存储基础知识课件

1、存储基础知识,存储产品经理 钟加栋,1,学习交流PPT,-2-,存储构成,网络层,连接层,存储层,备份层,2,学习交流PPT,-3-,连接层HBA卡,HBA（Host Bus Adapter）卡，也就是主机总线适配器，安装于服务器内，用于连接主机I/O总线和外设I/O总线，目前主流的HBA卡有:,3,学习交流PPT,-4-,连接层交换机,4,学习交流PPT,存储层:磁盘阵列,什么是磁盘阵列,磁盘阵列的组成,RAID,存储协议,存储架构及存储技术介绍,5,学习交流PPT,-6-,存储层磁盘阵列,磁盘阵列是基于Raid技术，通过一个或多个控制器，把多个物理磁盘整合成逻辑磁盘，由控制器管理磁盘，进行

2、并发读写操作，并提供冗余容错功能的存储设备。,6,学习交流PPT,磁盘阵列,常见的磁盘阵列组成部分：,主要分类 按控制器数量： JBOD，双控制器阵列，多控制器阵列 按对外接口：SCSI阵列， FC阵列，i SCSI阵列等,7,学习交流PPT,为什么需要磁盘阵列,8,学习交流PPT,阵列控制器内部结构,常见控制器内部组件,注：缓存电池、RAID 控制器可选设计,CPU、缓存、接口速率 是决定控制器性能的关 键硬件组件,一体化设计,整机软硬件一体化 设计,9,学习交流PPT,Cache电池,阵列内置UPS,三种常见控制器Cache保护设计,电池保护Cache,内置UPS保护控制器,外置UPS保护

3、整机,阵列外置UPS,10,学习交流PPT,硬盘的主要指标,常用指标,常用指标,常用指标,11,学习交流PPT,硬盘接口技术发展趋势,12,学习交流PPT,ATA/IDE接口硬盘简介,13,学习交流PPT,SCSI接口硬盘介绍,14,学习交流PPT,FC接口硬盘介绍,15,学习交流PPT,SATA接口硬盘介绍,16,学习交流PPT,SAS接口硬盘介绍,17,学习交流PPT,不同类型接口硬盘的比较,18,学习交流PPT,RAID （Redundant Array of Independent Disks）即独立磁盘冗余阵列，RAID技术将多个单独的物理硬盘以不同的方式组合成一个逻辑硬盘，从而提高

4、了硬盘的读写性能和数据安全性，根据不同的组合方式可以分为不同的RAID级别,RAID基本概念定义,计算机发展初期，大容量硬盘价格非常高，而需要存储的数据量越来越大,容量,性能,CPU运算速度飞速提高，数据读写速度不应该成为计算机系统处理的瓶颈,信息时代，数据对企业和个人的重要性越来越大，数据存储安全更需要保障,RAID,可靠性,19,学习交流PPT,D,H,L,C,G,K,B,F,J,A,B,C,D,E,F,G,H,数据,RAID级别 RAID 0,A,E,I,RAID 0即没有容错设计的条带硬盘阵列（Striped Disk Array without Fault Tolerance），以条

5、带形式将RAID组的数据均匀分布在各个硬盘中,20,学习交流PPT,RAID 1又称镜像（Mirror），数据同时一致写到主硬盘和镜像硬盘,E,D,C,B,A,E,D,C,B,A,A,B,C,D,E,=,数据,RAID级别 RAID 1,21,学习交流PPT,RAID 3即有校验的并行数据传输（Paralleled transfer with parity），数据条带化分布在数据盘中，同时使用专用校验硬盘存放校验数据,D0,C0,B0,A0,D1,C1,A1,B1,D2,C2,A2,B2,P D,P C,P A,P B,A,B,C,D,异或运算,数据盘,校验盘,RAID级别 RAID 3,22

6、,学习交流PPT,RAID 5与RAID 3机制类似，但校验数据均匀分布在各数据硬盘上，RAID成员硬盘上同时保存数据和校验信息，数据块和对应的校验信息保存在不同硬盘上。RAID 5是最常用的RAID方式之一,P4,A3,A2,A1,A0,B4,P3,B2,B1,B0,C4,C3,P2,C1,C0,D4,D3,D2,P1,D0,E4,E3,E2,E1,P0,异或运算,A0,B0,C0,D0,A1,B1,C1,E1,A2,B2,D2,校验信息Px分布式存储,RAID级别 RAID 5,数据,23,学习交流PPT,RAID 10是将镜像和条带进行两级组合的RAID级别，第一级是RAID1镜像对，第

7、二级为RAID 0,A,B,C,D,E,F,G,H,A,A,C,B,B,C,D,D,E,E,F,F,G,G,H,H,RAID组合级别 RAID 10,24,学习交流PPT,RAID组合级别 RAID 10,RAID 10是将镜像和条带进行两级组合的RAID级别，第一级是RAID1镜像对，第二级为RAID 0,A,B,C,D,E,F,G,H,A,A,C,B,B,C,D,D,E,E,F,F,G,G,H,H,25,学习交流PPT,P13,F1,RAID组合级别 RAID 50,RAID 50是将镜像和条带进行两级组合的RAID级别，最低一级是RAID 5镜像对，第二级为RAID 0,A2,P02,A

8、1,A0,B2,B1,P01,B0,P03,C1,C0,P00,异或运算,A0,B0,D0,E0,A1,C0,D1,F0,B1,C1,D2,P12,D1,D0,E2,E1,P11,E0,F0,P10,硬盘0,硬盘1,硬盘2,硬盘3,硬盘4,硬盘5,异或运算,26,学习交流PPT,RAID组合级别 RAID 6,RAID 6 在一次数据条带过程中产生两个校验块并分布于两块物理硬盘 中，最大可以承受两块硬盘故障；,27,学习交流PPT,磁盘阵列RAID级别相对优缺点,RAID 0 存储速度最快 没有容错 RAID 1 完全容错 成本高 RAID 3 读性能较好 没有多任务功能 RAID 5 具备多

9、任务及1块硬盘的容错功能 写入性能较好 RAID 6 具备多任务及2块硬盘的容错功能 RAID 0+1/RAID 10速度快、完全容错 成本高,28,学习交流PPT,磁盘阵列的额外容错功能,热备用(hot spare or hot standby driver) 在建立磁盘阵列系统的时候,将其中一磁盘指 定为后备磁盘,此一磁盘在平常并不操作,但若阵 列中某一磁盘发生故障时,磁盘阵列即以后备磁 盘取代故障磁盘,并自动将故障磁盘的数据重建 在后备磁盘之上,29,学习交流PPT,RAID热备盘,控制器,可用容量：N-2,坏一块磁盘不影数据存取,重建过程也不会影响数据存取,但控制器会侦测到有Spare

10、盘，阵列马上开始自动重建工作,这时阵列的数据处于危险状态,Rebuilding,人工更换磁盘，阵列自动把磁盘设置为Spare盘,30,学习交流PPT,存储协议-FC（光纤通道）,光纤通道是构建FC SAN的基础，是FC SAN系统的硬件接口和通信接口。FC可以通过构建帧来传输SCSI的指令、数据和状态信息单元。,31,学习交流PPT,FC的三种拓扑结构,点对点,只能连接 2个设备 (直接连接),交换式 Fabric,最多支持1千6百万个设备 (光纤通道交换机),Arbitrated Loop (仲裁环),最多支持126个设备 (光纤集线器),普及!,32,学习交流PPT,FC特点,33,学习交

11、流PPT,存储协议-iSCSI,iSCSI （Internet SCSI）把SCSI命令和块状数据封装在TCP中在IP网络中传输 iSCSI作为SCSI的传输层协议，基本出发点是利用成熟的IP网络技术来实现和延伸SAN,iSCSI协议栈,34,学习交流PPT,iSCSI 启动器-目标器模型,启动器（Initiator） SCSI层负责生成CDB（命令描述符块），将CDB传给iSCSI iSCSI层负责生成iSCSI PDU（协议数据单元），并通过IP网络将PDU发给target 目标器（Target） iSCSI层收到PDU，将CDB传给SCSI层 SCSI层负责解释CDB的意义。必要时发送响

12、应,iSCSI,TCP,SCSI,IP,Link,iSCSI,TCP,SCSI,IP,Link,Initiator,Target,35,学习交流PPT,iSCSI优点,高可靠,高扩展,良好的标准化,易管理，IP技术成熟，具备IP知识的专业技术人员多,很低的安装成本和维护费用：建立在TCP/IP上,减少了异构网络和电缆：不需要特殊的FC交换机,无距离限制，远程存储：异地数据交换、备份及容灾,灵活的安全性和QoS保证,36,学习交流PPT,存储系统的几种基本架构,DAS,NAS,SAN,37,学习交流PPT,DAS（Direct Attached Storage ）,38,学习交流PPT,NAS（

13、Network Attached Storage）,NAS = Optimized for,39,学习交流PPT,SAN （Storage Area Network）,Separation of Storage from the Server,40,学习交流PPT,iSCSI存储网络,41,学习交流PPT,主机访问存储模式,Storage Area Networks(SAN),Network- Attached Storage (NAS),Direct- Attached Storage (DAS),存储 JBOD,应用系统,文件系统,42,学习交流PPT,多路径的问题,交换机,磁盘阵列,控制

14、器1,控制器2,HBA01,HBA02,主机A,LUN 0,LUN 1,LUN0,LUN0,LUN1,LUN1,路径1：HBA01 控制器1 路径2：HBA01 控制器2 路径3：HBA02 控制器1 路径4：HBA02 控制器2,主机B,LUN1,LUN0,LUN1,LUN0,43,学习交流PPT,多路径软件,多路径管理软件,硬件 (HBAs),?,?,?,?,?,?,?,?,主机无法读写,主机正常读写,44,学习交流PPT,HBA2,多路径故障切换HBA故障路径切换,交换机,磁盘阵列,控制器1,控制器2,LUN 0,LUN 1,HBA2,HBA故障,45,学习交流PPT,HBA2,多路径故障切换HBA故障路径切换,交换机,磁盘阵列,控制器1,控制器2,LUN 0,LUN 1,网卡2,HBA故障,46,学习交流PPT,多路径故障切换交换机故障路径切换,交换机,磁盘阵列,控制器1,控制器2,LUN 0,LUN 1,交换机故障,47,学习交流PPT,多路径故障切换交换机路径切换,交换机,磁盘阵列,控制器1,控制器2,LUN 0,LUN 1,交换机故障,48,学习交流PPT,原始数据,A,C,A,D,C,B,A,B,B,B,C,D,B,A,D,D,A,D,A,B,A,B,C,C,D