(培训教材)存储基础知识

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磁盘阵列
磁盘阵列
JBOD
RAID
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JBOD
JBOD （Just a Bunch of Disks） ：是在逻辑上把几个物理磁盘一个接 一个的串联在一起，其目的纯粹是为了增加磁盘的容量，并不提供数据 安全保障。
数据写入
A,B,C,D,E,F
D0 C B
A
D0 F E
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智能磁盘阵列的产生
传统计算机存储系统的局限性：
CPU
Server
RAM
硬盘成为整个系统的性能瓶颈
硬盘
SCSI卡
有限的硬盘槽位，难满足大容量 需求 单个硬盘存放数据，数据可靠性
控制器
难以保证
存储空间利用率低
控制器中包含RAID功能、大容量Cache， 同时使得磁盘阵列具有多种实用的功能， 配置专用管理软件进行配置管理
份软件，可以实现无服务器备份功能；NAS系统的前期投入相对较高。
NAS内每个应用服务器通过网络共享协议（如：NFS、CIFS）使用同一个文件管理
系统；NAS关注应用、用户和文件以及它们共享的数据；磁盘I/O会占用业务网络带宽。
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SAN (Storage Area Network)
早期外部存储系统
传统计算机存储系统的局限性：
Server
CPU RAM
硬盘
RAID功能
SCSI卡
JBOD(Just Bound Of Disk)
硬盘成为整个系统的性能瓶颈 有限的硬盘槽位，难满足大容量 需求 单个硬盘存放数据，数据可靠性 难以保证 存储空间利用率低 本地存储，数据分散
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本地存储，数据分散
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存储网络的产生
Server
HBA卡
SCSI电缆最长支持25米 FC光纤连接距离可达10公里至100公里
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传统计算机存储系统的局限性：
硬盘成为整个系统的性能瓶 颈 有限的硬盘槽位，难满足大 容量需求 单个硬盘存放数据，数据可 靠性难以保证 存储空间利用率低 本地存储，数据分散
在服务器端，用户不直接访问SAN的网络；SAN关注磁盘、磁带以及联接它们的可靠的
基础结构 ；
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存储网络的三种形态比较
传输类型 数据类型 典型应用 优点
缺点
DAS
NAS
SAN
SCSI、FC
IP
IP、FC、SAS
数据块
文件
数据块
任何
文件服务器
数据库应用
磁盘与服务器分离， 便于统一管理
1.1 存储组网形态 1.2 存储接口技术 1.3 RAID 1.4 磁盘的热备与重构 1.5 存储冗余 1.6 快照与复制 1.7 备份基础知识 1.8 远程容灾基础知识
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常见存储接口技术
存储接口
IDE/ATA
SCSI
SATA
SAS
FC
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IDE/ATA接口概述
带奇偶校验码的并行阵列
驱动器1 D6 D3 D0
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D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8
驱动器2 D7 D4 D1
驱动器3 D8 D5 D2
校验码生成
校验驱动器 P3 P2 P1
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RAID 3的特性
优点
缺点
应用范围
通过较为简单的异或运 算技术获得数据备份
阵列中磁盘数量越多， 数据备份的成本就越低
应用服务器
LAN 数据库服务器
数据流
数据流
数据流
存储设备
存储设备
存储设备
存储设备（RAID系统、磁带机和磁带库、光盘库）直接连接到服务器； 传统的、最常见的连接方式，容易理解、规划和实施； 没有独立操作系统，不能提供跨平台的文件共享，各平台下数据需分别存储； 各DAS系统之间没有连接，数据只能分散管理；备份软件不能离开服务器支持； DAS的前期投资比较少；
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SAS接口概述
SAS是新一代的SCSI技术，和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同， 都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内 部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设 计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，提供与SATA硬盘的 兼容性。
不占用应用服务器资源 广泛支持操作系统 扩展较容易 即插即用，安装简单方便
高扩展性 高可用性 数据集中，易管理
连接距离短 数据分散，共享困难 存储空间利用率不高 扩展性有限
不适合存储量大的块级应用 数据备份及恢复占用网络带 宽
相比NAS成本较高 安装和升级比NAS 复杂
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存储基础知识
达12m。 支持多达16个设备连接，双通道可达32个设备。
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SATA接口概述
SATA（Serial ATA ，串行ATA）采用连续串行的方式传输数据。在同一 时间点内只会有1位数据传输。
SATA的线缆采用7针的细线缆，容易弯曲，易于散热。 SATA硬盘的连接采用点对点方式，每个通道1个硬盘。 SATA硬盘可支持热插拔。 SATA接口支持300MB/s的传输速率。 SATA接口使用的线缆长度可达1m。
设计、使用和配置简单
数据无冗余，一旦阵列 中有一个驱动器故障， 其中的数据将丢失
视频生成和编辑、图像 编辑等对传输带宽需求 较大的应用领域。
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RAID 1的工作原理
镜像结构的阵列
逻辑磁盘 D2 D1 D0
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D0,D1,D2经过镜像器
驱动器1 D2 D1 D0
驱动器2 D2 D1 D0
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RAID 1的特性
优点
RAID 1对存储的数据 进行百分之百的备份， 提供最高的数据安全保 障
设计、使用和配置简单
缺点
磁盘空间利用率低，存 储成本高 磁盘写性能提升不大
应用范围
可应用于金融、保险、 证券、财务等对数据的 可用性和安全性要求较 高的应用领域
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RAID 3的工作原理
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D0,D1,D2,D3,D4,D5
驱动器1
D6
D4
D2
D0
各磁盘上的 数据块
驱动器2
D5 D3 D1
各磁盘上的 数据块
条带2 条带1 条带0
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RAID 0的特性
优点
缺点
应用范围
I/O负载平均分配到所 有的驱动器。由于驱动 器可以同时读写，性能 在所有RAID级别中最 高。 磁盘利用率最高
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NAS (Network Attached Storage)
数据流
数据流
LAN
文件服务器
应用服务器
NAS存储设备
NAS本身装有独立的OS，通过网络协议可以实现完全跨平台共享，支持WinNT、
Linux、Unix等系统共享同一存储分区；NAS可以实现集中数据管理；一般集成本地备
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RAID的数据组织方式
•分块：将一个分区分成多个大小相等的、地址相邻的块，这些块称为分 块。它是组成条带的元素。
•条带：同一磁盘阵列中的多个磁盘驱动器上的相同“位置”（或者说是 相同编号）的分块。
驱动器1
D6 D3 D0
磁盘上的数 据分块
驱动器2
D7 D4 D1
磁盘上的数 据分块
独立存取模式：对每个磁盘驱动器的存取都是独立且没有顺序和时间间 隔的限制，可同时接收多个I/O Requests，每笔传输的数据量都比较小。 －适用范围：数据存取频繁，每笔存取数据量较小的应用
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RAID 0的工作原理
无差错控制的条带化阵列
逻辑磁盘 D0 D5 D4 D3 D2 D1 D0
需要专用磁盘做校验盘 使用，如果校验盘故障 会导致数据无备份
任一磁盘写数据将会导 致校验信息的重新计算， 校验盘的写性能可能会 成为瓶颈
适合用于视频生成、视 频编辑等高吞吐量的应 用环境
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RAID 5的工作原理
分布式奇偶校验码的独立磁盘结构
D0,D1,D2,D3,D4,D5
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存储网络的基本形态
网络存储几种常见类型
DAS (Direct Attached Storage) NAS (Network Attached Storage） SAN (Storage Area Network)
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DAS (Direct Attached Storage)
文件服务器
驱动器3
D8 D5 D2
磁盘上的数 据分块
条带2(strip) 条带1(strip) 条带0(strip)
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RAID数据存取方式
并行存取模式：是把所有磁盘驱动器的主轴马达作精密的控制，使每个 磁盘的位置都彼此同步，然后对每一个磁盘驱动器作一个很短的I/O数据 传送，使从主并机来行 的存每取一个I/O 指令，都平均分布到每一个磁盘驱动器， 将阵列中每一个磁盘驱动器的性能发挥到最大。 －适用范围：大型的、数据连续的以长时间顺序访问数据为特征的应用
(培训教材)存储基础知识
Hale Waihona Puke Baidu
存储系列产品
1 存储基础知识
课
2 存储产品介绍
程
3 技术建议书的制作
目
4 配置报价介绍
录
5 存储产品综合解决方案
6 竞争分析
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课程目标
了解存储基础知识 掌握存储系列产品的特性和规格 掌握技术建议书的制作要点 了解存储产品报价及解决方案
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存储系列产品
SAS接口有四路通道，按3Gb/s的SAS标准在单工模式下可以达到 4×3Gb/s的带宽，这就是SAS的宽端口模式。
SAS接口连接的传输距离最长为6m。
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FC接口概述
FC（Fiber Channel，光纤通道）最初是专门为网络系统设计的，随着存 储系统对速度的需求，逐渐应用到硬盘系统中。FC是为多硬盘系统环境 而设计的，能够满足高端工作站、服务器、串行数据通讯等系统对高数 据传输率的要求。
IDE（Integrated Drive Electronics ，电子集成驱动器 ）它的本意是指把“硬 盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。 IDE仅代表第一代的IDE标准 ，随着其接口技术的飞速发展，引入了许多新技术使这一IDE接口标准得到 了质的飞跃，并且引入了新的名称，如ATA （Advanced Technology Attachment ，高级技术附加装置 ）
FC接口能够支持1Gb/s 、2Gb/s和4Gb/s的数据传输速率。 FC支持最长的长度超过了10km。 FC硬盘支持双FC接口同时工作，可互为备份，并为硬盘提供电源和控制
系统内部所有硬盘上数据的输入和输出。
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存储基础知识
1.1 存储组网形态 1.2 存储接口技术 1.3 RAID 1.4 磁盘的热备与重构 1.5 存储冗余 1.6 快照与复制 1.7 备份基础知识 1.8 远程容灾基础知识
D
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RAID
RAID（Redundant Array of Independent Disks）：独立冗余磁盘阵 列，简称磁盘阵列。RAID是按照一定的形式和方案组织起来的存储设备。 它比单个存储设备在速度、稳定性和存储能力上都有很大提高，并且具 备一定的数据安全保护能力。
RAID
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传统计算机存储系统的问题
计算机存储系统
CPU RAM
硬盘
Server
传统计算机存储系统的局限性：
硬盘成为整个系统的性能瓶颈 有限的硬盘槽位，难满足大容量需 求 单个硬盘存放数据，数据可靠性难 以保证 存储空间利用率低 本地存储，数据分散
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外部磁盘阵列的产生
电源接口
M/S跳线头
40-pin 公接头
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SCSI接口概述
SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）它不 是专门为硬盘设计的，而是一种总线型的系统接口。
SCSI硬盘性能优异，可靠性高，多应用于中高端存储领域。 单个设备连接的电缆长度可达25m，用于两个或多个设备的电缆长度可
LAN
数据流
存储设备
应用服务器
SAN
存储设备
存储设备
文件服务器
数据流
高可用性，高性能的专用存储网络，用于安全的连接服务器和存储设备并具备灵活
性和可扩展性；SAN对于数据库环境、数据备份和恢复存在巨大的优势；SAN是一种非
常安全的，快速传输、存储、保护、共享和恢复数据的方法。
SAN是独立出一个数据存储网络，网络内部的数据传输率很快，但操作系统仍停留
1 存储基础知识
2 存储产品介绍
课
程
3 技术建议书的制作
目
4 配置报价介绍
录
5 存储产品综合解决方案
6 竞争分析
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存储基础知识
1.1 存储组网形态 1.2 存储接口技术 1.3 RAID 1.4 磁盘的热备与重构 1.5 存储冗余 1.6 快照与复制 1.7 备份基础知识 1.8 远程容灾基础知识