 例如 用户有5个容量为18GB的磁盘 那么将可以创建出一个容量有18 5 90GB的卷 带区集提供了最佳的磁盘操作性能 但是如果带区集中的某一个磁盘发生故障 那么整个卷中的数据就会丢失 由两块磁盘组成每块磁盘提供相同大小的空间支持容错 即一块硬盘损坏后数据不会丢失磁盘空间利用率50 D 镜像卷 RAID1 创建镜像卷选择镜像卷选择镜像使用的磁盘和容量磁盘管理器中的镜像卷 镜像卷 至少需要三块硬盘每块硬盘必须提供相同的磁盘空间提供容错功能磁盘空间利用率n 1 n n为磁盘数量 磁盘1 磁盘2 磁盘3 E RAID5卷 创建RAID5卷选择卷类型选择最少3块磁盘 并设定磁盘容量磁盘管理器中的RAID5卷 RAID5卷 2 RAID的组成 RAID是由多个独立的高性能磁盘驱动器组成的磁盘子系统 如图4 2是RAID的组成结构示意图 两大部分 RAID控制器RAID控制器是RAID系统的核心 负责数据的交换 缓冲 并管理主机 或网络 与磁盘阵列之间的数据流 RAID控制器通常以高速接口技术 如光纤通道 SCSI等 与主机或网络相连接 磁盘阵列 3 RAID的内部结构 RAID的逻辑结构与RAID的配置有关 而RAID的配置又与RAID控制器的通道个数及其成员磁盘驱动器的连接能力有关 RAID系统 根据通道个数的不同 一般分为 单通道RAID多通道RAID A 单通道RAID 它的RAID控制器拥有一个通道和一个磁盘缓冲 每个磁盘只有一个端口 RAID控制器通过该端口来寻址阵列中的每个成员驱动器 在该系统中 RAID控制器将I O操作分配给各成员磁盘 B 多通道RAID 多通道RAID又分为 单磁盘接口RAID双磁盘接口RAID在多通道RAID系统中 以双通道居多 一般最多可以达到6个通道 通道数越多 每个RAID控制器所连接的磁盘数量将越多 从而存储系统的容量也越大 结构一 结构二 每一个RAID控制器与每个成员驱动器都有两个连接接口提高了系统的可靠性 控制器可以通过任何一个通道与任意一个成员磁盘通信 如果一个通道出现故障 另一个通道也能够正常工作 对于成员驱动器来说 如果一个接口出现故障 另一个接口也能够正常工作 4 RAID技术的特点 RAID 一种使用磁盘驱动器的方法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 一般情况下 采用RAID技术组成的逻辑磁盘驱动器的容量要小于各个磁盘驱动器容量的总和具体实现 硬件 软件 特点 成本低 功耗小传输速率高可以利用普通磁盘驱动器实现容错功能安全保护是非常廉价的 很适合中小型局域网用户使用 常见的几种级别 根据系统所提供的磁盘I O性能和数据存储安全性的不同 目前普遍使用的RAID可分为 RAID0RAID1RAID0 1RAID3RAID5不同的级别具有不同的功能和特点 5 RAID0 RAID0也称之为 带区集 一种无冗余 无校验的磁盘阵列任何一个硬盘或分区损坏时 将造成所有数据的丢失 一般用在对数据安全要求不高 但对速度要求很高的环境中 如小型局域网服务器 当写入数据时 数据先被分割成大小为64KB的数据块 然后并行存储到带区集中的每个磁盘中 系统读取磁盘数据时 将同时从各个磁盘并发读取数据块 经自动整合后形成一个完整的数据 6 RAID1 RAID1 镜像磁盘阵列 RAID1具有很好的容错能力 但是当硬盘控制卡受损时 数据将无法读取 可采用磁盘双工来解决 最高的安全性 只用一半的磁盘空间来存储 磁盘双工 将两个硬盘分别安装在不同的硬盘控制卡上 如果一块硬盘控制卡受损时 另一块硬盘控制卡还会继续工作 提高系统的容错能力 RAID1主要用于对数据安全性要求高 而且要求能够快速恢复被损坏数据的场合 比如在一些中小型的局域网服务器上最常使用 7 RAID0 1 RAID0 1是RAID0和RAID1技术结合的产物在磁盘镜像中建立带区集 以扩大磁盘的利用率 8 RAID3 RAID3是一种带奇校验或偶校验的磁盘阵列 采用数据分割的方式 指定一个驱动器作为校验盘 用于存储奇偶校验的信息 特点 有容错功能 任何一个单独的磁盘驱动器损坏时都可以恢复 数据读取速度快的优点 写盘速度不高 9 RAID5 一种带奇偶校验的带区集 在RAID0的基础上增加了对写入数据的安全恢复功能 特点 数据块分散存放在带区集的所有硬盘中 同时每个硬盘都有一个固定区域 约占所使用硬盘分区的1 3 来存放一个奇隅校验数据 有非常好的容错能力硬盘空间无法全部用来保存正常数据 10 RAID6 RAID6在RAID5基础上 为了进一步加强数据保护 是一种扩展RAID5等级 RAID6通过提供两级冗余的方法来保证在系统中同时有两块硬盘出现故障时 阵列还能够继续工作 11 RAID2和RAID4 RAID2的设计思想是使用海明码 Hammingcode 实现数据校验冗余 RAID4是一种独立访问RAID的实现 它也同样使用一个专用的校验磁盘 与RAID3不同的是 RAID4有更多的分块 使多个I O请求