存储基础知识(RAID及磁盘技术)..

媒体编辑 图像编辑 需要高带宽的应用

缺点

无冗余功能，如果一个磁盘损坏，则所有 的数据都无法使用 不适合关键业务
RAID 1 镜像/双工
原理：即每个工作盘都有一个镜像盘， 每次写数据时必须同时写入镜像盘，读 数据时只从工作盘读出，一旦工作盘发 生故障立即转入镜像盘，从镜像盘中读 出数据。当更换故障盘后，数据可以重 构，恢复工作盘正确数据
磁盘2 数据1b 数据2e
磁盘3 数据1c P2
磁盘4 P1 Q2
磁盘5 Q1 数据2f
条带3
条带4 条带5
数据3g
P4 Q5
P3
Q4 数据5m
Q3
数据4j 数据5n
数据3h
数据4k 数据5o
数据3i
数据4l P5
RAID 级别比较
项目 最小配置 性能 特点 磁盘利用 率 描述 RAID0 1 Highest 无容错 100% RAID1 2 Lowest 最佳的 容错 50% 磁盘镜 像 RAID10 4 RAID5<RAID10 <RAID0 最佳的容错 50% RAID0与RAID1 的结合 RAID5 、RAID3 3 RAID1<RAID5< RAID10 提供容错 (N-1)/N 带奇偶效验的 条带集
•
NAS
为解决数据共享问题和优化文件（File）存储而产生的
存储技术 文件管理系统在存储设备端，是文件服务+IP的一种技 术 多应用于非结构化数据（文件）
操作系统
•
SAN
为解决DAS的问题而产生的存储技术 是DAS+网络的一种技术 多应用于OLTP系统（如：ERP）
文件管理系统
不带奇偶 效验的条 带集
其中RAID3与RAID5的区别为：RAID3更适合于顺序存取，RAID5更适合 于随机存取。需要根据具体的应用情况决定使用那种RAID级别。
RAID性能比较
RAID级* RAID-0 RAID-1 RAID-5 RAID-10 RAID-50 RAID-6
别名
条带
镜象
分布奇偶位条带
• 优点
数据安全性相对其它RAID级，是

应用


• 缺点
最好的
财务
金融 需要高数据可用性的应用
磁盘利用率只有50%，是所有
RAID上磁盘利用率最低的一个级 别
RAID 3 (条带分布+专用盘校验)

原理：使用至少三块硬盘配置， 在其中的一块硬盘上存贮专用的 校验数据，当某块硬盘出现故障 时，其它硬盘可以通过校验数据 将有故障的硬盘的数据重新恢复 出来。 特点：数据以位或字节的方式存 于各盘（分散记录在组内相同扇 区的各个硬盘上）
Server C Application C
Disk Array
NAS-网络附加存储
Server A File System A
Client 1 NAS Device A File System A Disks for File System A
Local Area Network
Client 2
缺点
• 部署成本低 • 共享网络（IP网络复用，提高
IP-SAN 网络利用率） • 维护简便 • 适合远距离传输
• 传输效率低（正常 IP 网
络利用率不足50%）
• 传输安全性低 • 传输延时无保障 • 一般占用大量主机资源
FC-SAN
• • • • • •
传输效率高 传输安全性高 传输延时极小 占用主机资源少 技术成熟 应用范围最广的专业存储架构
•
• • •
易于安装和管理，低价位,
文件服务器集中/更换 PDM/CAD 文件共享
目标应用:
目标应用:
DAS: 只适用于小型商务
IP-SAN与FC-SAN比较
• •
IP-SAN适用环境：异地间的数据交换及容灾，备份，非关键应用的集中存储。 FC-SAN适用环境：关键应用的集中存储、备份及容灾。
优点
Internal/External connectivity to disks or arrays
NAS Device B File System B Client 3 Server B File System B
Disks for File System B
SAN、iSCSI、NAS的特点
应用系统IO调用模式 应用系统

• 优点
高可用性 磁盘利用率较高(N-1) 并行I/O传输，顺序读性能较高 校验盘成为性能瓶颈 每次读写牵动整个组，每次只能完
成一次I/O

应用

流媒体服务器
图像编辑 视频编辑
• 缺点
RAID 5 (条带技术+分布式校验)

原理：RAID5 将所有校验的数 据分别存贮在所有的硬盘上, 每一个硬盘的不同地方既存贮 数据，也存贮校验数据。当某 块硬盘出现故障时，其它硬盘 可以通过校验数据将故障的硬 盘的数据重新恢复出来。
RAID出现原因 一
可靠性
未使用 RAID
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1st Qtr 2nd Qtr 3rd Qtr 4th Qtr
使用 RAID
资料仍然存在!
一旦硬盘损坏，资料将丢失! 作业将停顿!
RAID出现原因 二
提高容量
未使用 RAID 使用 RAID
硬盘容量
I/O 2
I/O 2 (Disk 2)
• 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
节省时间
Total request execution time
速度 @ N x 单块硬盘的速度
RAID基本概念 ——条带
大数据块写入RAID时会被分成多个数据块并行写入多块硬盘， 这些大小一致的数据块就称为条带。同时数据读取时会并行从 多块硬盘读取条带数据，最后完整输出。 条带无疑会大幅度提升整体读写效率。
DAS-直连存储
Client 1
Server A Application A Disks for Server A
Local Area Network
Client 2
Disks for Server B Server B Application B
Disks for Server C Client 3 Server C Application C
• 部署成本较高 • 需要专属网络
• DAS
优点: 成本低，对于小型用户来说，易于维护 缺点: 性能不高，系统停机多，资源无法共享，多系统环境下的
• NAS • SAN
管理成本增加
优点: 方便，文件级的数据共享，集中化管理 缺点: 需要贡献文件系统，安全性无法保障，性能一般，磁盘级
镜象阵列条带 分布奇偶阵列条带
分布奇偶条带
容错性 冗余类型 热备盘选项
没有 没有 没有
有 复制 有
有 奇偶位 有
有 复制 有
有 奇偶位 有
有 两种奇偶位 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
不小于6的偶数（6，8， 10，12，14，16）（因 为RAID5最少3个，再做 镜像，就是6个）
特点：较高的数据冗余性能；超强的数据保护能力，可以应付多颗盘同 时出错； 优点：允许在同一组内并发进行多个写操作 缺点：计算校验地址占用较多的处理时间；较低的写入速率。
RAID6 P+Q
•
RAID6 P+Q会根据公式计算出P和Q的值，当有 两个数据同时丢失时，仍可以计算出原数据
磁盘1 条带1 条带2 数据1a 数据2d
单块硬盘 容量
硬盘容量 = 单块硬盘容量 x N
一旦硬盘损坏，资料将丢失! 作业将停顿!
RAID出现原因 三
提升速度
未使用 RAID
使用 RAID
Software setup Access Time Data Transfer Software Completion
I/O 1 I/O 1 (Disk 1)
分条
条带
硬盘0
硬盘1
硬盘2
硬盘3
RAID基本概念 ——重建（Rebuild）
某块硬盘出现故障后，一旦将其更换为正常硬盘，RAID便会通过其他硬盘 数据计算出坏盘上原有的数据，再将数据重建回新添硬盘上。
A0
XOR
XOR
故障 更换
A0
数据盘
A1
数据盘
A2
数据盘
P
校验盘
RAID基本概念——物理卷和逻辑卷
存储基础知识
RAID技术
RAID基本概念——定义
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，从而达到提升存储容量、读写性能和数据安全性的目的。根据不 同的组合方式可以分为不同的RAID级别
NAS
•
iSCSI
iSCSI也叫IP SAN 多应用于PC服务器平台、Windows（SQL Server、
Exchange）、Linux、小型数据库
RAID控制
SAN/iSCSI
磁盘读写
存储架构适用分类
SAN: NAS:
• • • •
提供可用性、可管理性和扩展性 数据库/ERP/OLTP 灾难恢复 数据仓储
传动部件
基座(Base Plate)
接口
机械式硬盘主要指标（一）
容量：指硬盘能存储的数据量大小，以字节为基本单位
单碟容量：硬盘都是由一个或几个盘片组成的，单碟容
量就是指包括正反两面在内的单个盘片的总容量
转速：即主轴马达转动速度，单位为RPM（Round
Minute)，即每分钟盘片转动圈数
Per
• 优点
高可用性
布在阵列所属的所有磁盘中 随机读写性能高允许在同一组内并发进行多个写操作

应用

磁盘利用率较高(N-1),没有固定的校验盘，奇偶校验信息均匀分
文件及应用服务器 数据库服务器 Web, E-mail 局域网服务器
• 缺点
异或较验影响存储性能
RAID6（Double parity drive）高级数据保护
Storage Area Network (SAN)存储区域网络应用光纤技术
的SAN网络，传输介质为光纤，性能最高，目前使用较广
ISCSI(IP-SAN)
iSCSI-利用TCP/IP协议连接存储设备,可以理解为SCSI over IP,是将SCSI命 令封装到TCP/IP数据包中,通过IP网络传输SCSI数据。
• RAID由几块硬盘（物理卷）组成
• RAID可以多个硬盘按照指定容量创建一个或多个逻辑卷，便通过
LUN（Logic Unit Number）来标识。一个逻辑卷对于主机来说 就是一块硬盘（物理卷）
逻辑卷
LUN1
逻辑卷
LUN2
LUN3
物理卷
物理卷
RAID10
RAID5
多个物理卷上创建1个逻辑卷
多个物理卷上创建2个逻辑卷
RAID 0 条带存储(Striping)
原理：又称数据分条，即把数据分成若干
相等大小的小块，并把它们写到阵列上不
同的硬盘上，这种技术又称“Stripping” （即将数据条带化），RAID0在读写时是 以并行的方式对各硬盘同时进行操作。

应用

优点

磁盘空间利用率最高 在所有的级别中，RAID 0的速度是最快的
缓存：是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存
四个或更多
可用容量
N
N / 2
N - 1
N / 2
N-2
N－2
DAS NAS SAN
存储体系架构介绍
Direct Attached Storage(DAS)直接外挂存储
服务器直接后挂存储设备，最经济的一种结构。
Network Attached Storage (NAS)网络连接存储
网络上直接挂接的存储设备，相当于一个网络文件共享服务器。
RAID 0 数据条带化，无校验
RAID 1
RAID 2 RAID 3 RAID 4 RAID 5 RAID 6
数据镜像，无校验
海明码错误校验及校正（不常用） 数据条带化读写，校验信息存放于专用盘（不常用） 单次写数据采用单个硬盘，专用盘存放校验数据（不常用） 数据条带化，校验信息分布式存放 数据条带化，分布式校验并提供两级冗余
数据无法共享／集中，复杂系统的成本大，维护难，扩容受限
优点: 集中化的管理，高性能，减少停机时间，安全保障高 缺点: 成本昂贵、系统复杂。磁盘阵列的兼容性限制了设备选择
空间及资源共享。百度文库
机械硬盘
机械式硬盘结构
盘片 (Media)
主轴马达 (Spindle Motor) 磁头
磁头停放区 (Parking Zone)
SAN- 存储局域网络
Client 1
Server A Application A Disks for Server A
Local Area
Client 2
SAN Disks for Server B
Network
Server B Application B
Disks for Server C
Client 3