MSTE01_存储概述v3.1

第一章存储概述
——MSTE认证系列教程
培训 目标
学习完本课程，您应该能够： 了解存储的定义
了解存储发展历程和趋势 了解与存储相关的技术
目录
存储的定义和角色 信息技术发展趋势 数据中心架构变迁 磁盘阵列架构发展
存储技术
存储的定义
甲骨文(商代) 时间跨度: 3000年
蔡伦造纸(东汉) 时间跨度:1900年
— 麦肯锡和美林公司
数据集中后存储面临的挑战
数据安全性
CRAID、缓存镜像、缓存掉电保护、复制、快照
业务连续性 无单点故障、磁盘组在线扩展、
逻辑卷在线扩展、在线升级、自动精简配置
性能 大缓存、分级存储、动态部署、SSD、QPI 兼容性 支持各种操作系统和各种应用系统 可管理性 设备可管理、数据可管理
主机接口：多协议共存，按需配置
1Gb以太网卡（iSCSI）
10Gb以太网卡（iSCSI）
8Gb FC HBA
10Gb FCoE
16Gb FC HBA
主机端口数量及类型按需配置！
后端SAS磁盘通道
4
高扩展性
SAS域
•最多可接 16128个设备 (128*126)
四路SAS宽端口
Ph y Ph y Ph y Ph y
爱迪生发明电影机 时间跨度：120年
硬盘 时间跨度：上世纪 50年代
信息记录 方式的改变
信息传递和 使用方式的 改变
生产和生活 方式的改变
广义的存储，包括一切信息记录方式。信息记录的根本目的，是信息的跨时 间传递。
计算机存储介质的发展历程
纸带 磁带 硬盘
磁盘阵列
DAS-盘柜
存储扮演的角色
Internet
DDRIII内存 DDRIII内存 外部接口 PCIE 交换芯片 CPU DMI 南桥
前端业务接口
. ..
管理GE口 串口 指示灯 按键 PCIE 磁盘控制器 RAID处理器
内部接口
SATA Disk
SAS Disk
SSD Disk
双控制器架构
数据安全：存储控制器之间通 过PCI或者其他总线连接，具 有缓存镜像及缓存掉电保护功 能 业务连续性：前端接口和后端 磁盘链路都实现冗余互备。部 件损坏后可以在线更换。
3
创新的宽端口技术
6Gb*4 SAS
Ph y Ph y Ph y Ph y
四路SAS宽端口
SAS技术1ຫໍສະໝຸດ 继承SCSI技术的稳定和高可靠性
2
交换架构
Edge Expander
. . .
SAS磁盘
SAS适配器
Fanout Expander
SCSI技术
并行
串行
SAS技术
. . .
Edge Expander
写缓存镜像
ASIC+CISC：
•专为存储的RAID处理而设计， 与主处理器一起工作，早期 能够显著提高RAID处理效率
CISC：
•早期无存储专用芯片，性能 不强，成本较高 •标准化程度高，厂家的实力 强，发展迅速 •性能迅速增强，成本下降快
•实现复杂，架构封闭，可移 植性差，发展缓慢
多元化存储器前端主机连接
思考题
存储在现代数据中心的角色是什么？请结合数据的三 种状态进行说明。 数据集中以后存储需要具备哪些特点？ 本章提到哪些存储相关技术？
THANKS 谢谢
非易失性存储器保护缓存
总结
存储行业在信息化发展到一定程度后从服务器中独立出来 数据存储集中化是发展趋势。 业务需求推动存储技术进步。 存只是手段，取才是目的。 存储的本质是数据管理。
外部独立存储架构包括单控、双控和多控三大类。
处理器是存储控制器的核心部件，其前端、后端采用不同 的协议来传输数据 缓存镜像和掉电保护对数据安全至关重要
前端 业务接口 PCIE IOH DMI 管理GE口 DDRIII内存 DDRIII内存 QPI CPU PCIE CPU DMI 管理GE口 南桥 PCIE PCIE 南桥 串口 指示灯 按键 SAS控制器 SAS 2.0 SAS控制器 SAS控制器 SAS 2.0 DDRIII内存 前端 业务接口 PCIE QPI IOH
1.占用内存空间 2.占用CPU资源 3.无法保护操作系 统所在的分区
Title in 实现简单 here
硬件RAID卡
RAID卡：通过硬件板卡来实现RAID的功能（RAID初始化，重建等）
优点
•节省主机资源： RAID卡上的处理器已 经可以提供一切RAID 所需要的资源，所以 不会占用系统资源， 从而令系统的表现可 以大大提升 •保护操作系统：操作 系统本身可以安装到 RAID虚拟磁盘上
存储引擎
CPU
主机接口
CPU 磁盘接口 主机接口
磁盘接口
CPU 主机接口
磁盘接口 主机接口
目录
存储的定义和角色 信息技术发展趋势 数据中心架构变迁 磁盘阵列架构发展
存储技术
控制器处理器
RISC：
•早期产品速度快、设计简单 •由于标准化程度差，厂家的 实力和投入有限等原因，发 展比较缓慢 •性能不高，成本较低
. ..
. ..
DDRIII内存
串口
指示灯 按键
SAS控制器
SATA Disk
SAS Disk
SSD Disk
多控制器架构（scale-up)
磁盘接口 插槽 磁盘接口 插槽 前端接口 插槽 磁盘接口 插槽
前端接口 插槽
前端接口 插槽
前端接口 插槽
磁盘接口 插槽
缓存插槽 CPU插槽
缓存插槽 缓存插槽
存储技术
业务应用架构的变迁
独立计算 / 内部存储 Client 混合计算 / 分散存储
Local Area Network
Server
H/T模式 Host/Terminal
C/S、B/S模式 Client/Server Browser/Server 客户/服务器模式 浏览器/服务器模式
Data Store A Data Store B Data Store C
网络和存储，构成数字化信息世界 的时空结构。
因此，数字信息世界的基础设施由三大部分组成：计算、网络（传输） 和存储 基础设施决定上层应用 应用所能实现的方式、实现能力、可用性、可靠性，决定于基础设施
IT发展历程
理查德· 诺兰信息化阶段论
起步
扩展
控制
集成
管理
成熟
初级阶段
中级阶段
高级阶段
目录
存储的定义和角色 信息技术发展趋势 数据中心架构变迁 磁盘阵列架构发展
增加了硬盘的连 结数量 增加了对于集群 的支持 存在单点故障
中高端市场的主 流架构 两个控制器之间 冗余设计，消除 了单点故障 提供额外的数据 保护功能。（快 照，镜像，复制 等）
成本
软件RAID
软件RAID的缺点
Title in 基本数据 here 保护功能
不需要增加 Title in 硬件成本 here
主机数据
OK
1、主机数据写入缓存； 2、缓存数据进行异或运算， 产生校验数据；
前端总线 系统缓存 读缓存 写缓存 CPU CPU CPU 前端总线 系统缓存 读缓存 写缓存 CPU
3、将校验数据添加到缓存； 4、将缓存数据复制到目标 控制器；
5、目标控制器处理完数据 和校验数据返回消息； 6、源控制器返回主机消息， 操作完毕。
目录
存储的定义和角色 信息技术发展趋势 数据中心架构变迁 磁盘阵列架构发展
存储技术
从软RAID到多控制器
性 能
多控制器 双控制器 单控制器 硬件RAID卡
提供最高级别的 数据可靠性和性 能服务。 多用于大型数据 中心
软件RAID
通过软件实现 RAID管理功能 不需要额外添加 任何硬件设备。 实现RAID功能 的板卡 提供最低级别 的数据保护功 能
NAS/SAN网络
目录
存储的定义和角色 信息技术发展趋势 数据中心架构变迁 磁盘阵列架构发展
存储技术
信息存在的三种状态
计算的本质是数据的形式转化，人机，设备-设备间的数据形式转化， 是信息处理环节。 在信息数字化背景下： 网络承载数据的跨空间传播； 存储承载数据的跨时间传播； 存储
网络 计算
后端总线
后端总线
缓存掉电保护
FC或IP(GE) 缓存(Cache) CPU 后端总线 CPU
FC或IP(GE)
FC或IP(GE) 非易失性存储器 缓存(Cache)
缓存(Cache)
阵列内置电池 CPU 后端总线 CPU
阵列内置电池 CPU 后端总线 CPU
磁盘
阵列外置UPS
外置UPS保护整机
电池保护缓存
主机/终端模式
架构变化和数据膨胀带来数据管理问题
交易系统
IBM/AIX
财务系统
WEB系统
SUN/Solaris
电子邮件
内部文档
HP/UX
混合计算提升了系 统的整体计算能力
DELL/WIN
IBM/Linux
分散存储则增大了 数据丢失的风险和 管理的复杂度
解决问题的办法是 实现网络化的集中 存储
容量已满
Ultra SCSI-3
1/2
SCSI/HVD
1/3
3/4
1/2
Ultra SCSI/LVD
IDE
集中式存储
优点： 统一架构、统一标准、统一 平台，降低数据管理难度， 降低TCO。 数据管理内容：
混合 计算
Local Area Network
升级、扩容、维护、调整、 备份、容灾等等