存储技术基础.

1、 2013 IBM Corporation存储技术基础 2Part1：什么是存储？3什么是存储？ 存储系统是整个IT系统的基石，是IT技术赖以存在和发挥效能的基础平台。 早先的存储形式是存储设备（通常是磁盘）与应用服务器其他硬件直接安装于同一个机箱之内，并且该存储设备是给本台应用服务器独占使用的。 缺点： 1、随着服务器数量的增多，磁盘数量也在增加，且分散在不同的服务器上，查看每一个磁盘的运行状况都需要到不同的应用服务器上去查看。 2、更换磁盘也需要拆开服务器，中断应用。 4真正的“存储”5真正的“存储” 将磁盘从服务器中脱离出来，集中到一起管理 商业、大容量、为企业解决信息时代海量数据的存储

2、才是真正的存储 一个问题：如何将服务器和盘阵连接起来？ SCSI协议，通过专用的线缆将服务器的总线和存储设备连接起来，通过专门的SCSI指令来实现数据的存储。后来发展到FC协议。 6存储的多样性存储软件存储软件设备管理软件高可用软件备份软件存储管理软件数据管理软件外置存储系统外置存储系统硬盘柜磁盘阵列NAS磁带库 存储连接设备存储连接设备SCSI卡RAID卡FC通道卡FC交换机存储管理设备存储管理设备存储方案存储方案存储硬件存储硬件存储软件存储软件 2013 IBM CorporationPart2：存储的架构发展8存储架构发展存储集中存储集中应用集中应用集中9存储架构:DAS、NAS、SAN

3、 DAS NAS SAN10DASServerDAS(Direct Access Storage)11DAS特点Server12NASNAS(Network Attachment Storage)UnixWindowsLinuxTCP/IP13NAS特点UnixWindowsLinuxTCP/IP集成简易NAS操作系统支持NFS、CIFS等文件系统和协议共享通过TCP/IP网络传输数据NAS是一种文件共享服务。拥有自己的文件系统，是一种文件共享服务。拥有自己的文件系统，通过通过NFS或或CIFS对外提供文件访问服务。对外提供文件访问服务。 14SANSAN(Storage Area Netwo

4、rk)15SAN特点远距离稳定高速的数据传输“无限”设备的集合数据集中与管理降低整体成本16FC（光纤通道）连接拓扑结构Point-to-Point2 个设备直连个设备直连Switched Fabric至多至多1600万个设备万个设备Arbitrated Loop至多至多 126 设备设备17SAN中共享存储NTSolaris DisksHP-UXNTDisksHP-UXDisksSolaris共享存储18常见磁盘接口类型 ATA SATA SCSI FC19RAID技术 RAID为廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Inexpensive Disks） RAID技术将一个

5、个单独的磁盘以不同的组合方式形成一个逻辑硬盘，从而提高了磁盘读取的性能和数据的安全性。 不同的组合方式用RAID级别来标识。 RAID技术是由美国加州大学伯克利分校D.A. Patterson教授在1988年提出的，作为高性能、高可靠的存储技术，在今天已经得到了广泛的应用。20RAID0-RAID0应用于对读取性能要求较高但所存储的数据为非重要数据的情况下。应用于对读取性能要求较高但所存储的数据为非重要数据的情况下。RAID0也称为条带化（stripe），将数据分成一定的大小顺序的写道阵列的磁盘里，RAID0可以并行的执行读写操作，可以充分利用总线的带宽，理论上讲，一个由N个磁盘组成的RAID

6、0系统，它的读写性能将是单个磁盘读取性能的N倍。 一个明显的缺点：不提供数据冗余保护，一旦数据损坏，将无法恢复。 21RAID1RAID1镜像（mirror），它将数据完全一致的分别写到工作磁盘和镜像磁盘，因此它的磁盘空间利用率为50，在数据写入时时间会有影响，但是读的时候没有任何影响，RAID1提供了最佳的数据保护，一旦工作磁盘发生故障，系统自动从镜像磁盘读取数据，不会影响用户工作。22RAID3RAID3采用一个硬盘作为校验盘，其余磁盘作为数据盘，数据按位或字节的方式交叉的存取到各个数据盘中。 不同磁盘上同一带区的数据做异或校验，并把校验值写入到校验盘中。 23RAID3 RAID3系统在

7、完整的情况下读取时没有任何性能上的影响，读性能与RAID0一致，却提供了数据容错能力 写时性能大为下降，因为每一次写操作，即使是改动某个数据盘上的一个数据块，也必须根据所有同一带区的数据来重新计算校验值写入到校验盘中，一个写操作包含了写入数据块，读取同一带区的数据块，计算校验值，写入校验值等操作，系统开销大为增加。 RAID3的校验盘在系统接受大量的写操作时容易形成性能瓶颈，因而适用于有大量读操作如web系统以及信息查询等应用或持续大块数据流（例如非线性编辑）的应用。24RAID5RAID5与RAID3的机制相似，但是数据校验的信息被均匀的分散到的阵列的各个磁盘上，这样就不存在并发写操作时的校

8、验盘性能瓶颈。 RAID 5具有和RAID 0相近似的数据读取速度，只是多了一个奇偶校验信息，写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢 25RAID6RAID 6提供两级冗余，即阵列中的两个驱动器失败时，阵列仍然能够继续工作。RAID 6的实现代价最高，因为RAID 6不仅要支持数据的恢复，又要支持校验的恢复，这使RAID 6控制器比其他级R A I D更复杂和更昂贵。当对每个数据块执行写操作时， RAID 6做两个独立的校验计算，因此，它能够支持两个磁盘的失败。 RAID 6的第一种方法是用两种不同的方法计算校验数据。实现这个思想最容易的方法之一是用两个校验磁盘支持数据磁盘，第一个校验磁盘

9、支持一种校验算法，而第二个磁盘支持另一种校验算法，使用两种算法称为P + Q校验。 通过求解带有两个变量的方程，可以恢复两个磁盘上的数据，这是一个代数方法，可以由硬件辅助处理器加速求解。 26RAID10RAID10是RAID1和RAID0的结合，也称为RAID（0+1），先做镜像然后做条带化，既提高了系统的读写性能，有提供了数据冗余保护 27RAID01RAID01也是RAID0和RAID1的结合，但它是对条带化后的数据进行镜像。但与RAID10 不同，一个磁盘的丢失等同于整个镜像条带的丢失，所以一旦镜像盘失败，则存储系统成为一个RAID-0 系统（即只有条带化）。RAID01的实际应用非常

10、少。28RAID对比RAID级*RAID-0RAID-1RAID-5RAID-10别名条带镜象分布奇偶位条带镜象阵列条带容错性没有有有有冗余类型没有复制奇偶位复制热备盘选项没有有有有需要的磁盘数一个或多个只需2个三个或更多只需4个可用容量NN/2（n-1）/nN/229RAID重构 对于raid10，当一块磁盘失效时，进行数据重构的操作只是复制一个新磁盘，如果假定磁盘的容量为250G，那么复制的数据量为250G。 对于raid5的存储阵列，则需要从每块磁盘中读取数据，经过重新计算得到一块硬盘的数据量，如果raid5是以4+1的方式组建，每块磁盘的容量也为250G，那么，需要在剩余的4个磁盘中读出总共是1000G的数据量计算得出250G的数据。30SAN存储架构设备组成光纤存储设备光纤Switch光纤HBA卡光纤线缆31光纤存储设备光纤主机通道高性能强大扩展能力内部架构32光纤存储内部架构存储处理器风扇风扇风扇风扇风扇风扇电源电源电源电源独立独立电源电源独立独立电源电源存储处理器 SP 光纤通道光纤通道 x 2镜像缓存镜像缓存FCCPU SP 光纤通道光纤通道 x 2镜像缓存镜像缓存CPUFCLCCLCCLCCLCCLCCLCCCMI 33光纤交换机vFiber Channel交换机交换机qSAN专用交换机