RAID的概念教学课件

DAWNING缪B詈哭

DAWNING

H技升目*兴

2.1RAID的概念

RAID是“RedundantArrayof

InexpensiveDisks”的缩写，中文意思是廉价

磁盘冗余阵列。

组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘，

以降低大批量数据存储的费用

采用冗余信息的方式，使得磁盘失效时不

会使对数据的访问受损失，从而开发出一定水

平的数据保护技术，并且能适当的提升数据传

输速度。

DAWNING缪曙光

DAWNING

Hrtn目*兴

2.2RAID的特点

捆绑2个或多个独立物理磁盘成磁盘组（阵列）

逻辑上做为一个大容量的硬盘供操作系统使用

提高系统的读写性能

具备容错性

/曙光

DAWNINGMZDAWNING

HRTn"/央

2.3RAID的级别

•RAID0.RAID5

•RAID1.RAID6

•RAID3.RAID10(RAID0+1)

•RAID50

DAWNING

2.3.1RAIDO

概念:无差错控制的条带化阵列,将多块硬盘连接起来

形成一个容量更大的存储设备。

DATADISKDRIVERS

DISK#1DISKn

Block1

BlockZ

BlockJ

Block4

Block5

Block6Equallystriped—।

DAWNING

2.3.2RAID1

概念:称为镜像，将一个磁盘上的数据完全复制到

另一个磁盘上，百分百的数据冗余.

DISKDRIVERS

DATA

DISK#1DISK#2

c

BlocklBlocklBlockl

.___✓

BlocklBlock2Blockl

Mirroring

Block3Block3Block?

—_

Block4Block4Block4

Block5Block5B(ock5

Block6Block6Block6

DAWNING

2.3.3RAID2

概念：

带明码校验的磁盘阵列，这种

RAID模式中,磁盘驱动器的第2的n

次塞磁盘驱动器是专门的校验盘.

应用比较少.

DAWNING

2.3.4RAID3

概念:采用奇偶校验技术,需要专门的一块盘

来存储校验位.

DATADISKDRIVERS

■

DISK#1DISK#2DISK#3

Blockl

Block?*

BlockJ

—_

Block4

Block5

Block6Striping

DAWNING

2.3.5RAID4

概念：

带奇偶校验码的独立磁盘

结构,对数据的访问按磁盘进行,

一块专门的奇偶校验盘存储校验

位.应用比较少.

DAWNING勿/DAWNING

2.3.6RAID5

概念:带分布式奇偶位的条带，把校验位信息随机地分布

到所有的磁盘上，并非用单独一个盘来存储校验位，是目

前应用最广泛的一种磁盘阵列模式.

DATADISKDRIVERS

cDISK#1DISK#2DISK#3

Blockl

Blockl

>>—__

Blocks

s__

Block4

、---,

Blocks

__,

Block6

DAWNING

2.3.7RAID6

概念:带有两种分布式存储的奇偶校验码的独立磁盘结构,

使用了分配在不同的磁盘上的第二种奇偶校验的增强性

RAID5.

DATADISKDRIVERS

DISK#1DISK#2DISK#3DISK#4

Block!

BlockZ

BlockJ

Block4

Block5

Block6

Block7

Block8

DAWNING

2.3.8RAID7

概念：

优化的高速数据传送结构，带有智能化

实时操作系统和用于存储管理的软件工具,

采用非同步方式，配置复杂,实际应用中很

少见.

DAWNING

2.3.9RAID10(RAID0+1)

LogicalDisk

概念：DataisWipedacross

RAID1pairs.DupHcaf*data

i«wrHtenIeeachdrivein

镜像阵列条•RAID1pak

带,既具有Raid。

的高性能，又具

有Raidl的安全a

性.

RAH)1AnnyRAID1Array

DAWNING

2.3.10RAID30

概念：

专用奇偶位阵列条带，有两组RAID3

的磁盘组成阵列，使用专门的奇偶位，再组

成RAID0,实现跨磁盘抽取数据,配置成本

高，实际应用中比较少见.

DAWNING

DAWNING

M掩H"«#

2.3.11RAID50、60

概念：LogicalDisk

DataandparityaraMriped

acn»BalJRAID5ftnays.

分布奇偶位阵列条Readf»qu«&tscanoccur

shnuhane*uulyan«v»vy

带,由两组RAID5、6磁driveinanarray.

盘组成，每组都使用了分

布式奇偶位，两组RAID5、

6再组建成RAID0模式，

实现跨磁盘抽取数据.

RAD5JRAIDiAn«y

/曙光

DAWNING勿/DAWNING

H«H"/来

本节知识点

1、销售要知道有这些东西

2、要能正确读出，并解释其含义

3、不常用的不要推荐

4、技术要了解并能正确判断出使用的形式

5、能够组建配置

6、按要求给出方案

DAWNING

2.4RAID级别的比较（1⑵

RAIDORAID1RAID2RAID3RAID4RAID5

条带阵列镜像阵列带海明码校验磁专用校验条专用校验条分散校验条

名称

盘阵列带阵列带阵列带阵列

允许故障否是是是是是

冗余类型无副本校验校验校验校验

热备用操作不可可以可以可以可以可以

磁盘数量2+2+（偶数）3+3+3+3+

可用容量最大最小较小中间中间中间

减少容量无50%不定1个磁盘1个磁盘1个磁盘

高（盘的数中间大数据量高，小百同高高

读性能

量决定）数据量低

安全性最差最好较好好好好

无故障的迅允许故障的大容量数据存储允许故障的允许故障的允许故障的

典型应用速读写小文件、随大文件、连大文件、连小文件、连

机数据写入续数据传输续数据传输续数据传输

DAWNING

2.4RAID级别的比较（2/2）

RAID6RAID7RAID10RAID30RAID50.60

分布存储的奇偶校优化的高速数据跨越镜像阵跨越专用校跨越分散校验阵列

名称

验码建立磁盘结构传送磁盘结构列验阵列

允许故障是是是是是

冗余类型校验校验副本校验校验

热备用操作不可可以可以可以可以

磁盘数量4+3+4+6+6+、8+

可用容量较小较大最小中间中间

每个阵列中2个磁每个阵列中个50%每个阵列中每个阵列中个磁

减少容量11

盘磁盘1个磁盘盘（2个磁盘）

读性能较低较高中间高高

安全性好较好较好较好好

要求数据安全性较大容量复杂数据允许故障高允许故障高允许故障高速度小

高的应用存储速度小文件、大文件、连文件、连续数据传

典型应用

随机数据写续数据传输输

入

DAWNING

2.5RAID的实现方式

•软件RAID方式

•硬件RAID方式

•零通道RAID

DAWNING

2.5.1软件RAID

软RAID(software-basedRAID)是基于软件的

RAIDo由于现在的很多服务器操作系统都集成

了RAID功能。比如MicrosoftWindowsNT,

Windows2000,Windows2003,NovellNetware

和Linux。

软件RAID集成于操作系统，有比较低的始投

资，但是它的CPU占用率非常高，并且只有非常

有限的阵列操作功能。大多数情况下，由于软件

RAID是在操作系统下实现RAID,软RAID不能

保护系统盘。亦即系统分区不能参与实现RAID。

DAWNING

勿/DAWNING

H«il17**

2.5.2硬件RAID

硬RAID是通过硬件方式实现的一

种RAID方式，有专门的硬件来进行

RAID的计算，管理等，常见的RAID

卡，以及控制器等方式的RAID方式都

属于硬RAID方式，它的优点很多，占

用CPU资源少，热插拔，管理方便等,

相对软件RAID方式，成本较高。

DAWNING

2.5.3零通道RAID

一种把初级的RAID功能附加给

SCSI或者SATA卡而产生的产品。它是

基于硬和软RAID之间的一种产品。它把

软件RAID功能集成到了产品的固件上，

从而提高了产品的功能和容错能力。一

般情况下它可以支持RAIDO和RAID1,

有的可以支持更高级的RAID。

DAWNING缪麟

M嫂H口次兴

2.6RAID卡

概念：RAID卡就是用来实现RAID功能的板卡，通常是

由I/O处理器、SCSI控制器、SCSI连接器和缓存等一系

列零组件构成的。

DAWNING

2.6.1RAID卡接口技术

目前主流接口类型:

•IDE接口

•SCSI接口

•SATA接口

•SAS接口

DAWNING

勿/DAWNING

IDE接口

IDE即IntegratedDriveElectronics,它的本意是指

把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，我们常

说的IDE接口，也叫ATA

(AdvancedTechnologyAttachment)接口，也叫

PATA.

•并行方式传输

•传输距离受限,不超过0.4米

•连接方式有主从之分

・不支持热插拔

•线缆比较宽，不利于散热

DAWNING

SCSI接口(1/3)

SCSI直译为小型计算机系统专用接

口(SmallComputerSystemInterface)

是一种连结主机和外围设备的接口，

支持包括磁盘驱动器、磁带机、光驱、

扫描仪在内的多种设备。它由SCSI控

制器进行数据操作，SCSI控制器相当

于一块小型CPU,有自己的命令集和

缓存。

DAWNING缪曙兴

勿/DAWNING

H«il17**

SCSI接口(2/3)

名称标准规范出现年份理论带宽关键特性

SASI1979SCSI雏形

SCSI-1SCSI-11986-2MB/s开步；8位

SCSI-2SCSI-21989lOMB/s同步；16位

SCSI-3分离指令集，传输协议与物理接口脱离，成为独立标准

Fast-WideSPI/SIP199220MB/S

UltraFast-20附加标准199540MB/S

Ultra2SPI-2199780MB/S低压差分机制

Ultra3SPI-31999160MB/S附加校验

Ultra320SPI-42001320MB/S分包机制；

QAS

DAWNING

SCSI接口(3/3)

•并行数据传输

•支持多设备,1个通道可以支持16个设备

•SCSI设备的CPU占用率极低，确实在多任

务系统中占有着明显的优势。

•SCSI设备还具有智能化，SCSI卡自己可对

CPU指令进行排队，这样就提高了工作效率。

在多任务时硬盘会在当前磁头位置，将邻近

的任务先完成，再逐一进行处理。

DAWNING

SATA接口(1/2)

SATA是由PATA发展而来的，SATA

是SerialATA的缩写，即串行ATA。这

是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘

接口类型，由于采用串行方式传输数

据而得名。

DAWNING缪B詈哭

勿/DAWNING

H«il17**

SATA接口（2/2）

•SerialATA技术采用点对点的传输协议，不存

在主从问题，这样每个驱动器硬盘能够独享带宽

•SerialATA采用七针数据线缆,主要有四个针脚,

第一针发送信号，第二针接收信号，第三针供应

电源，第四针为地线。长度可以达到1米。

•接插简单，支持热插拔

•内置数据校验技术.串行ATA技术在传输总线的

两端都引入了全新的CRC（循环冗余校验）保

护系统，增加了数据传输的可靠性。

DAWNING《曙光

DAWNING

Hrtn目*兴

SAS接口(1/2)

SAS技术是由SCSI技术发展而来的，SAS是

SerialAttachedSCSI的缩写，即串行连接SCSI。

2001年11月26日，Compaq、IBM、LSI逻辑、

Maxtor和Seagate联合宣布成立SAS工作组，其

目标是定义一个新的串行点对点的企业级存储设

备接口。它综合了现有并行SCSI和串行连接技术

（光纤通道、SSA、IEEE1394及InfiniBand等）

的优势，以串行通讯为协议基础架构，采用

SCSI-3扩展指令集并兼容SATA设备，是多层次

的存储设备连接协议栈。

DAWNING

SAS接口(2/2)

•串行传输方式

•向下兼通SATA

•采用8b/10b编码

•扩展性能好

•SAS技术的全双工模式，可以使设备

在同一时间内能够以双方向传输数据.

DAWNING曙光

DAWNING

2.6.2RAID卡的主要厂商

•Adaptec(Sadaptec

•LSILSILOGIC

•建邦Tekrm

•PROMISEPRo>tistr

DAWNING缪麟

M嫂H口次兴

27磁盘阵列(1/9)

磁盘阵列的特性:

1、增大存储空间

2、提高读写性能

3、具有容错性

磁盘阵列的以上特性通过RAID技术来实现

DAWNING

27磁盘阵列(2/9)

磁盘阵列的主要组成部分

DAWNING缪曙光

DAWNING

,.■■HrtU17**

2.7磁盘阵列（3/9）

磁盘阵列控制器

概念：

控制器在磁盘阵列中启着核心作

用,RAID技术的实现,以及数据的调用管理

都有它来负责，是一个磁盘阵列的心脏.

DAWNING

2.7磁盘阵列(4/9)

磁盘阵列分类

7•按尺寸盘位

•按主机接口

•按存储介质

DAWNING

2.7磁盘阵列(5/9)

磁盘阵列主机接口

SCSI

SAS

FC

ISCSI

INFINIBAND

PCI-E

DAWNING

2.7磁盘阵列(6/9)

磁盘阵列磁盘通道

SCSI

SATA

SAS

FC

DAWNING

2.7磁盘阵列（7/9）

磁盘阵列常用参数

控制器数量

处理芯片（处理器）

Cache大小

一电池保护

主机接口数量及带宽

一磁盘通道数量及带宽

lops

2尺寸及盘位数

扩展性能

支持的RAID级别

DAWNING

2.7磁盘阵列（8/9）

磁盘阵列高级功能

Lunmasking功能

-快照功能

卷拷贝功能

远程镜像功能

DAWNING

2.7磁盘阵列（9/9）

磁盘阵列控制器结构图（举例）

Alt.Controller

LoopSwitch

8

En」"=5

SsM

8oS

>od

」uo

po

(D!

siO

占-H

S

S

C,5DriveInterfaces

Alt.Controller

FCChip

EthernetIEthernet

IRJ45

-------------------------------------------RJ45

DAWNING

2.8RAID卡与磁盘阵列的区别

RAID卡磁盘阵列

形态-PCI插卡scsi设备

OS支持OSDriverBIOS识别/SCSI

SCSI通道|仅为磁盘通道磁盘通道+主机通道

独立露彳衣赖主机完全独立

冗余性！仅磁盘冗余磁盘/电源/风扇冗余

配置二'［仅配置磁盘配置磁盘+Map

加脚面—软件界面―「LCD界面

价格相对廉价较贵

DAWNING勿/DAWNING

2.9RAID卡与磁盘阵列产品举例（1/2）

产品介绍：AdaptecSCSI

RAID2130sLp卡

•单通道Adaptec2130SUltra320PCI-XSCSI

RAID控制器

・最大可接入块硬盘意

15

•PCI-X接口，64-biV133MHz

•内外各有一个一个68针高密scsi接口，来连接

硬盘

•支持Q1,10,5,50,JBOD

•AdaptecStorageManager管理软件，方便

raid的管理

DAWNING/曙光

DAWNING

..>.■_▲■*曾.H技计目4：兴

2.9RAID卡与磁盘阵列产品举例(212)

产品介绍：曙光

DS6310

•2U,16盘位

•IBMPowerPC750cxe处理器,

专用硬件异或处理芯片

•Cache最大支持2GB

•Raid0,1,0+1,3,5,

10,30,50

・主机通道2个320MB/sSCSI

•磁盘通道2个320MB/sSCSI

・最大容量3.6TB

DAWNING

目录

•1存储的发展和历史

•2RAID技术

・3主流存储架构

-3.1DAS架构

-3.2NAS架构

-3.3SAN架构

-3.4ISCISSAN

-3.5存储架构对比

/曙光

DAWNINGMZDAWNING

HRTn"/央

3主流存储架构

•DAS架构

•NAS架构

•SAN架构

•ISCSISAN架构

DAWNING缪詈哭

勿/DBAWNING

3.1DAS架构(1/4)

DAS是DirectAttachedStorage的

缩写，即“直接连接存储”。它是指

将外置存储设备通过连接电缆，直接

连接到一台计算机上。采用直接外挂

存储方案的服务器结构如同PC机架构,

外部数据存储设备采用SCSI技术，或

者FC(FibreChannel)技术，直接挂接

在内部总线上的方式，数据存储是整

个服务器结构的一部分。

DAWNING

DAWNING

3.1DAS架构(2/4)

结构示意:

Application

Server

FileSystem

SCSI,FC

/曙光

DAWNINGMZDAWNING

HRTn"/央

3.1DAS架构(3/4)

结构特点：

_•直连方式

•基于块设备级的访问模式

•扩展性差

•资源浪费

•不宜集中管理

DAWNING缪麟

M嫂H口次兴

3.1DAS架构(4/4)

适用范围:

・小型网络，成本较低

•地理位置特别分散的网络

•特殊应用的服务器

DAWNING缪曙光

DAWNING

Hrtn目*兴

32NAS架构(1/4)

NAS系统拥有一个专用的服务器，服

务器上安装着一个优化的文件系统和“瘦”

操作系统，其作用类似于一个专用的文件服

务器。这种专用文件服务器去掉了通用服务

器原有的大多数计算功能，仅仅提供文件系

统功能，用于存储服务。而且，NAS系统中

的核心操作系统是经过特殊定制的，专门服

务于文件请求且与主要的网络环境兼容。

DAWNING

DAWNING

3.2NAS架构（2/4）

结构示意:

1〕

Application

Server

FileS}rstemFileSystem

RAIDRAID

Bs

DAWNING缪B善失

MZDAWNING

HMit0/任

32NAS架构（3/4）

特点：

一•集中数据管理

・基于文件级，异构平台的数据共享

•独立于操作平台，不同类的文件共享

(NFS,CIFS)

•真正的即插即用

•存储系统部署简单

•存储设备位置灵活

•管理容易且成本较低

•浏览器界面的操作/管理

•存储性能较低(通过网络存储备份)

•投资成本较高而可靠度不高

DAWNING

3.2NAS架构(4/4)

适用范围：

•小型局域网络,广域网

•邮件系统、办公0A,校园网，文档归

档,VOD等

•异构平台共享

•对性能要求不是极高的应用

,基于文件系统，不适合数据库应用

DAWNING缪B詈哭

勿/DAWNING

3.3SAN架构

所谓的SAN(storageareanetwork),即存储区

域网络，是指在网络服务器群的后端，采用光纤通

道等存储专用协议连接成高速专用网络，使网络服

务器与多种存储设备直接连接。

SAN的最大特点就是可以实现网络服务器与存

储设备之间的多对多连接，而且，这种连接是本地

的高速连接。

SAN架构的优势在于：强大的扩展性、多种存

储设备的集中和新架构支撑下的新型数据应用方式。

DAWNING

3.3.1FibreChannel(1/2)

FibreChannel(FC)是1994年由ANSI

标准化组织制订的一种适合于千兆位数据传

输通信的成熟而安全的解决方案。

FibreChannel与传统的SCSI技术相比,

除了提供更高的数据传输速度，更远的传输

距离，更多的设备连接支持，更稳定的性能,

更简易的安装以外，最重要的是为SAN的

发展提供了广阔的天地.

DAWNING勿/DAWNING

3.3.1FibreChannel(2/2)

FibreChannel有三种拓扑结构：

•点对点(Point-to-Point)-两个设备之间互连

•仲裁环(Arb让ratedLoop)-最多支持126个设备互

连，形成一个仲裁环

•交换式Fabric(Sw让chFabric)-最多1千6百万个设

备互连

DAWNING

DAWNING

3.3.2FCSAN(1/3)

结构示意:

Application

Server

FileSystem

RAIDRAID

光纤交换机

存储

/曙光

DAWNINGMZDAWNING

HRTn"/央

3.3.2FCSAN(2/3)

特点：

八.•基于设备块级的访问模式

•扩展性好

一•易于集中管理

•高可靠性、可用性、可维护性

•负载均衡

・传输效率高，低延迟

•成本高

DAWNING

3.3.2FCSAN(3/3)

适用范围：

•大型网络

-•实现对分散数据高速集中备份的企

业、以及数据在线性要求高的企业等。

•传输效率要求极高的应用，可靠性高

的

・远程灾备，异地备份

DAWNING

3.4ISCSISAN(1/6)

ISCSI是一种基于开放的工业标

准，通过它可以用TCP/IP对SCSI（小

型计算机系统接口-一种数据传输的

公共协议）指令进行封装，这样就可

以使这些指令能够通过基于IP（以太

网或千兆位以太网）“网络”进行传

输。

DAWNING

3.4ISCSISAN(2/6)

ISCSI结构图:

DAWNING缪B詈哭

勿/DAWNING

3.4ISCSISAN(3/6)

ISCSI的连接方式：

•以太网卡+软件方式

主机端采用标准的以太网卡，安装Initiator软件，通过Initiator软件将以太

网卡虚拟为ISCSI卡，实现主机和iSCSI设备之间的SCSI协议和TCP/IP协议传输

功能。这种方式由于采用标准网卡，无需额外配置适配器，因此硬件成本最低。

缺点是进行ISCSI包文和TCP/IP包文转换要点主机端的一部分资源。

•硬件TOE网卡实现方式

主机采用TOE(TCP/IPOffloadingEngine)网卡来连接网络，TCP/IP协议栈功

能由TOE卡完成，而iSCSI层的功能仍旧由主机来完成。

•iSCSIHBA卡实现方式

使用iSCSI存储适配器来完成服务器中的iSCSI层和TCP/IP协议栈功能。这种方

式使得服务器CPU无需考虑iSCSI以及网络配置，对服务器而言，iSCSI存储器

适配器是一个HBA设备，与服务器采用何种操作系统无关。该方式性能最好，

但是价格也最为昂贵。

DAWNING

3.4ISCSISAN(4/6)

iSCSI

网卡

网络交换机

llllllllllllll

llllllllllllll

磁盘阵列磁带库

DAWNING————《曙光

MZDAWNING

盟技计中，兴

3.4ISCSISAN(5/6)

特点：

•基于设备块级的访问模式

•构建所需成本低，可以利用现存网络

•易于部署

•便于管理

・性能受网络带宽限制

/曙光

DAWNINGMZDAWNING

HRTn"/央

3.4ISCSISAN(6/6)

适用范围：

•局域网,广域网

•性能要求不是太高，分级存储

•实现异地间的数据备份及容灾